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    • 专利摘要:
    Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Materialverbundes und einer daraus herzustellenden Schleifleiste, bestehend aus einer Matrix von gebranntem Kohlenstoff mit wärmebehandeltem Binder und aus lagenweise darin enthaltenen dünnen metallischen Leitern. Der Materialverbund hat eine Dichte von kleiner oder gleich 2,3 g/cm·3· und weist einen parallel zu den Lagen der dünnen metallischen Leiter gemessenen mittleren spezifischen elektrischen Widerstand von kleiner oder gleich 3 muOMEGAm auf. Ein so charakterisierter Materialverbund wird mittels folgender Verfahrensschritte hergestellt: DOLLAR A - Mischen der trockenen Kohlenstoffkomponenten und der Additive mit kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel, DOLLAR A - kontinuierliches Walz-Kompaktieren des Materialverbundes aus grünem Kohlenstoffmaterial und dünnem metallischen Leiter, DOLLAR A - Brennen des zunächst grünen Formkörpers unter dem Schutzgas Wasserstoff und DOLLAR A - Bearbeiten des so erhaltenen Materialverbundes zu Schleifleisten, die die dünnen metallischen Leiter in der gewünschten Orientierung erhalten. DOLLAR A So hergestellte Schleifleisten dienen der gleitenden Stromabnahme zwecks Betrieb von Fahrzeugen mit Elektromotoren.The invention relates to a process for the continuous production of a composite material and an abrasive strip to be produced therefrom, consisting of a matrix of calcined carbon with heat-treated binder and of thin metallic conductors contained therein in layers. The composite material has a density of less than or equal to 2.3 g / cm × 3 and has an average electrical resistivity of less than or equal to 3 μOMEGAm measured parallel to the layers of the thin metallic conductors. A material composite characterized in this way is produced by means of the following process steps: DOLLAR A - mixing of the dry carbon components and the additives with hydrocarbonaceous binder, DOLLAR A - continuous roll compacting of the material combination of green carbon material and thin metallic conductor, DOLLAR A - firing of the initially green shaped body under the protective gas hydrogen and DOLLAR A - edit the composite material thus obtained to form abrasive strips that receive the thin metallic conductors in the desired orientation. DOLLAR A sanding strips produced in this way are used for the sliding power take-off for the operation of vehicles with electric motors.
    公开号:DE102004006589A1
    申请号:DE200410006589
    申请日:2004-02-10
    公开日:2005-09-01
    发明作者:Ludger Dr. Fischer；Cris Dipl.-Ing. Kostmann；Gerd Dr. Lotze；Wolfgang Dr. Vesper
    申请人:Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV；SGL Carbon SE；
    IPC主号:B22F5-00
    专利说明:
    [0001] Gegenstandder Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellungeines Materialverbundes und einer daraus herzustellenden Schleifleistebestehend aus einer Matrix von gebranntem Kohlenstoff mit wärmebehandeltemBinder und aus lagenweise darin enthaltenen dünnen metallischen Leitern miteiner Dichte von kleiner oder gleich 2,3g/cm3 undmit einem parallel zu den Lagen der dünnen metallischen Leiter gemessenenmittleren spezifischen elektrischen Widerstand von kleiner odergleich 3μΩm für die gleitendeStromabnahme mit Hilfe von Schleifleisten zum Betrieb von Fahrzeugenmit Elektromotoren mittels der bekannten Verfahrensschritte – Mischender trockenen Kohlenstoffkomponenten und der Additive mit kohlenwasserstoffhaltigemBindemittel, – Brennendes zunächstgrünenFormkörpersunter dem Schutzgas Wasserstoff und – Bearbeitendes so erhaltenen Materialverbundes zu Schleifleisten, die die dünnen metallischen Leiterin der gewünschtenOrientierung enthalten. The invention relates to a method for the continuous production of a composite material and an abrasive strip to be produced therefrom consisting of a matrix of calcined carbon with heat-treated binder and layerwise contained thin metallic conductors having a density of less than or equal to 2.3g / cm 3 and with a measured parallel to the positions of the thin metallic conductor average electrical resistivity of less than or equal to 3μΩm for the sliding current decrease by means of grinding strips for operating vehicles with electric motors by means of the known method steps Mixing the dry carbon components and the additives with hydrocarbon-containing binder, - Burning the first green molded body under the protective gas hydrogen and - Working the composite material thus obtained to form abrasive strips containing the thin metallic conductors in the desired orientation.
    [0002] DieHerstellung von carbonisierten oder graphitierten Kohlenstoffkörpern isteine inzwischen seit übereinhundert Jahren beherrschte Technik, die im industriellen Maßstab großtechnischangewandt wird und deshalb in vielen Punkten ausgefeilt und bezüglich derKosten optimiert ist. Eine der Beschreibungen dieser Technik findetman in dem kleinen Band FEINKORN-GRAPHITEvon A. KINDLER im verlag moderne Industrie, 1995 in der Reihe „Die Bibliothek derTechnik, Band 119".Die Beschreibung der Feinkorngraphite hier zu zitieren ist deshalbzweckmäßig, weilSchleifleisten aus den relativ festen Feinkorngraphiten hergestelltwerden.TheProduction of carbonized or graphitized carbon bodies isone since overOne hundred years ago, technology dominated, industrial scale industrial scaleis used and therefore sophisticated in many respects and in terms ofCost is optimized. One of the descriptions of this technique findsone in the small volume FEINKORN-GRAPHITEby A. KINDLER in the publishing house Modern Industry, 1995 in the series "The Library of theTechnique, Volume 119 ".The description of the Feinkorngraphite here to quote is thereforeappropriate, becauseSanding strips made of relatively fine fine-grained graphitesbecome.
    [0003] Schienengebundene,mit Elektromotoren betriebene Fahrzeuge erhalten den notwendigenStrom meist übereine Schleifleiste, die auf einem Tragelement eines Pantographenauf dem Fahrzeug montiert ist. Die Schleifleiste berührt dieortsfeste, in Fahrtrichtung angeordnete Stromzuführung – meist ein Fahrdraht –, und gleitetbeim Fahren des Fahrzeugs an der Stromzuführung bzw. am Fahrdraht entlang.Bei Schienenfahrzeugen kann man nicht davon ausgehen, dass der Abstandzwischen Schiene und Fahrdraht auf der gesamten Fahrstrecke konstantist. Geringe Abstandsänderungenzwischen Schiene und Fahrdraht werden während der Fahrt durch den Pantographenausgeglichen.Rail-bound,powered by electric motors receive the necessaryElectricity mostly overa sanding strip resting on a support element of a pantographmounted on the vehicle. The sanding strip touches thefixed, arranged in the direction of travel power supply - usually a contact wire - and slideswhen driving the vehicle along the power supply or along the contact wire.With rail vehicles one can not assume that the distanceconstant between rail and contact wire over the entire routeis. Small distance changesbe between the rail and contact wire while driving through the pantographbalanced.
    [0004] Inder folgenden beiden Absätzenwird erläutert,warum es wichtig ist, eine Dichte von kleiner oder gleich 2,3g/cm3 zu erreichen.The following two paragraphs explain why it is important to achieve a density of less than or equal to 2.3 g / cm 3 .
    [0005] Beigeringen Fahrzeuggeschwindigkeiten ist die Geschwindigkeit der Ausgleichsbewegungdes Pantographen schnell genug, um die Schleifleiste stets an denFahrdraht anzudrückenund so den Stromübergangzu ermöglichen.Dabei werden die senkrecht zur Längsachsedes Fahrdrahtes auf diesen ausgeübtenKräfteim Wesentlichen durch die im Pantographen eingestellten Spannkräfte bestimmt.atlow vehicle speeds is the speed of the compensation movementof the pantograph fast enough to keep the sanding strip attached to thePress contact wireand so the power transitionto enable.Here are the perpendicular to the longitudinal axisof the contact wire on this exercisedpersonnelessentially determined by the clamping forces set in the pantograph.
