Kohlebürsten für Motoren sind Bauteile, die durch Gleitkontakt mit dem Kommutator (oder Schleifring) Strom übertragen und bei Gleichstrommotoren in Verbindung mit der Funktion des Kommutators die Drehbewegung aufrechterhalten.Sie kommen in einer Vielzahl von Geräten zum Einsatz, von Industriemotoren bis hin zu Elektrowerkzeugen. Wenn sich die Kohlebürsten abnutzen oder die Gleichrichtung gestört wird, kann dies zu Funkenbildung oder Schäden am Kommutator führen, was im Hinblick auf Wartung und Ausfallrisiken von großer Bedeutung ist.
Zu den Werkstoffen für Kohlebürsten zählen elektrografitbasierte, naturgraphitbasierte und metallgraphitbasierte Materialien (Metallgraphit), wobei die Auswahl entsprechend dem Verwendungszweck und den Einsatzbedingungen unerlässlich ist.Wenn Sie die Lebensdauer aufgrund von Verschleiß sowie den richtigen Zeitpunkt für den Austausch einschätzen können und die Methoden zur Diagnose von Motorstörungen aufgrund von Gleichrichtungsfunken verstehen, können Sie Anzeichen von Störungen frühzeitig erkennen, was zur Verringerung des Risikos unerwarteter Stillstände und zur vorbeugenden Instandhaltung beiträgt.
In diesem Artikel werden die grundlegende Aufbauweise und die Funktion von Kohlebürsten sowie Methoden zur Bestimmung ihrer Lebensdauer und Auswahlkriterien für verschiedene Anwendungsbereiche erläutert*.
*Dieser Artikel befasst sich mit allgemeinen Aspekten von Motoren und dient nicht dazu, die Besonderheiten der von unserem Unternehmen hergestellten Motoren zu erläutern.
| Unter der Aufsicht der Vertriebsgruppe für elektronische Bauteile der C.I. TAKIRON Corporation Dieser Artikel wurde auf der Grundlage der hochentwickelten technischen Kompetenz und des Fachwissens erstellt, die wir seit unserer Gründung im Jahr 1919 als führendes Unternehmen in der Kunststoffverarbeitung erworben haben.Unsere Abteilung analysiert kontinuierlich die Markttrends und neuesten Technologien im Bereich ultrakompakter, hochpräziser Mikromotoren und konzentriert sich darauf, Konstrukteuren und Entwicklern Informationen mit hohem Mehrwert zur Verfügung zu stellen. Als Expertenteam mit fundierten Kenntnissen der Produkteigenschaften unterstützen wir Sie durch die Bereitstellung präziser und praxisorientierter Inhalte bei der Lösung Ihrer Herausforderungen und bei technologischen Innovationen. |
Grundlagenwissen zu Kohlebürsten für Motoren
Wenn Sie den Aufbau und die Materialien von Kohlebürsten sowie deren Funktion im Motor verstehen, dient Ihnen dies als Entscheidungsgrundlage bei der Produktauswahl und bei Inspektionen und trägt somit zur Instandhaltung bei.
Inhalt dieses Abschnitts
- Aufbau und Werkstoffe von Kohlebürsten
- Die Funktion der Kohlebürsten im Motor
- Eigenschaften von Kohlebürsten nach Werkstoff
An dieser Stelle erläutern wir schrittweise die Zusammensetzung der Kohlebürsten, die Funktionsweise der einzelnen Bauteile, ihre jeweiligen Funktionen in Gleichstrom- und Wechselstrommotoren sowie die Eignung der verschiedenen Werkstoffe für bestimmte Anwendungsbereiche.
Aufbau und Werkstoffe von Kohlebürsten
Kohlebürsten sind blockförmige Bauteile, deren Grundmaterial aus Kohlenstoff (auf Graphitbasis) besteht. Bei bestimmten Sorten, wie beispielsweise metallgraphithaltigen, werden zur Erhöhung der Leitfähigkeit Metallpulver wie Kupfer oder Silber beigemischt und anschließend geformt.
Neben dem Bürstenkörper bestehen sie aus Anschlussteilen wie Pigtails (Anschlussdrähten), die den Strom an den externen Stromkreis weiterleiten, einer Feder, die die Bürste gegen die Kommutatorfläche drückt, sowie gegebenenfalls aus Anschlussklemmen. Diese Komponenten sind in einem Bürstenhalter untergebracht, wobei der Mechanismus dafür sorgt, dass die Bürste durch den Druck der Feder fest an der Oberfläche des Kommutators oder des Schleifrings anliegt.
