Kohlebürste Starter

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Eine Kohlebürste (oder kurze Kohlebürste, auch Kohlebürste, Motorkohlen genannt) ist ein Schleifkontakt in Motor und Generator und bildet den Stromkontakt zum Stromabnehmer oder zu den Gleitringen des sich drehenden Teils der Anlage (Rotor oder Rotor). Kohlenbürsten werden in der Regel aus Grafit hergestellt. Je nach Anwendung sind sie zum Teil mit Metallbestandteilen (Kupfer, Neusilber, Molybdän) veredelt oder ganz aus Metal.

Gleitkontakte in Potentiometer, Drehschalter und Stromabnehmer sind aus den gleichen Werkstoffen, werden aber als Gleitleisten für Stromabnehmer und als Schieber für Potentiometer verwendet. In vielen Motoren sind noch Kohlenbürsten zu sehen. Dementsprechend unterschiedlich sind die Geometrie und die elektrische Dimension der Kohlen. WÃ?hrend die kleinste Variante in Spielzeug nur wenige g wiegt und einige Milliamperes Ã?bertrÃ?gt, werden fÃ?r die Ã?bertragung von bis zu 1000 A bei der GroÃ?galvanisierung KohlebÃ?rsten mit mehr als zwei kg eingesetzt.

Der Begriff Kohlebürste stammt aus der Vergangenheit von den Bürsten, die früher als Schleifkontakte anstelle von Grafit verwendet wurden. Weil die Zusammenstellung der Kohlenbürsten an nahezu jeden elektrischen Motor angepasst werden muss, ist ihr Aufwand für die Entwicklung verhältnismäßig hoch. Deshalb werden Kohlen nur von wenigen Spezialfirmen auf der ganzen Welt produziert. Bei kleineren Mengen werden die Kohlen aus dem Block maschinell bearbeitet.

Tempern von Presskohlebürsten oder -blöcken unter Ausschluss von Sauerstoff und exakt definiertem Brennverlauf bei bis zu 1200 °C. In Gemischen, die eine höhere Brenntemperatur erfordern (Cu-frei), wird der Strang (Kabel) anschließend aufgelöst, da auch der Cu-Strang bei bestimmten Temperaturverhältnissen zu einer Verfärbung (Gefügeveränderung/Schwächung) und Reaktion mit den sinternden Gasen tendiert. Nachschliff: Im eingebauten Zustand unterliegt die Kohlebürste einer geringen Toleranzbreite und muss in der Regel nachgeschliffen werden (radial und in Richtung der Motorachse tangential), da im Brandfall ein gewisses Verzugs- und Schwindverhalten entsteht.

In diesen Kohlen wird dann das Stromkabel (elektrischer Anschluß aus feindrähtigem Kupferdraht) im Stopfverfahren fixiert. Es gibt prinzipiell zwei Kohlebürstentypen in Bezug auf Konstruktion und elektrische Eigenschaften: Kohlen bürsten für den Gleichstrombetrieb, d.h. für Gleichstromantriebe (z.B. Anlasser, Wischermotoren, viele Servomotoren, Innenlüfter, Zapfsäulen, Kühlerventilatoren in Autos, Generatoren) und für die Versorgung der Anregungswicklung von Synchrone.

Schleifkohlebürsten für Wechselspannung, d.h. für Universalmotore (z.B. in Haushaltgeräten wie Staubsaugern, Mischern, etc.). Die Ansprüche an eine Kohlebürste sind hoch: So muss beispielsweise Kohle für Kfz-Starter ca. 40000 Anlasszyklen überstehen und wird in aufwändigen Zusatzprüfungen getestet: Ursache hierfür sind die guten elektrische Kennwerte und die verlängerte Standzeit durch Eigenschmierung der im Brennstoff befindlichen Komponenten.

Wichtig sind neben der Lebensdauer der Kohlen, z.B. die geforderten 4000 Waschgänge für die Waschmaschine, auch das Schallverhalten und vor allem die Verhinderung von Bürstenbränden. Diesen Ansprüchen genügen nur besonders abgestimmte Kohlebürstenmaterialien, die zum Teil aufwändig nachbehandelt werden müssen. Die Gestaltung der Kohlebürste hat neben dem Material auch einen maßgeblichen Einfluß auf das Gleitkontaktverhalten.

Nicht nur der Verschleiss der Kohlebürste ist für die Anwendung ausschlaggebend. Kohlen müssen das gegenläufige Material wie Kollektor oder Gleitring schonend behandeln, da deren Wechsel wesentlich teurer ist als der Wechsel der Verschleißteilkohle. Das Ersetzen abgenutzter Kohlen eines Elektromotors führt nicht zu einer Alterung, da der Kollektor oder die Gleitringe und Kugellager ebenfalls abgenutzt sind.

DC-Maschinen mit Kohlebürste haben wesentlich zur Industrialisierung des zwanzigsten Jahrhunderts beigesteuert. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Schleifring-Asynchronmotoren und Drehstromerzeuger mit statischen Erregereinrichtungen (Erregerstrom wird über Schleifenringe geführt, z.B. Fahrzeuggenerator) oder externe Polgeneratoren, bei denen die elektrische Energie dem Rotor mit Hilfe von Kohlenbürsten entnommen wird. In einigen Windkraftanlagen werden auch Kohlebürstengeneratoren (Schleifring-Asynchrongeneratoren, Synchrongeneratoren) verwendet.

In Anwendungen wie der Speisung der Anregungswicklung von Stromerzeugern in Kernkraftwerken werden aufgrund der großen Stromstärken, die bei großen Anlagen im Kiloamperebereich sind, mehrere Kohlen bürsten pro Pole parallelgeschaltet. Das Gerät ist so konzipiert, dass Einzelkohlebürsten während des Betriebes ausgetauscht werden können. Ältere Modelle lektrolokomotiven von Märklin mit Scheibensammlermotor haben eine Kohlebürste aus Grafit, die andere aus Kupferdraht-Geflecht zur Reinigung der Kontaktflächen.

Bei kleinen Drehstrommotoren werden manchmal Edelmetallbürsten verwendet. Einer der Gründe, warum der Motor ohne Kohlebürste wurde. Anstelle des Stromabnehmers und der Kohlen haben diese eine Kommutierungselektronik. Manche Aggregate in einem Kraftwerk arbeiten mit Zusatzgeneratoren (Erregermaschinen) auf der Welle des Generators zur Generierung und Regelung der Erregung.