    [0006] Beihohen Fahrzeuggeschwindigkeiten treten zu den aus den Spannkräften desPantographen resultierenden Kräftenweitere hinzu. Diese resultieren zu einem erheblichen Anteil ausder Massenträgheitder Bauteile des Pantographen. Tragelement – häufig auch als "Träger" oder „Schleifleistenträger" bezeichnet – und Schleifleistetendieren wegen ihrer Trägheit,in konstantem Abstand zur Schiene zu verharren.athigh vehicle speeds occur to those of the clamping forces of thePantographs resulting forcesadd more. These result in a significant proportionthe inertiathe components of the pantograph. Supporting element - often referred to as "carrier" or "abrasive carrier" - and grinding bartend because of their inertia,to remain at a constant distance from the rail.
    [0007] Ändert sichbeim Fahren der Abstand zwischen Fahrdraht und Schiene abrupt, soerhältdie Schleifleiste im Falle einer Abstandsverminderung eine schlagartigeBelastung und im Falle einer Abstandsvergrößerung kann sogar kurzfristigder Kontakt zwischen Fahrdraht und Schleifleiste verloren gehen,weil die Ausgleichsbewegung des Pantographen mit Träger undSchleifleiste nicht schnell genug ist. Beide Effekte fallen schwächer aus,wenn die Trägheitenvon Trägerund Schleifleiste klein sind. Daher werden kleine Massen von Träger und Schleifleistegewünscht.Changeswhen driving the distance between contact wire and rail abruptly, soreceivesthe sliding strip in the case of a reduction in distance a suddenExposure and in the case of an increase in distance can even be short-termthe contact between the contact wire and the contact strip is lostbecause the compensatory movement of the pantograph with wearer andSanding strip is not fast enough. Both effects are weaker,when the sluggishnessfrom carrierand grinding bar are small. Therefore, small masses of carrier and grinding bardesired.
    [0008] Gemessenan der Dichte gängiger,elektrisch gut leitfähigerMetalle ist die Dichte der Kohlenstoffe von Schleifleisten gering.Um jedoch eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit beziehungsweise einenniedrigen elektrischen Widerstand dieser Kohlenstoffe zu erhalten,benötigendiese Kohlenstoffe Metalle als Additiv. Meist werden die Metalle,in Form einer Metallimprägnierungdes porösenKohlenstoffes zugegeben, womit diese Werkstoffverbunde eine Dichteaufweisen, die überder von nicht mit Metall imprägniertenKohlenstoffen liegt. Damit ist die Trägheit solcher Schleifleistenhöher alsdie Trägheitvon nur aus Kohlenstoff bestehenden Schleifleisten.Measuredat the density common,electrically good conductiveMetals, the density of carbons is low from abrasive strips.However, to a sufficient electrical conductivity or ato get low electrical resistance of these carbonsneedthese carbons metals as an additive. Most are the metals,in the form of a metal impregnationof the porous oneAdded carbon, making these composites a densityhave that overthat of not impregnated with metalCarbon is located. This is the inertia of such abrasive stripshigher thanthe inertiaof carbon strips only.
    [0009] Nebender Massenträgheitund neben dem niedrigen elektrischen Widerstand ist die Erwärmung derSchleifleiste im Betrieb eine zu beachtende Größe. Die Schleifleiste darfsich bei hohen Strömen nicht übermäßig erwärmen. Andernfallswerden die Schleifleiste selber, der Fahrdraht oder die Klebung, mitder die Schleifleiste in vielen Fällen am Träger befestigt ist, geschädigt.Nextthe inertiaand besides the low electrical resistance is the heating of theGrinding bar in operation a size to be observed. The sanding bar mayDo not overheat at high currents. Otherwisebe the sliding strip itself, the contact wire or the bond, withthe abrasive strip is attached to the carrier in many cases, damaged.
    [0010] DieBegriffe im folgenden Text sind so zu verstehen: – Untereiner grünenMischung versteht man in der Kohlenstofffechnik ein Gemisch ausTrockenstoffen aus der Gruppe der Kokse, des Elektrographits, desNaturgraphits, der Rußeu. a. mit den gewünschtenKornbändern,der kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel und der Additive. WennPeche als Bindemittel eingesetzt werden, findet das Mischen beiTemperaturen oberhalb des Erweichungspunktes der Peche statt . Nach demMischen und Abkühlenauf Raumtemperatur liegt die grüneMischung zunächstin nicht verarbeitbaren Schollen vor. Um diese in eine verarbeitungs-und dosierfähigeForm zu bringen, werden die Schollen in einer Sekundärmahlungzu einer rieselfähigenKörnungmit geeigneten Korngrößen zerkleinert. – Dierieselfähigegrüne Mischungwird zusammen mit lagenweise eingeführten dünnen metallischen Leitern alsVorprodukt fürdas Walz-Kompaktieren eingesetzt. – BeimWalz-Kompaktieren wird die grüneMischung zusammen mit dünnenmetallischen Leitern zwischen den Walzen eines Walzenpaares verdichtet.Werden die Vorprodukte dem Walzenpaar in geeigneter Weise zugeführt, soentsteht kontinuierlich ein Band, dessen Profil von den Abmessungendes Walzenstuhls bestimmt wird. – DerWiderstand des Materialverbundes wird in Anlehnung an DIN IEC 413,Abschnitt 402 aus den folgenden Angaben errechnet. An dencarbonisierten Proben werden die durchfließende Stromstärke, derSpannungsabfall, die Messlängeund der Querschnitt gemessen. Bei der Ermittlung dieser Daten wirddarauf geachtet, dass Stromstärkeund Spannungsabfall nicht nur durch eine Komponente des Materialverbundes – wie etwadie dünnenmetallischen Leiter – bestimmt werden. – Beikorrekter Ausführungder Messungen und richtiger Ermittlung des Widerstandes wird einzutreffender Widerstand fürden Materialverbund aus Kohlenstoffmatrix und darin enthaltenendünnenelektrischen Leitern bestimmt. Dieser Wert wird als "mittlerer spezifischerelektrischer Widerstand" bezeichnet. – Dain Richtung senkrecht zu den Lagen der dünnen elektrischen Leiter durchdiese kaum ein erhöhterStrom fließt,kann an dem Materialverbund in dieser Richtung nur der spezifischeelektrische Widerstand der Matrix des gebrannten Kohlenstoffes mit wärmebehandeltemBinder festgestellt werden. Der gewünschte niedrige "mittlere spezifischeelektrische Widerstand" wirdnur parallel zu den Lagen der dünnenelektrischen Leiter festgestellt. Damit ist auch eine Anisotropiedes Werkstoffverbundes festgestellt. The terms in the following text are to be understood as: - A green mixture is understood in the carbon technology, a mixture of dry matter from the group of cokes, electrographite, natural graphite, the carbon black, inter alia, with the desired grain bands, the coal hydrogen-containing binder and the additives. When pitches are used as the binder, mixing occurs at temperatures above the softening point of the pitches. After mixing and cooling to room temperature, the green mixture is initially present in unprocessable floes. In order to bring these into a processable and meterable form, the floes are comminuted in a secondary payment to a free-flowing granulation with suitable particle sizes. - The free-flowing green mixture is used together with layer-wise introduced thin metallic conductors as a precursor for roll compacting. - In roll compacting, the green mixture is compacted together with thin metallic conductors between the rolls of a pair of rolls. If the precursors are supplied to the pair of rollers in a suitable manner, the result is a continuous band whose profile is determined by the dimensions of the roller mill. - The resistance of the composite material is based on DIN IEC 413 , Section 402 calculated from the following information. On the carbonized samples, the current flowing through, the voltage drop, the measuring length and the cross section are measured. When determining this data, care is taken to ensure that current intensity and voltage drop are not only determined by a component of the composite material, such as the thin metallic conductors. - If the measurements are carried out correctly and the resistance is correctly determined, a suitable resistance for the composite of carbon matrix and thin electrical conductors contained therein is determined. This value is called "average resistivity". - As in the direction perpendicular to the layers of the thin electrical conductor hardly flows through an increased current, only the specific electrical resistance of the matrix of the fired carbon can be determined with heat-treated binder on the composite material in this direction. The desired low "average electrical resistivity" is detected only parallel to the layers of the thin electrical conductors. This also indicates anisotropy of the composite material.
