Gleitkontakt

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Gleitkontakte am denkmalgeschützten Radioteleskop Astropeiler in Bad Münstereifel. Die G. ermöglichen die kontinuierliche Drehung des Spiegels und übertragen die Energie für die Stellmotoren und die Hochfrequenz der Antenne im Sende- und Empfangsbetrieb.

Der Begriff Gleitkontakt soll hier in erster Linie für Kontakte aus Kohlenstoff bzw. metallhaltigen Kohlenstoffwerkstoffen in der Elektrotechnik verwendet werden. Weiterhin kann man auch im Zusammenhang mit Dichtungen, speziell Gleitringdichtungen, von einem Gleitkontakt sprechen. Hier kommen auch Werkstoffe aus Keramik zum Einsatz. Die makroskopischen und mikroskopischen Vorgänge mit und ohne Stromfluß unterscheiden sich grundlegend.

Inhaltsverzeichnis

1 Geschichte
2 Warum Kohlenstoff ?
3 Herstellung von Kohlenstoff-Gleitwerkstoffen
4 Einsatzgebiete für elektrische Gleitkontakte

[Bearbeiten] Geschichte

1833 baute William Ritchie eine Maschine, in der Federn aus Kupfer als Stromübertragungselemet eingesetzt wurden. 1884 erschien ein Patent, in dem von Pinselbürsten die Rede war. Diese Form des Gleitkontaktes war auch der Taufpate für die noch heute in aller Welt gebräuchliche Bezeichnung dieses Bauteils - Kohlebürste, carbon brush, balais carbon, Koolborstel, escobilla de carbon.

Man erkannte jedoch recht bald, dass Kupfer als Gleitkontaktwerkstoff eine schlechte Lebensdauer aufweist. Durch starke Funkenbildung wird ein hoher Verschleiß sowohl der Kontaktbürsten als auch des Kommutators ausgelöst.

Im Jahre 1885 publizierte Professor George Forbes ein Patent, in dem Kohlenstoff zur Stromübertragung bei Gleitkontakten vorgeschlagen wird.

Es dauerte aber bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts, bis diese Idee auch kommerziell umgesetzt wurde. Spätestens mit der Entwicklung der elektrischen Bahnen endete die Zeit der Kupfer-Pinselbürsten. Die wirtschaftliche Entwicklung wichtiger Industriebereiche wie Stahl oder Bergbau, oder von Weltfirmen wie Siemens, AEG, BBC wäre ohne elektrische Antriebe mit Kohlebürsten als Gleitkontakt nicht möglich gewesen.

Im täglichen Leben begegnen uns Kohlebürsten besonders im Automobil und im Haushaltsbereich - Waschmaschine, Staubsauger, Heimwerkergeräte.

[Bearbeiten] Warum Kohlenstoff ?

Gegenüber metallischen Gleitwerkstoffe hat Kohlenstoff folgende herausragende Vorteile

geringes Gewicht
umweltfreundlich
gute Chemikalienbeständigkeit
gute elektrische Leitfähigkeit
geringe Reibung
über verschiedene Rohstoffe und Verfahren an alle Bedingungen anpassbar
kein Schmelzpunkt, daher keine Verschweißneigung mit dem Gegenlaufmaterial

[Bearbeiten] Herstellung von Kohlenstoff-Gleitwerkstoffen

Die industrielle Herstellung von Kohlekeramik beginnt mit der Auswahl und Aufbereitung von Rohstoffen. Neben Naturgraphit kommen künstliche Graphite, Kokse, Ruße und Peche zum Einsatz. Nach dem Mischen der Komponenten und Formgebungsprozessen spielen Temperaturbehandlungen bis zu 3000°C bei der Einstellung der Eigenschaften der Endprodukte eine wichtige Rolle. Nachbehandlungen wie Imprägnierung mit Harzen oder Metallen erlauben eine weitergehende Modifizierung. Mechanische Bearbeitungsschritte geben den Bauteilen dann die endgültige Kontur.

[Bearbeiten] Einsatzgebiete für elektrische Gleitkontakte

Jeder Hersteller von elektrotechnischen Kohlenstoffprodukten verfügt über eine umfangreiche Werkstoffpalette mit über 100 unterschiedlichen Werkstoffen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass unterschiedliche Anwendungen für optimale Performance speziell auf die jeweiligen Einsatzbedingungen zugeschnittene Werkstoffe erfordern. Temperatur, Strom, Luftfeuchtigkeit, Gegenlaufmaterial, Anpressdruck und Umgebungsbedingungen sind die wichtigsten Paramater, die Einfluß auf das Laufverhalten von elektrischen Gleitkontakten haben.

Die wichtigsten Einsatzgebiete sind