Dank der Selbstschmierfähigkeit von Graphit (der Eigenschaft, die Reibung an Gleitflächen zu verringern) lassen sich Reibung und Verschleiß während der Drehung minimieren und ein stabiler elektrischer Kontakt aufrechterhalten. Da sich das Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit, Verschleißfestigkeit und Schmierfähigkeit je nach Mischungsverhältnis der Materialien ändert, ist eine auf die Spezifikationen des Motors abgestimmte Konstruktion erforderlich.
Die Funktion der Kohlebürsten im Motor
Kohlebürsten dienen dazu, den Strom vom feststehenden Teil des Motors (Statorseite) zum rotierenden Teil (Rotorseite) zu leiten.Bei Gleichstrommotoren erfolgt durch die Wirkung des Kommutators und den Kontakt der Bürsten eine Kommutierung, bei der die Richtung des in den Ankerwicklungen fließenden Stroms entsprechend der Drehung umgeschaltet wird. Durch diese Kommutierung wird der Wicklungsstrom so umgeschaltet, dass das Drehmoment stets in dieselbe Richtung wirkt, wodurch ein kontinuierlicher Betrieb des Motors ermöglicht wird.
Eigenschaften von Kohlebürsten nach Werkstoff
Die Werkstoffe für Kohlebürsten werden je nach Verwendungszweck in mehrere Kategorien unterteilt. Nachfolgend sind die fünf wichtigsten Kategorien sowie deren Hauptwerkstoffe und Eigenschaften aufgeführt.
| Material | Hauptmerkmale |
| Elektrischer Graphit | Bei Temperaturen von über 2.500 °C graphitiert. Zeichnet sich durch hervorragende Gleichrichtleistung aus; der spezifische Widerstand ist im Bereich von 10 bis 70 μΩ·m einstellbar. Teuer |
| Naturgraphit | Niedriger Reibungskoeffizient |
| Kohlenstoff-Graphit-Typ | Hohe mechanische Festigkeit, Härte und Hitzebeständigkeit; der spezifische Widerstand lässt sich in einem breiten Bereich einstellen |
| Kunststoffgebundene Mischung | Hergestellt unter Verwendung von Kunststoffen als Bindemittel durch Wärmebehandlung bei der Aushärtungstemperatur des Kunststoffs. Für Hochgeschwindigkeitsanwendungen |
| Metallgraphit | Da Metallpulver verwendet wird, weist dieser Werkstoff einen geringeren spezifischen Widerstand als andere Werkstoffe auf und ermöglicht eine höhere zulässige Stromdichte |
Elektrischer Graphit ist zwar teuer, da er bei hohen Temperaturen von über 2.500 °C graphitiert wird, stellt jedoch ein Material mit hervorragender Leitfähigkeit und Langlebigkeit dar. Metallgraphit hingegen ist eine Sorte, die Metallbestandteile enthält und je nach Anwendungszweck in Konstruktionen eingesetzt wird, die auf Bedingungen mit geringem Widerstand und hohen Stromstärken ausgelegt sind.Die Auswahl des Werkstoffs entsprechend der Drehzahl des Motors, der Stromstärke und der Einsatzumgebung wirkt sich unmittelbar auf die Optimierung der Leistung und Lebensdauer aus.
Lebensdauer und Austauschzeitpunkt von Kohlebürsten für Motoren*
Kohlebürsten sind Verschleißteile, die sich im Laufe des Betriebs abnutzen; ein rechtzeitiger Austausch trägt zum stabilen Betrieb des Motors bei.
Inhalt dieses Abschnitts
- Methoden zur Beurteilung der Lebensdauer von Kohlebürsten
- Fehlerdiagnose bei Motoren auf der Grundlage von Gleichrichtfunken
- Anleitung zum Austausch der Kohlebürsten und zu beachtende Hinweise
An dieser Stelle werden die Methoden zur Überprüfung des Verschleißzustands, die Fehlerdiagnose anhand von Gleichrichtfunken sowie die konkreten Schritte und zu beachtenden Punkte beim Austausch erläutert.
*Die Motoren unseres Unternehmens sind nicht so konstruiert, dass die Bürsten ausgetauscht werden können.