    [0011] Inder japanischen Schrift JP 1270571 (1989) wirdein Schleifleistenwerkstoff mit niedrigem spezifischem elektrischemWiderstand dargestellt. Der niedrige spezifische elektrische Widerstandwird durch die Einlagerung von Kupferdrahtgeweben in die Kohlenstoffmatrixund durch die Imprägnierung einesin der Kohlenstoffmatrix vorhandenen Porensystems mit einer niedrigschmelzenden Legierung aus z. B. Kupfer-Zinn erreicht. Damit wirddas in dieser Schrift formulierte Ziel erreicht, einen Schleifleistenwerkstoffmit guten Selbstschmiereigenschaften zu erhalten. Durch die Imprägnierungmit Kupfer-Zinn erhältdieser Werkstoff einen relativ hohen Metallgehalt und die Dichtedieses Schleifleistenwerkstoffes beträgt mindestens 3,2 g/cm3. Es ist daher nicht das Ziel der japanischenErfinder, einen Werkstoff mit niedriger Dichte und damit eine Schleifleistemit niedriger Massenträgheitzu erreichen.In Japanese writing JP 1270571 (1989), a slip bar material with low electrical resistivity is shown. The low electrical resistivity is determined by the incorporation of copper wire mesh into the carbon matrix and by impregnation of a low melting alloy pore system present in the carbon matrix of e.g. B. copper-tin reached. Thus, the objective formulated in this document is achieved of obtaining a grinding bar material with good self-lubricating properties. The impregnation with copper-tin gives this material a relatively high metal content and the density of this abrasive strip material is at least 3.2 g / cm 3 . It is therefore not the goal of the Japanese inventors to achieve a material with low density and thus a grinding bar with low inertia.
    [0012] Inden japanischen Schriften JP4207903 und JP 4207904 werdenSchleifleistenwerkstoffe mit niedrigen spezifischen elektrischenWiderständen undzugleich hohen Bruchzähigkeitendargestellt. Die hohen Bruchzähigkeitenwerden durch die Zugabe metallischer Fasern mit einem Anteil von5 bis 60Vol.% der Mischung aus Kohlenstoff und Fasern erreicht.Vorzugsweise liegt der Faservolumenanteil bei 10 bis 45Vol. %. ImFalle der Schrift JP 4207903 werdendie metallischen Fasern in einem zusätzlichen Wärmebehandlungsprozess abgeschreckt.In the Japanese writings JP 4207903 and JP 4207904 abrasive strip materials are presented with low resistivities and at the same time high fracture toughness. The high fracture toughnesses are achieved by the addition of metallic fibers in a proportion of 5 to 60% by volume of the mixture of carbon and fibers. Preferably, the fiber volume fraction is 10 to 45 vol. %. In the case of writing JP 4207903 The metallic fibers are quenched in an additional heat treatment process.
    [0013] ImGegensatz zur vorliegenden Erfindung handelt es sich bei beidenSchriften um metallische Kurzfasern, nicht um Endlos-Fasern. Dieshat zur Folge, dass ein relativ hoher Faseranteil benötigt wird,um die Kontakte der Fasern untereinander sicher zu stellen und aufdiese Weise Strompfade mit niedrigem elektrischem Widerstand zuerreichen. Dies bedeutet einen hohen Metallanteil und damit zugleicheine relativ hohe Dichte, die Kohlenstoff-Werkstoffen mit der erfindungsgemäßen Dichteentgegensteht.in theContrary to the present invention are bothWritings about metallic short fibers, not about continuous fibers. Thishas the consequence that a relatively high fiber content is needed,to ensure the contacts of the fibers with each other and onThis way, current paths with low electrical resistance tooto reach. This means a high metal content and thus at the same timea relatively high density, the carbon materials with the density according to the inventionopposes.
    [0014] Inder japanischen Schrift JP 4280865 wird einSchleifleistenwerkstoff mit sehr guten Schlagzähigkeiten und Gleiteigenschaftenbeschrieben. Der Schleifleistenwerkstoff besteht aus Kohlenstoffmaterialund Metallfasern und/oder Metallpulver. Dabei sind die Metallfasern – auch inverschiedener textiler Aufmachung – asymmetrisch in der Schleifleisteangeordnet.In Japanese writing JP 4280865 is a Schleifleistenwerkstoff described with very good impact resistance and sliding properties. The abrasive strip material consists of carbon material and metal fibers and / or metal powder. Here, the metal fibers - are arranged asymmetrically in the sanding strip - even in various textile presentation.
    [0015] Wenndie Schleifleiste auf dem Tragelement des Pantographen montiertist, sind die Metallfasern zu der dem Fahrdraht abgewandten Seiteorientiert beziehungsweise zu der dem Träger zugewandten Seite orientiert.Der Gehalt an Metallfasern ist hoch. An einer Stelle der Schriftwird er mit 30Vol. % angegeben. Entsprechend hoch fällt dieDichte dieser Werkstoffverbunde aus. In Tabelle 1 werden Werte von3,8 bis 4,0 g/cm3 angegeben. Schleifleistendieser Art gleiten gut, sie sind auch schlagzäh, aber sie haben eine vergleichsweisehohe Dichte, besitzen damit eine hohe Massenträgheit und weisen keinen besondersniedrigen spezifischen elektrischen Widerstand auf.When the sanding strip is mounted on the support element of the pantograph, the metal fibers are oriented to the side facing away from the contact wire or oriented to the carrier-facing side. The content of metal fibers is high. In one place of writing he is with 30Vol. % specified. The density of these composite materials is correspondingly high. In Table 1, values of 3.8 to 4.0 g / cm 3 are given. Sanding strips of this type glide well, they are also impact resistant, but they have a relatively high density, thus have a high inertia and have no particularly low electrical resistivity.
    [0016] Derder vorliegenden Erfindung nächstliegendeStand der Technik wird offenbar in der japanischen Schrift JP 2000-037001beschrieben. Ein kohlenstoffreiches Material für die gleitende Stromabnahmeenthältschichtförmigmetallische Leiter. Die metallischen Leiter sind z. B. Faserbündel, diedurch textile Prozesse – wiez. B. Weben – inflächigeGebilde umgesetzt werden. Innerhalb einer Ebene der metallischenLeiter fließtder elektrische Strom praktisch ungehindert. Von einer solchen Ebenezur nächstenist der Stromfluss jedoch durch den relativ hohen spezifischen elektrischenWiderstand des Matrixkohlenstoffes gering. Um diese Situation zuverbessern, enthältdas kohlenstoffreiche Material metallische Stifte, die die Ebenender metallischen Leiter im Wesentlichen senkrecht durchsetzen undelektrisch miteinander verbinden. Obwohl mit den schichtförmigen,metallischen Leitern relativ wenig Metall im Gesamtwerkstoff enthaltenist, wird in JP 2000-037001 kein Mindest-Metallgehalt des Werkstoffesdefiniert und beansprucht, um eine gute Strom-leitung zu sichern.Es wird auch keine Obergrenze fürdie Dichte des Gesamtwerkstoffes und kein höchster spezifischer elektrischerWiderstand definiert und beansprucht. Es wird auch keine in allen RichtungendurchgängigeKohlenstoffmatrix des fertigen Werkstoffes bean-sprucht. Diese durchgängige Kohlenstoffmatrixist dagegen ein Merkmal des erfindungs-gemäßen Materialverbundes. Daherbesteht beim Brennen dieses Verbundes nicht das Risiko der Delamination.The closest to the present invention The prior art is apparently described in Japanese Patent JP 2000-037001. A carbon-rich material for the sliding current collection contains layered metallic conductors. The metallic conductors are z. B. fiber bundles by textile processes - such. B. weaving - be converted into flat structures. Within a level of the metallic conductors, the electrical current flows virtually unhindered. However, from such a level to the next, the current flow is low due to the relatively high electrical resistivity of the matrix carbon. To improve this situation, the carbon-rich material contains metallic pins that substantially vertically penetrate and electrically interconnect the planes of the metallic conductors. Although relatively little metal is included in the overall material with the layered metallic conductors, JP 2000-037001 does not define and claim any minimum metal content of the material to ensure good electrical conduction. Also, no upper limit is defined and claimed for the density of the total material and no highest specific electrical resistance. It is also claimed in any direction consistent carbon matrix of the finished material bean-sprucht. By contrast, this continuous carbon matrix is a feature of the composite material according to the invention. Therefore, there is no risk of delamination when firing this composite.