Methoden zur Beurteilung der Lebensdauer von Kohlebürsten
Die Lebensdauer von Kohlebürsten hängt vom Motortyp und den Einsatzbedingungen ab. Bei Kommutatormotoren für Werkzeuge (Universalmotoren) können Drehzahlen von 10.000 bis 20.000 U/min erreicht werden, wobei die Lebensdauer der Bürsten zwischen einigen Dutzend Stunden und etwa 200 Stunden liegt.Bei Magnetmotoren hingegen liegt die Drehzahl mit 2.000 bis 3.000 U/min unter der von Kommutatormotoren, weshalb eine Lebensdauer von etwa 1.000 bis 2.000 Stunden als Richtwert gilt. Es gibt verschiedene Methoden, um die Lebensdauer zu bestimmen.
[Wichtige Prüfpunkte zur Beurteilung der Lebensdauer]
- Grad der Annäherung an die Verschleißgrenze (Grenzmarkierung)
- Farbveränderungen bei Kupferdrähten (schillernd → Tendenz zur Überlastung, braun/silberfarben → kurz vor dem Ausfall)
- Auftreten von Drehinstabilitäten oder Leistungseinbußen
- Zunehmende Geräusche und Vibrationen
Wir empfehlen einen Austausch, bevor die vom Hersteller festgelegten Verschleißgrenzen (Mindestlänge bzw. Austauschkriterien) erreicht sind. Mit fortschreitendem Verschleiß verschlechtert sich der Kontakt, was zu übermäßigem Verschleiß des Kommutators und der Bürsten sowie zu einer gestörten Gleichrichtung (verstärkte Funkenbildung) führen kann.
Fehlerdiagnose bei Motoren auf der Grundlage von Gleichrichtfunken*
An der Kontaktstelle zwischen Kommutator und Kohlebürste entstehen bei fließendem Strom Kommutierungsfunken. Kommutierungsfunken werden in Stufen eingeteilt und liegen unter normalen Betriebsbedingungen im Bereich von Stufe 1 bis 4. Treten starke Funken auf, die den Stufen 5 bis 8 entsprechen, liegt möglicherweise eine Störung am Motor vor. Die Hauptursachen für das Auftreten starker Funken sind die folgenden:
| Ursache | Konkrete Umstände |
| Überlastung | Ein Zustand, in dem der Motor möglicherweise einer Belastung ausgesetzt ist, die die Nennleistung überschreitet |
| Mangelhafte Kontaktqualität der Bürsten | Ein Zustand, bei dem sich der Kontakt möglicherweise verschlechtert hat, bedingt durch unzureichenden Anpressdruck der Bürste (mangelnde Federkraft) oder einen Defekt am Bürstenhalter (Beschädigung, Verformung, Verschiebung usw.) |
| Verschleiß und Beschädigungen am Kommutator | Ein Zustand, bei dem durch Verschleiß oder Beschädigungen an der Segmentoberfläche möglicherweise Rauheit, Unebenheiten oder Absätze entstanden sind |
| Fehler an der Spule | Ein Zustand, bei dem möglicherweise ein Unterbruch (offener Stromkreis) oder ein Kurzschluss (Kurzschluss zwischen Windungen, Kurzschluss zwischen Lagen usw.) in der Wicklung vorliegt |
Werden starke Funkenbildung unbeachtet gelassen, beschleunigt sich der übermäßige Verschleiß der Bürsten und des Kommutators, was zu einer Verschlechterung der Motorleistung führt. Da dies zudem zu einem Brand führen kann, stellen Sie den Betrieb bitte unverzüglich ein, sobald Sie Funken der Stärke 5 oder höher feststellen, und leiten Sie eine Untersuchung der Ursache ein.
Anleitung zum Austausch der Kohlebürsten und zu beachtende Punkte
Der Austausch der Kohlebürsten erfolgt gemäß den Anweisungen des Herstellers (bzw. der Bedienungsanleitung) bei abgeschalteter Stromversorgung. Je nach Bauart des Geräts müssen Sie Zugang zum Bürstenbereich verschaffen und die Bürsten durch neue ersetzen. Befolgen Sie für die konkreten Schritte unbedingt die Angaben in der jeweiligen Bedienungsanleitung.
Bei dem Austausch sind folgende Punkte zu beachten:
[Hinweise zum Austausch]
- Wechseln Sie die Bürsten auf beiden Seiten gleichzeitig (um eine ungleichmäßige Anpresskraft zu vermeiden, die beim Austausch nur auf einer Seite entstehen würde, und um Funkenbildung zu verhindern).