    [0017] Diejapanischen Schrift JP 2000-037001 und die deutsche Patentanmeldungmit dem Aktenzeichen 103 28 546.6 beschreiben diskontinuierliche Technikenzur Herstellung solcher Werkstoffe. Dabei werden nach 103 28 546.6folgende Herstellungsschritte durchgeführt: a)Abwechselndes Einbringen von Lagen aus Körnung von Kohlenstoffpartikelnmit wärmebehandeltemBinder und mindestens zwei Lagen mit dünnen metallischen Leitern ineine Pressform, b) Verpressen der in die Pressform eingebrachten Lagen, c) Entnehmen des verdichteten, grünen Formkörpers aus der Pressform, d) Brennen des zunächstgrünenFormkörpersunter dem Schutzgas Wasserstoff, e) Zerschneiden des aus dem erfindungsgemäßen Materialverbund bestehendengebrannten Formkörpersin lange Quader, die die dünnenmetallischen Leiter in der gewünschtenOrientierung enthalten und die auf die gewünschten Endmaße der Schleifleistenbearbeitet werden. The Japanese document JP 2000-037001 and the German patent application with the file number 103 28 546.6 describe discontinuous techniques for the production of such materials. The following production steps are carried out according to 103 28 546.6: a) alternating introduction of layers of granules of carbon particles with heat-treated binder and at least two layers with thin metallic conductors in a mold, b) pressing the layers introduced into the press mold, c) removing the compacted, green shaped body from the mold, d) firing the initially green shaped body under the protective gas hydrogen, e) cutting the burned shaped body consisting of the composite material according to the invention into long cuboids which contain the thin metallic conductors in the desired orientation and which are machined to the desired final dimensions of the grinding strips.
    [0018] Einkontinuierliches Verfahren wird nicht in Details beschrieben.Onecontinuous process is not described in detail.
    [0019] DieAufgabe der dieser Patentanmeldung zu Grunde liegenden Erfindungwar es deshalb, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einesMaterialverbundes bestehend aus einer Matrix von gebranntem Kohlenstoffmit wärmebehandeltemBinder und aus lagenweise darin enthaltenen dünnen metallischen Leitern undeiner daraus herzustellenden Schleifleiste zu schaffen, das einerseitsein Material mit einer Dichte von kleiner oder gleich 2,3g/cm3 und einem parallel zu den Lagen der dünnen metallischen Leitergemessenen mittleren spezifischen elektrischen Widerstand von kleineroder gleich 3μΩm gewährleistetund andererseits eine kontinuierliche Herstellung dieses Materialverbundesgestattet.The object of this patent application underlying invention was therefore to provide a method for the continuous production of a composite material consisting of a matrix of calcined carbon with heat-treated binder and layerwise contained thin metallic conductors and an abrasive strip to be produced therefrom, on the one hand a material ensured with a density of less than or equal to 2.3 g / cm 3 and a measured parallel to the layers of the thin metallic conductor average electrical resistivity of less than or equal to 3μΩm and on the other hand allows continuous production of this composite material.
    [0020] DieRandbedingungen zu dieser Aufgabe sind, dass die gleitende Stromabnahmezum Betrieb von Fahrzeugen mit Elektromotoren mit Hilfe von Schleifleistenerfolgt und dass die Schleifleisten mittels der bekannten Verfahrensschritte – Mischender trockenen Kohlenstoffkomponenten und der Additive mit kohlenwasserstoffhaltigemBindemittel, – Brennendes zunächstgrünenFormkörpersunter dem Schutzgas Wasserstoff und – Bearbeitendes so erhaltenen Materialverbundes zu Schleifleisten, die die dünnen metallischen Leiterin der gewünschtenOrientierung enthalten, hergestellt werden. The boundary conditions for this task are that the sliding current decrease takes place for the operation of vehicles with electric motors by means of abrasive strips and that the abrasive strips by means of the known method steps Mixing the dry carbon components and the additives with hydrocarbon-containing binder, - Burning the first green molded body under the protective gas hydrogen and - Working the composite material thus obtained to form abrasive strips containing the thin metallic conductors in the desired orientation.
    [0021] Diekontinuierliche Herstellung eines verdichteten, endlosen Profilseines Materialverbundes aus grünemKohlenstoffmaterial und dünnemmetallischem Leiter hat den Vorteil, dass man nicht wie beim Gesenkpressenin der Bauteillängebegrenzt ist oder wie beim Extrudieren eine homogene Materialstrukturerhält.Thecontinuous production of a compacted, endless profilea composite of green materialCarbon material and thinMetallic conductor has the advantage that you do not like the die pressingin the component lengthis limited or as in extruding a homogeneous material structurereceives.
    [0022] DieFertigung von Schleifleisten in der auf den Lokomotiven eingesetztenLänge erforderteungewöhnlichstarke und teure Gesenkpressen mit langen Gesenken, um die zugehörigen grünen Körper derSchleifleisten zu pressen. Das Extrudieren von grünen Körpern für Schleifleistender im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art ist nicht möglich. Im extrudiertenProfil wärendie dünnenmetallischen Leiter nicht in der gewünschten geordneten Weise zu erhalten.TheProduction of sanding strips in the used on the locomotivesLength requiredunusualstrong and expensive swaging presses with long dies to the associated green body of thePress grinding strips. Extruding green bodies for abrasive stripsthe type mentioned in the preamble of claim 1 is not possible. In the extrudedProfile would bethe thin onesnot to get metallic conductor in the desired orderly manner.
    [0023] ZurLösungder Aufgabe wird nach dem Verfahrensschritt Mischen und vor demVerfahrensschritt Brennen mit einem Verfahrensschritt Walz-Kompaktierenein verdichtetes Profil eines Materialverbundes aus grünem Kohlenstoffmaterialund dünnemmetallischem Leiter kontinuierlich erzeugt. Im gebrannten Zustandhat dieser Materialverbund aus einer Kohlenstoffmatrix und aus lagenweiseenthaltenen dünnenmetallischen Leitern die geforderte Dichte und den geforderten mittlerenspezifischen elektrischen Widerstand.tosolutionThe task is after the process step mixing and before theProcess step firing with a process step rolling compactinga compacted profile of a material composite of green carbon materialand thingenerated continuously metallic conductor. In the fired stateThis composite material consists of a carbon matrix and in layerscontained thinMetallic ladders the required density and the required averagespecific electrical resistance.
    [0024] DieLösungder Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Teile der Ansprüche zweibis achtzehn in vorteilhafter Weise ausgestaltet.The solution of the problem is achieved by the characterizing parts of claims two to eighteen designed in an advantageous manner.
    [0025] DasWalz-Kompaktieren eignet sich fürverschiedene Arbeitsschritte: Zum einen kann die rieselfähige grüne Mischungkontinuierlich zu Bändernverdichtet werden, zum anderen könnenzwei oder mehrere solcher Bänderzu einem einheitlichen Formkörperzusammengepresst werden.TheRoll compacting is suitable fordifferent steps: On the one hand, the free-flowing green mixturecontinuously to tapescan be condensed to anothertwo or more such bandsto a uniform shaped bodybe pressed together.
    [0026] Einewesentliche Voraussetzung fürdas erste Verdichten zu einem Band ist, dass die grüne Mischungin rieselfähigerForm vorliegt. Der Gehalt an kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittelder grünen Mischungbeträgt10 bis 50Gew.-%. Die kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel sinddie in der Kohlenstofftechnik gängigenPeche oder Kunstharze.Aessential condition forThe first compaction to a band is that the green mixturein free-flowingForm is present. The content of hydrocarbon-containing binderthe green mixtureis10 to 50% by weight. The hydrocarbon-containing binders arethe common in the carbon technologyPeche or synthetic resins.
    [0027] Für das Walz-Kompaktierenwird eine rieselfähigegrüne Mischungmit einer Kornverteilung von 10 μmbis 500 μmeingesetzt.For roll compactingwill be a free-flowinggreen mixturewith a particle size distribution of 10 μmup to 500 μmused.