- Verwenden Sie Originalbürsten oder Bürsten mit der angegebenen Artikelnummer
- Überprüfung der reibungslosen Gleitbewegung der neuen Bürste im Halter
- Bitte prüfen Sie zugleich, ob die Oberfläche des Kommutators Kratzer oder Unebenheiten aufweist.
Die Verwendung von Kompatibilitätsprodukten oder Ersatzteilen, die lediglich in der Größe übereinstimmen, führt zu einer Verschlechterung der Motoreigenschaften und einer verkürzten Lebensdauer. Da Material und Federkraft der Bürsten auf die Motoreigenschaften abgestimmt sind, ist ein leichtfertiger Austausch durch Kompatibilitätsprodukte gefährlich und kann zu Motorschäden oder Bränden führen.
Nach dem Austausch überprüfen Sie gemäß der Bedienungsanleitung den Gleit- und Kontaktzustand, beispielsweise ob die Bürste fest an der Kommutatoroberfläche anliegt und ob sie sich im Halter reibungslos bewegen lässt.
*Unsere Motoren sind nicht so konstruiert, dass die Bürsten ausgetauscht werden können.
So wählen Sie die richtigen Kohlebürsten für Ihren Motor aus und wie Sie diese warten
Die Genauigkeit bei der Auswahl und Wartung von Kohlebürsten wirkt sich auf den Gleichrichtungszustand, den Verschleiß und das Ausfallrisiko aus und steht in Zusammenhang mit der Betriebsstabilität und der Lebensdauer des Motors.
Inhalt dieses Abschnitts
- Auswahlkriterien für Kohlebürsten nach Motoranwendung
- Tägliche Pflege und Wartung von Kohlebürsten
- Anwendungsbeispiele für Industrie- und Werkzeugmotoren
An dieser Stelle erläutern wir Ihnen alles von den Grundsätzen der Materialauswahl auf der Grundlage von Drehzahl, Stromstärke und Einsatzbedingungen bis hin zu den konkreten Abläufen bei regelmäßigen Inspektionen sowie Anwendungsbeispielen für verschiedene Einsatzzwecke.
Auswahlkriterien für Kohlebürsten nach Motoranwendung
Bei der Auswahl des Werkstoffs für Kohlebürsten ist es erforderlich, einen Werkstoff zu wählen, der den Spezifikationen des Motors und den Einsatzbedingungen entspricht. Da sich die Eigenschaften wie der spezifische Widerstand, der Reibungskoeffizient und die mechanische Festigkeit je nach Werkstoff unterscheiden, muss die Eignung für den jeweiligen Anwendungszweck sorgfältig geprüft werden.
So kommen beispielsweise für Elektromotoren und Anlasser metallhaltiger Graphit mit hoher zulässiger Stromdichte zum Einsatz, für Wechselstrommotoren in Elektrowerkzeugen kohlenstoffhaltiger Graphit mit hoher mechanischer Festigkeit und Hitzebeständigkeit und für Hochgeschwindigkeits-Schleifringe Naturgraphit mit niedrigem Reibungskoeffizienten.
Da eine falsche Materialauswahl zu einer verkürzten Lebensdauer der Bürsten sowie zu einer Beeinträchtigung der Motorleistung führen kann, ist es erforderlich, die Einsatzbedingungen zunächst zu klären und anschließend zu überprüfen.
Tägliche Pflege und Wartung von Kohlebürsten
Um eine gleichbleibende Leistung der Kohlebürsten zu gewährleisten, sind regelmäßige Inspektionen von großer Bedeutung. Da der Zustand der Bürsten und des Kommutators von mechanischen, elektrischen sowie physikalischen und chemischen Umgebungsbedingungen beeinflusst wird, sind regelmäßige Inspektionen unerlässlich. Die wichtigsten Prüfpunkte bei der Inspektion sind wie folgt:
[Prüfpunkte für die regelmäßige Inspektion]
- Grad der Annäherung an die Verschleißgrenze
- Vorhandensein von Kratzern, Unebenheiten oder Schwärzungen auf der Oberfläche des Kommutators
- Ablagerungen von Kohlenstoffpulver (Entfernung durch Luftblasen)
- Gleichmäßigkeit des Federdrucks und des Kontaktzustands
- Lockerung oder Verformung des Bürstenhalters
Bitte achten Sie darauf, dass sich kein Kohlenstoffstaub ansammelt. Wenn sich Kohlenstoffstaub, der von abgenutzten Bürsten stammt, im Rahmen oder in den Halterungen ablagert, kann dies zu Isolationsfehlern oder Kurzschlüssen führen. Entfernen Sie den Staub mit einem Staubsauger und reinigen Sie den Rotor und den Stator bei Bedarf mit Druckluft aus beiden Richtungen.