    [0028] Gleichzeitigmit der rieselfähigengrünenMischung wird eine Lage aus dünnemmetallischen Leiter in das verdichtende Walzenpaar eingezogen. Die Lageaus dünnemmetallischen Leiter wird so beim Walz-Kompaktieren eingesetzt, dasssie entweder auf beiden Seiten etwa in gleicher Stärke vonder zunächstrieselfähigen,dann verdichteten grünenMischung bedeckt ist oder die Lage wird so eingesetzt, dass sienur einseitig von der zunächstrieselfähigen, dannverdichteten grünenMischung bedeckt ist.simultaneouslywith the free-flowinggreenMixture becomes a layer of thinmetallic conductor fed into the compacting pair of rollers. The locationfrom thinMetallic conductor is used in roll compaction, thatthey either on both sides about the same strength ofthe firstfree-flowing,then compacted greenMixture is covered or the situation is so used that theyonly one-sided from the firstfree-flowing, thencompacted greensMixture is covered.
    [0029] Für das Walz-Kompaktierenwerden vergleichsweise dünneund flexible metallische Leiter in Form von Lagen aus Drähten, Litzenoder Bändern mitDicken der einzelnen Filamente von weniger als 0,4 mm eingesetzt.Metallische Leiter sind Kupfer oder Kupferlegierungen. Innerhalbder Lage des metallischen Leiters sind die Drähte, Litzen oder Bänder entwederim Wesentlichen uni-direktional einzeln oder scharweise, jeweilsmit Abständenzueinander angeordnet, oder im Wesentlichen multidirektional angeordnet.Letzteres entspricht bezüglichder Leiterorientie-rung einem zwei- oder mehrachsigen Gewebe. Auchsolche mehrachsigen Gewebe eignen sich als Lage aus dünnen metallischenLeitern in den erfindungsgemäßen Kohlenstoffbändern. Allerdings dürfen dieseGewebe keine geschlossene Schicht bilden. Vielmehr sind durchbrocheneGittergewebe einzusetzen. Werden keine Gittergewebe sondern geschlosseneGewebe verwendet, stellen letztere eine den Zusammenhalt des Kohlenstoff-Profils oder -Bandesstark störendeInhomogenitätdar. Diese ist meist Ursache fürDelaminationen, die durch mechanischen Schock oder durch deutlicheDifferenzen in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten – wirksamz. B. beim Brennen – ausgelöst werden.For roll compactingbecome comparatively thinand flexible metallic conductors in the form of layers of wires, strandsor tapes withThicknesses of individual filaments of less than 0.4 mm used.Metallic conductors are copper or copper alloys. Withinthe position of the metallic conductor are the wires, strands or bands eitheressentially unidirectional singular or sharp, respectivelywith intervalsarranged to one another, or arranged substantially multidirectionally.The latter corresponds with respectthe ladder orientation of a two- or multi-axis tissue. AlsoSuch multiaxial fabrics are suitable as a layer of thin metallicLadders in the carbon tapes of the invention. However, these are allowedTissues do not form a closed layer. Rather, are openworkUse mesh fabric. Be no mesh fabric but closedTissue used, the latter provide a cohesion of the carbon profile or bandvery disturbinginhomogeneityThis is usually the cause ofDelaminations caused by mechanical shock or by significantDifferences in the thermal expansion coefficients - effectivez. B. when burning - be triggered.
    [0030] Dievorgenannten textilen Formen des dünnen metallischen Leiters werdenin einer Lage so eingesetzt, dass mindestens 40% der Fläche dieser Lageaus der verdichteten grünenMischung bestehen.Theaforementioned textile forms of the thin metallic conductorin a position so used that at least 40% of the area of this locationfrom the compacted greenMixture exist.
    [0031] Beimkontinuierlichen Verwalzen zweier verdichteter, endloser Profilemit Lagen dünnermetallischer Leiter, die gemäß Anspruch8 nur einseitig von der zunächstrieselfähigen,dann verdichteten grünen Mischungbedeckt sind, ist verständlicherWeise auf Folgendes zu achten: Die Lagen dünner metallischer Leiter, diejeweils an der Oberflächeeines verdichteten Profils sind, werden nicht so angeordnet, dasssie übereinanderliegen. Erstens haften die Lagen dünner metallischer Leiter nichtaneinander und zweitens würdedie oben beschriebene stark störendeInhomogenitätmit der Gefahr der Delamination entstehen.At thecontinuous rolling of two compacted, endless profilesthinner with layersmetallic conductor according to claim8 only one-sided from the firstfree-flowing,then compacted green mixtureare covered, is more understandableNote the following: The layers of thin metallic conductors, theeach at the surfaceof a condensed profile are not arranged so thatthey are on top of each otherlie. First, the layers of thin metallic conductors do not adhereto each other and secondlythe above-described highly disturbinginhomogeneitywith the risk of delamination.
    [0032] Für das Walz-Kompaktierender Vorprodukte wird mindestens ein Walzenpaar eingesetzt, welches einendefiniert eingestellten Walzenspalt aufweist und aus zwei mit gleicheraber gegenläufigerMantelgeschwindigkeit laufenden Walzen besteht. Die Achsen einessolchen Walzenpaares sind in einer horizontalen Ebene angeordnet.Das ist zweckmäßig, weilauf diese Weise die rieselfähigegrüne Mischung inden Spalt des Walzenpaares hinein laufen kann. Die rieselfähige grüne Mischungund die dünnenmetallischen Leiter – insgesamtdie Vorprodukte – und dasdaraus verdichtete Profil des grünenKohlenstoffmaterials oder des Materialverbundes werden kontinuierlichim Wesentlichen vertikal von oben nach unten gefördert.For roll compactingthe precursors at least one pair of rollers is used, which is adefined set nip and two with the samebut more contrarySheath speed consists of running rollers. The axes of asuch roller pair are arranged in a horizontal plane.That is convenient becausein this way the free-flowinggreen mixture incan run the gap of the pair of rollers inside. The pourable green mixtureand the thin onesmetallic ladder - totalthe precursors - and thatFrom this condensed profile of the greenCarbon material or the composite material are continuousessentially conveyed vertically from top to bottom.
    [0033] Dasverdichtete, endlose Profil eines grünen Kohlenstoffmaterials odereines Materialverbundes mit dünnenmetallischen Leitern weist einen solchen Zusammenhalt auf, dasses ohne Weiteres zu handhaben ist. Daher werden zwei oder mehreresolche verdichtete Profile zur weiteren Behandlung durch Walzenpaaregeführt,deren Achsen in einer vertikalen Ebene angeordnet sind. Die verdichteten,endlosen Profile selbst werden übereinandergelegt bei Temperaturen von 20 bis 120°C im Wesentlichen horizontalim Walz-Kompaktieren verwalzt.Thecompacted, endless profile of a green carbon material ora composite of materials with thin onesMetallic conductors has such a cohesion thatit is easy to handle. Therefore, two or moresuch compressed profiles for further treatment by pairs of rollersguided,whose axes are arranged in a vertical plane. The condensed,endless profiles themselves are superimposedplaced at temperatures of 20 to 120 ° C substantially horizontallyrolled in roll compacting.
    [0034] Ineiner Gesamtanlage werden mindestens zwei aus der rieselfähigen grünen Mischungund anderen Vorprodukten verdichtete Profile kontinuierlich zunächst imWesentlichen in vertikaler Richtung von oben nach unten erzeugtund gefördertund nach Umlenken um 90° sowieeiner Vorwärmungin einer Temperierkammer zusammengefasst und im Wesentlichen horizontalmit Hilfe eines Walzenpaares zu einem Formkörper verwalzt. Soll ein solcherFormkörperzu einer Schleifleiste verarbeitet werden, so enthält dieserFormkörpermindestens zwei Lagen dünnermetallischer Leiter, wobei mindestens 40% der Fläche der die dünnen metallischenLeiter enthaltenden Lagen vom Kohlenstoffmaterial durchsetzt sind.Die Lagen der dünnenmetallischen Leiter sind innerhalb des Materialverbundes im Wesentlichen parallelzueinander angeordnet.In an overall system, at least two profiles compressed from the free-flowing green mixture and other precursors are initially generated and conveyed substantially vertically from top to bottom and combined after deflection by 90 ° and preheating in a temperature control chamber and substantially horizontal with the aid of a Roller pair rolled into a shaped body. If such a shaped body is to be processed into a grinding bar, then this shaped body contains at least two layers of thin metallic conductors, wherein at least 40% of the area of the layers containing the thin metallic conductors penetrates the carbon material are. The layers of the thin metallic conductors are arranged substantially parallel to one another within the composite material.
    [0035] DasWalz-Kompaktieren ist ein kontinuierliches Verfahren mit dem verdichteteFormkörperaus einem Materialverbund von grünemKohlenstoff und dünnenmetallischen Leitern hergestellt werden. Ein solcher Materialverbundenthälterfindungsgemäß wenigerals 5Vol. % Metalle.TheRoll compacting is a continuous process with the compacted onemoldingsfrom a composite material of greenCarbon and thinmetallic conductors are produced. Such a composite materialcontainsless according to the inventionas 5Vol. % Metals.
    [0036] Ineinem ersten Ausführungsbeispielwurden als Feststoffe 53Gew.-% Koks, 15Gew.-% Graphit und 7Gew.-%Ruß mit25Gew.-% Bindemittel gemischt. Dabei lagen die Feststoffe in einerKörnung vonunter 500μmvor und das Pech hatte einen Erweichungspunkt von 80°C nach Krämer-Sarnow.In einem ersten Mischprozess wurden die Bestandteile bei Raumtemperaturhomogenisiert und anschließendin einem Schneckenextruder der Marke Bausano auf etwa 150°C erwärmt. Dabeiverteilte sich das dann flüssigePech auf die Oberflächender Feststoffe; das heißeGemisch wurde schließlichals Profil extrudiert. Das heißeProfil ließ manauf Raumtemperatur abkühlen,um es anschließenddurch eine Sekundärmahlungauf eine mittlere Korngröße von 100μm zu bringen.Diese rieselfähigegrüne Mischungwar das Vorprodukt fürdas Walz-Kompaktieren von verdichteten Profilen oder Formkörpern. Unterden folgenden Bedingungen wurde verdichtet: Die rieselfähige grüne Mischungwurde in einen Fülltrichtermit Verstelleinrichtung übereinem Walzenpaar gegeben, dessen Walzen jeweils einen Durchmesservon 200mm hatten und dessen Walzenachsen in der horizontalen Ebeneangeordnet waren. Die Mantelgeschwindigkeit der gegenläufigen Walzen betrug2,0m/min. Das Verdichten der grünenMischung im Walzenspalt erfolgte bei Raumtemperatur und das verdichteteProfil verlies kontinuierlich den Walzenspalt vertikal von obennach unten. Der Walzenspalt wurde auf 1,50mm eingestellt.In a first embodiment, as solids, 53 wt% coke, 15 wt% graphite, and 7 wt% carbon black were mixed with 25 wt% binder. The solids were present in a grain size of less than 500 microns and the pitch had a softening point of 80 ° C after Krämer-Sarnow. In a first mixing process, the ingredients were homogenized at room temperature and then heated to about 150 ° C. in a Bausano screw extruder. The liquid pitch then spread to the surfaces of the solids; the hot mixture was finally extruded as a profile. The hot profile was allowed to cool to room temperature and then brought to a mean grain size of 100μm by secondary milling. This free-flowing green mixture was the precursor for the roll compacting of compacted profiles or moldings. Under the following conditions was condensed: The free-flowing green mixture was placed in a hopper with adjustment over a pair of rollers, whose rolls each had a diameter of 200mm and whose roll axes were arranged in the horizontal plane. The mantle speed of the counter-rotating rolls was 2.0 m / min. The densification of the green mixture in the nip was at room temperature and the densified profile continuously left the nip vertically from top to bottom. The nip was set to 1.50 mm.
    [0037] DasErgebnis des Walz-Kompaktierens war ein verdichtetes, endloses Profilaus grünemKohlenstoff mit einer Dicke von 1,70mm.TheThe result of roll compacting was a compacted, endless profilefrom greenCarbon with a thickness of 1.70mm.
    [0038] Ineinem zweiten Ausführungsbeispielwurde die gleiche rieselfähigegrüne Mischungwie beim ersten Ausführungsbeispielin den Fülltrichtermit Verstelleinrichtung überdem selben Walzenpaar gegeben und zusätzlich wurde eine Lage dünner metallischerLeiter durch die lose rieselfähigegrüne Mischungim Fülltrichtermit Verstelleinrichtung bis in den Spalt des Walzenpaares geführt, wogrüne Mischungund metallische Leiter kontinuierlich zu einem Materialverbund inForm eines endlosen Profils verdichtet wurden. Das Walz-Kompaktierenerfolgte unter diesen Bedingungen: Die Mantelgeschwindigkeitder gegenläufigenWalzen betrug 1,5m/min. Das Verdichten der grünen Mischung im Walzenspalterfolgte kontinuierlich bei Raumtemperatur und das verdichtete Profilverlies den Walzenspalt vertikal von oben nach unten. Der Walzenspaltwurde auf 1,90mm eingestellt.In a second embodiment, the same free-flowing green mixture as in the first embodiment was placed in the hopper with adjusting over the same pair of rollers and additionally a layer of thin metallic conductor was passed through the loose free-flowing green mixture in the hopper with adjusting to the gap of the pair of rollers where green mixture and metallic conductors were continuously compressed to form a composite material in the form of an endless profile. The rolling compacting was carried out under these conditions: The mantle speed of the counter-rotating rolls was 1.5 m / min. The densification of the green mixture in the nip was carried out continuously at room temperature and the compacted profile left the nip vertically from top to bottom. The nip was set to 1.90 mm.
    [0039] DasErgebnis des Walz-Kompaktierens war ein verdichtetes endloses Profilaus einem Materialverbund aus grünemKohlenstoff und dünnemmetallischem Leiter mit einer Dicke von 2,10mm.TheThe result of roll compaction was a compacted continuous profilemade of a composite of greenCarbon and thinmetallic conductor with a thickness of 2.10mm.
    [0040] Ineinem dritten Ausführungsbeispielwurden zwei gemäß dem erstenAusführungsbeispielkontinuierlich hergestellte, verdichtete Profile in ein Walzenpaargegeben, dessen Walzenachsen in der vertikalen Ebene angeordnetwaren, die Profile wurden also in der Horizontalen gefördert. Zwischendie beiden Profile aus grünemKohlenstoff wurde eine Lage aus Kupfernetz gegeben. Das Walz-Kompaktieren erfolgteunter diesen Bedingungen: Die Walzen hatten jeweils einen Durchmesservon 200mm und die Mantelgeschwindigkeit der gegenläufigen Walzen betrug2,0m/min. Die drei Materiallagen wurden vor dem Eintritt in denWalzenspalt innerhalb von einer Minute auf 80°C aufgeheizt. Die drei Lagenhatten vor dem Verdichten eine Gesamtdicke von 4,80mm und der Walzenspaltwurde auf 3,60mm eingestellt.Ina third embodimentwere two according to the firstembodimentcontinuously produced, compressed profiles in a pair of rollersgiven whose roller axes are arranged in the vertical planewere, the profiles were thus promoted in the horizontal. Betweenthe two profiles of greenCarbon was given a layer of copper net. The rolling compacting was carried outunder these conditions: The rolls each had a diameterof 200mm and the mantle speed of the counter-rotating rollers was2.0m / min. The three material layers were before entering theNip heated to 80 ° C within one minute. The three layershad a total thickness of 4.80mm and the nip before compactingwas set to 3.60mm.
    [0041] DasErgebnis des Walz-Kompaktierens war ein verdichteter endloser Formkörper auseinem Materialverbund aus grünemKohlenstoff und dünnem metallischemLeiter mit einer Dicke von 3,75mm.TheThe result of roll compacting was a compacted continuous molded bodya material composite of greenCarbon and thin metallicHead with a thickness of 3.75mm.