Anwendungsbeispiele für Industrie- und Werkzeugmotoren
Die Materialauswahl für Kohlebürsten ist jeweils auf die konkrete Anwendung optimiert. Im Folgenden stellen wir Ihnen einige typische Anwendungsbeispiele vor.
Bei großen industriellen Gleichstrommotoren kommt elektrischer Graphit zum Einsatz, der sich durch hohe Leitfähigkeit und stabile Gleitfähigkeit auszeichnet; die Konstruktion ist auf einen lang andauernden Dauerbetrieb ausgelegt. Er findet breite Anwendung in Umgebungen wie großen und mittelgroßen Industrieanlagen, in denen eine hohe Zuverlässigkeit gefordert ist.
Demgegenüber werden in Universalmotoren für Elektrowerkzeuge wie Schleifmaschinen und Bohrmaschinen kohlegraphitbasierte Beläge verwendet, die gegenüber Lastschwankungen und Vibrationen widerstandsfähig sind. Bei Elektrowerkzeugen mit hohen Drehzahlen, wie beispielsweise Schleifmaschinen und Bohrmaschinen, kann sich die Lebensdauer der Bürsten unter Umständen verkürzen; in der Praxis hängt die Einfachheit des Austauschs jedoch von der jeweiligen Bauart des Modells ab.
Bei Motoren für elektrische Systeme, beispielsweise im Automobilbereich, kommt graphitartiger Kohlenstoff mit niedrigem spezifischen Widerstand zum Einsatz. Bei Motoren für Kraftstoffpumpen werden sowohl für den Kommutator als auch für die Bürsten Kohlenstoffmaterialien mit hervorragender Chemikalienbeständigkeit verwendet, um der Korrosion des Kommutators durch Biokraftstoffe oder minderwertiges Benzin entgegenzuwirken.
Zusammenfassung
Kohlebürsten sind Bauteile, die durch Gleitkontakt mit dem Kommutator oder dem Schleifring den Strom übertragen. In Gleichstrommotoren sorgen sie in Verbindung mit der Funktion des Kommutators für die Aufrechterhaltung der Drehbewegung.Da sich die Eigenschaften je nach Materialkategorie – wie elektrischer Graphit, Naturgraphit oder metallischer Graphit – unterscheiden, ist eine geeignete Auswahl entsprechend der Drehzahl, der Stromdichte und der Einsatzumgebung unerlässlich.
Regelmäßige Wartungsmaßnahmen wie die Überprüfung der Verschleißgrenze, die Beurteilung der Lebensdauer anhand der Beobachtung von Kommutierungsfunken sowie die Entfernung von Kohlenstoffstaub und die Reinigung der Kommutatoroberfläche tragen zur Vermeidung von Störungen wie Isolationsfehlern oder Kurzschlüssen bei und verringern das Risiko plötzlicher Stillstände oder Motorschäden.Die richtige Auswahl und Verwaltung von Kohlebürsten ist aus Sicht eines stabilen Betriebs von großer Bedeutung, da sie sich auf den Kommutierungszustand und die Wartungsfreundlichkeit auswirken können.
Produktinformationen und Kontakt
Ausführliche Informationen zu den Mikromotoren von C.I. Takiron finden Sie auf der folgenden Website.
- Produktseite: https://cik-ele.com/
- Kernlose Motoren: https://cik-ele.com/products/list/coreless_motor/
- Bürstenloser Motor: https://cik-ele.com/products/list/brushless_motor/
- Getriebemotoren: https://cik-ele.com/products/list/gearhead/
- Encoder: https://cik-ele.com/products/list/encoder/
Sollten Sie bei der Auswahl von Kleinmotoren für Ihre Produktentwicklung auf Schwierigkeiten stoßen, können Sie sich gerne über das Kontaktformular an uns wenden. Unsere technischen Berater werden Ihre Anwendungszwecke und Anforderungen mit Ihnen besprechen und Ihnen die optimale Lösung vorschlagen.
- Kontakt: https://cik-ele.com/contact/