    [0042] Ineinem vierten Ausführungsbeispielwurden drei gemäß dem drittenAusführungsbeispiel kontinuierlichhergestellte, verdichtete Profile aus dem Materialverbund aus grünem Kohlenstoffund dünnemmetallischem Leiter in ein Walzenpaar gegeben, dessen Walzenachsenin der vertikalen Ebene angeordnet waren, die Profile wurden alsoin der Horizontalen gefördert.Das Walz-Kompaktieren erfolgte unter diesen Bedingungen: DieWalzen hatten jeweils einen Durchmesser von 200mm und die Mantelgeschwindigkeitder gegenläufigenWalzen betrug 2,0m/min. Die drei Materiallagen wurden vor dem Eintrittin den Walzenspalt innerhalb von vier Minuten auf 80°C aufgeheizt.Die drei Lagen hatten vor dem Verdichten eine Gesamtdicke von 11,25mmund der Walzenspalt wurde auf 10,00mm eingestellt.In a fourth embodiment, three continuously produced according to the third embodiment, compressed profiles of the green carbon composite material and thin metallic conductor in a pair of rollers whose roll axes were arranged in the vertical plane, the profiles were therefore conveyed in the horizontal. The rolling compacting was carried out under these conditions: The rolls each had a diameter of 200 mm and the mantle speed of the counter-rotating rolls was 2.0 m / min. The three layers of material were heated to 80 ° C within four minutes prior to entering the nip. The three layers had a total thickness of 11.25mm before compacting and the nip was set at 10.00mm.
    [0043] DasErgebnis des Walz-Kompaktierens war ein verdichteter, endloser Formkörper auseinem Mate-rialverbund aus grünemKohlenstoff und dünnem metallischemLeiter mit einer Dicke von 10,25mm.TheThe result of the roll compacting was a compacted, endless shaped bodya mate rialverbund from greenCarbon and thin metallicLadder with a thickness of 10.25mm.
    [0044] Durchdie folgende Figur wird die Erfindung beispielhaft weiter erläutert. Eszeigt:Bythe following figure, the invention is further exemplified. Itshows:
    [0045] 1 Schemaeiner Gesamtanlage zur kontinuierlichen Herstellung eines Formkörpers (8) 1 Scheme of an overall plant for the continuous production of a shaped body ( 8th )
    [0046] DasSchema einer Gesamtanlage zur kontinuierlichen Herstellung einesFormkörpers(8) gibt eine Übersicht,wie aus verschiedenen Vorprodukten (2), (3) derFormkörper(8) aus grünemKohlenstoff und dünnemmetallischen Leiter entsteht. Exemplarisch wird die kontinuierlicheHerstellung zweier – stattmehrerer – gleichartigerverdichteter Profile (1) eines Materialverbundes gezeigt.Für jeweilsein Profil (1) eines Materialverbundes gilt: In einen Fülltrichter(4) wird die rieselfähigegrüne Mischung(3) gegeben. Mittels einer Verstelleinrichtung wird dieaus dem Fülltrichter(4) ausfließendeund in den Walzenspalt des Walzenpaares (5) eintretendeMenge der grünenMischung geregelt. Gleichzeitig wird eine Lage eines dünnen metallischenLeiters (2) mit in den Walzenspalt eingezogen. Diese Lage(2) tritt von oben in den mit der rieselfähigen grünen Mischung (3)gefülltenFülltrichter(4) mit ein. Sie wird dabei so geführt, dass sie entweder aufbeiden Seiten etwa in gleicher Stärke von der zunächst rieselfähigen, dann imWalzenspalt verdichteten grünenMischung bedeckt ist oder die Lage (2) wird so geführt, dasssie nur einseitig von der zunächstrieselfähigen,dann im Walzenspalt verdichteten grünen Mischung bedeckt ist. Ausdem Walzenpaar (5) tritt kontinuierlich das verdichteteProfil (1) eines Materialverbundes – bestehend aus den Vorprodukten(2), (3) – hervor.Scheme of an overall plant for the continuous production of a shaped body ( 8th ) gives an overview of how different intermediate products ( 2 ) 3 ) the shaped body ( 8th ) is made of green carbon and a thin metallic conductor. Exemplary is the continuous production of two - instead of several - similar compressed profiles ( 1 ) of a composite material shown. For each profile ( 1 ) of a composite material: In a hopper ( 4 ), the free-flowing green mixture ( 3 ). By means of an adjusting device is from the hopper ( 4 ) flowing out and into the nip of the roller pair ( 5 ) entering amount of the green mixture. At the same time, a layer of a thin metallic conductor ( 2 ) fed into the nip. This location ( 2 ) enters from above into the free-flowing green mixture ( 3 ) filled hopper ( 4 ) with a. It is guided in such a way that it is either covered on both sides at about the same thickness by the initially free-flowing, then compressed in the nip green mixture or the position ( 2 ) is guided so that it is covered on one side only by the first free-flowing, then compacted in the nip green mixture. From the roller pair ( 5 ) the compressed profile ( 1 ) of a material composite - consisting of the precursors ( 2 ) 3 ) - out.
    [0047] Diemindestens zwei gleichzeitig im Wesentlichen in vertikaler Richtungvon oben nach unten entstehenden Profile (1) des Materialverbundessind Dank ihres guten Zusammenhaltes ohne Weiteres zu handhabenund lassen sich deshalb um 90° umlenken.Die mindestens zwei Profile (1) werden dann im Wesentlichenhorizontal gefördertund zusammengefasst einer Temperierkammer zur Vorwärmung (6)zugeführt.Bei Temperaturen von mindestens 20°C und höchstens 120°C werden sie mit einem weiterenWalzenpaar (7) zu einem Formkörper (8) verwalzt.The at least two profiles (which originate from top to bottom in a vertical direction at the same time) 1 ) of the composite materials are easy to handle thanks to their good cohesion and can therefore be deflected by 90 °. The at least two profiles ( 1 ) are then conveyed substantially horizontally and combined a temperature control chamber for preheating ( 6 ). At temperatures of at least 20 ° C and at most 120 ° C, they are 7 ) to a shaped body ( 8th ).
    11 Verdichtetes,endloses Profil eines Materialverbundes aus den Vorprodukten (2),(3)densifiedendless profile of a material composite from the precursors (2),(3) 22 Dünner metallischerLeiterThin metallicladder 33 Rieselfähige grüne MischungFree-flowing green mixture 44 Fülltrichtermit Verstelleinrichtung fürgrüne Mischunghopperwith adjusting device forgreen mixture 55 Walzenpaarzum Walz-Kompaktieren der Vorprodukteroller pairfor roll compacting precursors 66 Temperierkammertemperature chamber 77 Walzenpaarzum gemeinsamen Verdichten von mindestens zwei Profilenroller pairfor joint compaction of at least two profiles 88th Formkörpermoldings
    权利要求:
    Claims (18)
    [1]
    Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einesMaterialverbundes und einer daraus herzustellenden Schleifleiste – bestehendaus einer Matrix von gebranntem Kohlenstoff mit wärmebehandeltemBinder und aus lagenweise darin enthaltenen dünnen metallischen Leitern (2) – mit einerDichte von kleiner oder gleich 2,3g/cm3 und – mit einemparallel zu den Lagen der dünnenmetallischen Leiter gemessenen mittleren spezifischen elektrischenWiderstand von kleiner oder gleich 3μΩm – für Schleifleisten zur gleitendenStromabnahme zwecks Betrieb von Fahrzeugen mit Elektromotoren – mittelsder bekannten Verfahrensschritte – Mischen der trockenen Kohlenstoffkomponenten undder Additive mit kohlenwasserstoffhaltigem Bindemittel – Brennendes zunächstgrünenFormkörpersunter dem Schutzgas Wasserstoff und – Bearbeiten des so erhaltenenMaterialverbundes zu Schleifleisten, die die dünnen metallischen Leiter inder gewünschtenOrientierung enthalten, dadurch gekennzeichnet, dassnach dem Verfahrensschritt Mischen und vor dem Verfahrensschritt Brennenmit einem Verfahrensschritt Walz-Kompaktieren ein verdichtetes Profil(1) eines Materialverbundes aus grünem Kohlenstoffmaterial unddünnem metallischenLeiter (2) kontinuierlich erzeugt wird.Process for the continuous production of a composite material and an abrasive strip to be produced therefrom - consisting of a matrix of burnt carbon with a heat-treated binder and layerwise thin metallic conductors ( 2 ) - with a density of less than or equal to 2.3 g / cm 3 and - with a mean electrical resistivity of less than or equal to 3μΩm measured parallel to the layers of the thin metallic conductors - for sliding strips for sliding current collection for the purpose of operating vehicles with electric motors - by means of the known method steps - mixing the dry carbon components and the additives with hydrocarbon-containing binder - burning the initially green shaped body under the protective gas hydrogen and - processing the composite material thus obtained to form abrasive strips containing the thin metallic conductors in the desired orientation, characterized in that after the process step mixing and before the process step firing with a process step rolling compacting a compressed profile ( 1 ) of a composite material of green carbon material and a thin metallic conductor ( 2 ) is generated continuously.
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,dass fürdas Walz-Kompaktieren eine rieselfähige grüne Mischung (3), bevorzugtals Körnung auseiner Sekundärmahlung,eingesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that for the roll compacting a free-flowing green mixture ( 3 ), preferably as a grain from a secondary payment, is used.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet,dass fürdas Walz-Kompaktieren eine rieselfähige grüne Mischung (3) mit10 bis 50Gew.-% Bindemittel eingesetzt wird.A method according to claim 2, characterized in that for the roll compacting a free-flowing green mixture ( 3 ) is used with 10 to 50 wt .-% of binder.
    [4]
    Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3 dadurch gekennzeichnet,dass fürdas Walz-Kompaktieren aus der Gruppe der kohlenwasserstoffhaltigen Bindemittel Pecheoder Kunstharze eingesetzt werden.Process according to Claims 2 and 3, characterizedthat forRoll-compacting from the group of hydrocarbon-containing binders pitchor synthetic resins are used.
    [5]
    Verfahren nach den Ansprüchen 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet,dass fürdas Walz-Kompaktieren eine rieselfähige grüne Mischung (3) miteiner Kornverteilung von 10 μmbis 500 μmeingesetzt wird.Process according to claims 2 to 4, characterized in that for the roll compacting a free-flowing green mixture ( 3 ) is used with a particle size distribution of 10 microns to 500 microns.
    [6]
    Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,dass fürdas Walz-Kompaktieren eine rieselfähige grüne Mischung (3) unddarin eingebettet eine Lage aus dünnem metallischen Leiter (2)eingesetzt wird.A method according to claim 1, characterized in that for the roll compacting a free-flowing green mixture ( 3 ) and embedded therein a layer of thin metallic conductor ( 2 ) is used.
    [7]
    Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet,dass die Lage aus dünnemmetallischen Leiter (2) so beim Walz-Kompaktieren eingesetzt wird,dass sie auf beiden Seiten etwa in gleicher Stärke von der zunächst rieselfähigen, dannverdichteten grünenMischung bedeckt ist.A method according to claim 6, characterized in that the layer of thin metallic conductor ( 2 ) is used in the rolling compacting, that it is covered on both sides in about the same thickness of the initially free-flowing, then compacted green mixture.
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet,dass die Lage aus dünnemmetallischen Leiter (2) so beim Walz-Kompaktieren eingesetzt wird,dass sie nur einseitig von der zunächst rieselfähigen, dannverdichteten grünenMischung bedeckt ist.A method according to claim 6, characterized in that the layer of thin metallic conductor ( 2 ) is used during roll compaction, that it is covered on one side only by the initially free-flowing, then compacted green mixture.
    [9]
    Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 8 dadurch gekennzeichnet,dass fürdas Walz-Kompaktieren als Lage aus dünnem metallischen Leiter (2) Drähte, Litzenoder Bändermit Dicken der einzelnen Filamente von weniger als 0,4 mm eingesetztwerden.Process according to claims 6 to 8, characterized in that for the roll compacting as a layer of thin metallic conductor ( 2 ) Wires, strands or tapes with thicknesses of individual filaments of less than 0.4 mm are used.
    [10]
    Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 9 dadurch gekennzeichnet,dass in der Lage des dünnen metallischenLeiters (2) Kupferlegierungen oder Kupfer für das Walz-Kompaktiereneingesetzt wird.Process according to claims 6 to 9, characterized in that in the position of the thin metallic conductor ( 2 ) Copper alloys or copper is used for the rolling compacting.
    [11]
    Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 10 dadurch gekennzeichnet,dass in der Lage des dünnen metallischenLeiters (2) die Drähte,Litzen oder Bänderim Wesentlichen unidirektional einzeln oder scharweise, jeweilsmit Abständenzueinander für dasWalz-Kompaktieren eingesetzt werden.Process according to claims 6 to 10, characterized in that in the position of the thin metallic conductor ( 2 ) the wires, strands or bands are used substantially unidirectionally individually or in pairs, each with distances to each other for roll compacting.
    [12]
    Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 11 dadurch gekennzeichnet,dass in der Lage des dünnen metallischenLeiters (2) die Drähte,Litzen oder Bänderim Wesentlichen multidirektional für das Walz-Kompaktieren eingesetztwerden.Process according to claims 6 to 11, characterized in that in the position of the thin metallic conductor ( 2 ) the wires, strands or bands are used essentially multidirectionally for roll compacting.
    [13]
    Verfahren nach den Ansprüchen 6 bis 12 dadurch gekennzeichnet,dass in der Lage des dünnen metallischenLeiters (2) solche textilen Formen des Leiters eingesetztwerden, dass mindestens 40% der Fläche dieser Lage aus der verdichtetengrünenMischung bestehen.Process according to claims 6 to 12, characterized in that in the position of the thin metallic conductor ( 2 ) such textile forms of the conductor are used that at least 40% of the area of this layer consist of the compacted green mixture.
    [14]
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis13 dadurch gekennzeichnet, dass das Walz-Kompaktieren der Vorproduktezwischen den Walzen von mindestens einem Walzenpaar (5)erfolgt, welches einen definiert eingestellten Walzenspalt aufweistund aus zwei mit gleicher aber gegenläufiger Mantelgeschwindigkeitlaufenden Walzen besteht.Method according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the roll-compacting of the precursors between the rolls of at least one pair of rolls ( 5 ), which has a defined set nip and consists of two with the same but opposite mantle speed rollers running.
    [15]
    Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet,dass die Vorprodukte und das daraus verdichtete Profil (1)des grünenKohlenstoffmaterials oder des Materialverbundes kontinuierlich imWesentlichen vertikal von oben nach unten gefördert werden.A method according to claim 14, characterized in that the precursors and the profile compressed therefrom ( 1 ) of the green carbon material or the composite material are continuously conveyed substantially vertically from top to bottom.
    [16]
    Verfahren nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet,dass zwei oder mehrere verdichtete, endlose Profile (1)mit oder ohne Lagen dünnermetallischer Leiter (2) übereinander gelegt bei Temperaturenvon 20 bis 120°Cim Wesentlichen horizontal im Walz-Kompaktieren verwalzt werden.A method according to claim 14, characterized in that two or more compressed, endless profiles ( 1 ) with or without layers of thin metallic conductors ( 2 ) are stacked at temperatures of 20 to 120 ° C substantially horizontally rolled in the roll compacting.
    [17]
    Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis16 dadurch gekennzeichnet, dass in einer Gesamtanlage kontinuierlichmindestens zwei verdichtete Profile (1) zunächst imWesentlichen in vertikaler Richtung von oben nach unten erzeugtund gefördertwerden und nach Umlenken um 90° sowie nacheiner Vorwärmungin einer Temperierkammer (6) zusammengefasst und im Wesentlichenhorizontal mit Hilfe eines Walzenpaares (7) zu einem Formkörper verwalztwerden.Method according to one or more of claims 14 to 16, characterized in that in an overall system continuously at least two compressed profiles ( 1 ) are first generated and conveyed in a substantially vertical direction from top to bottom and after deflection by 90 ° and after preheating in a temperature chamber ( 6 ) and essentially horizontally by means of a pair of rollers ( 7 ) are rolled into a shaped body.
    [18]
    Materialverbund nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis17 dadurch gekennzeichnet, dass der Materialverbund weniger als5Vol.-% Metalle enthält.Composite material according to one or more of claims 1 to17, characterized in that the composite material less thanContains 5% by volume of metals.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE102004006589B4|2006-09-07|
    EP1564063A1|2005-08-17|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-09-01| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2007-03-08| 8364| No opposition during term of opposition|
    2007-07-19| 8327| Change in the person/name/address of the patent owner|Owner name: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FöRDERUNG DER ANGE, DE |
    2009-12-17| 8339| Ceased/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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    EP20050002761| EP1564063A1|2004-02-10|2005-02-10|Kontinuierliche Herstellung von Schleifleisten aus Kohlenstoff mit einem geringen Anteil an dünnen metallischen Leitern|
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