(57)【要約】  本発明は、燃料環境において動作する燃料ポンプの電気的接触要素を製造するための炭素複合材料の使用であって、接触要素がカーボンモールドとして設計されており、炭素複合材料が、炭素に加えて熱硬化性又は熱可塑性バインダーと、炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２５％未満を構成する金属含有量とを含む使用に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料環境において動作する燃料ポンプの電気的接触要素を製造するための炭素複合材料の使用であって、前記接触要素がカーボンモールドとして設計されており、前記炭素複合材料が、炭素に加えて熱硬化性又は熱可塑性バインダーと、前記炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２５％未満を構成する金属含有量とを含む使用。
【請求項２】
前記燃料ポンプが１２Ｖの線間電圧を有する車載電気システムに接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項３】
前記金属含有量が、前記炭素複合材料の全質量の最大２０％を構成することを特徴とする、請求項１又は２に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項４】
前記金属含有量が、粉末の形態で前記炭素複合材料に加えられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項５】
前記金属含有量が、主として最大１ｍｍの粒子直径を有する金属粒子を含むことを特徴とする、請求項４に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項６】
金属粒子の８０％超が、最大１ｍｍの粒子直径を有することを特徴とする、請求項５に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項７】
金属粒子の９５％超が、最大１ｍｍの粒子直径を有することを特徴とする、請求項５に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項８】
前記金属含有量が、金属アルミニウム、亜鉛及び銀を含む金属の群の少なくとも１種の金属を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項９】
前記金属含有量がアルミニウム又はアルミニウムアロイにより形成される場合、前記金属含有量が前記炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２０％未満を構成することを特徴とする、請求項８に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１０】
前記金属含有量が、前記炭素複合材料の全質量の最大１０％を構成することを特徴とする、請求項９に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１１】
前記金属含有量が亜鉛又は亜鉛アロイにより形成される場合、前記金属含有量が前記炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２０％未満を構成することを特徴とする、請求項８に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１２】
前記金属含有量が、前記炭素複合材料の全質量の最大１０％を構成することを特徴とする、請求項１１に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１３】
前記金属含有量が銀又は銀アロイにより形成される場合、前記金属含有量が前記炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ１５％未満を構成することを特徴とする、請求項８に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１４】
前記金属含有量が、前記炭素複合材料の全質量の最大１０％を構成することを特徴とする、請求項１３に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１５】
複数種の金属を含む金属含有量が、アロイとして前記炭素複合材料に加えられることを特徴とする、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１６】
複数種の金属を含む金属含有量が、混合物として炭素複合材料に加えられることを特徴とする、請求項８〜１４のいずれか１項に記載の炭素複合材料の使用。
【請求項１７】
燃料ポンプ上に電気的接触を形成するための接触要素の使用であって、前記接触要素が、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の炭素複合材料で製造されたカーボンモールドとして製造されている使用。
【請求項１８】
前記接触要素がカーボンブラシとして設計されていることを特徴とする、請求項１７に記載の接触要素の使用。
【請求項１９】
前記接触要素が、整流子の整流子セグメントとして設計されていることを特徴とする、請求項１７に記載の接触要素の使用。
【請求項２０】
請求項１８に記載の少なくとも１つのカーボンブラシ、又は請求項１９に記載の少なくとも１つの整流子セグメントを含む燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料環境において動作する燃料ポンプの電気的接触要素を製造するための炭素複合材料の使用であって、接触要素がカーボンモールドとして設計されており、炭素複合材料が、炭素に加えて熱硬化性又は熱可塑性バインダーと、炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２５％未満を構成する金属含有量とを含む使用に関する。
【０００２】
カーボンブラシ等のカーボンモールドとして設計された電気的接触要素の製造において、炭素と固体潤滑剤及びキレート剤等の任意の添加剤との組み合わせで、圧縮成形プロセスにおいて炭素複合材料に加工される種々のバインダーが使用されることが知られている。
【０００３】
例えば、ＥＰ１７１３１４８Ａ１は、金属粉末が炭素粉末と熱可塑性バインダーとの粉末状混合物に加えられ、粉末混合物が、圧縮成形プロセスにおいてカーボンモールドに加工される、カーボンブラシの製造方法を開示する。知られている炭素複合材料において、低電圧範囲におけるカーボンブラシの材料抵抗、及びカーボンブラシと整流子との接触抵抗を低減するために、金属粉末が炭素に加えられる。特に、カーボンブラシが１２Ｖの線間電圧を有する車載電気システムにおいて用いられる場合、３０〜６０質量％の比にて金属粉末を加えることが推奨される。
【０００４】
ブラシ動作燃料ポンプに関する場合、それは燃料環境で動作するため、カーボンブラシ及びカーボンブラシと相互作用する整流子セグメントの特定の動作条件があり、それは、燃料環境の外部の動作条件と比較することができない。特に、この燃料環境における１４Ｖを超える一時的な過電圧は、ブラシ及び整流子の摩耗が、過電圧の結果として十分に増加するため、ブラシ／整流子システムの耐用年数を大いに短くする場合がある。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、燃料環境において動作する燃料ポンプのブラシ／整流子システムの摩耗を低減することである。この目的は、請求項１に記載の特徴によるカーボンモールドとして設計された電気的接触要素を製造するための炭素複合材料の使用により達成される。
【０００６】
驚くべきことに、燃料環境において、炭素及び熱硬化性又は熱可塑性バインダーに加えて、炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２５％未満を構成する金属含有量を含む炭素複合材料の使用が、上記の目的の解決策として示された。
【０００７】
本発明による炭素複合材料の使用は、燃料ポンプが１２Ｖの線間電圧を有する車載電気システムに接続された場合、特に有利であることがわかる。炭素材料の全質量の３０〜６０％の量で金属粉末を混合することによって炭素材料の抵抗を低減することにより、線間電圧１２Ｖを有する車載電気システムにおけるカーボンブラシの摩耗を低減する基本的なアプローチの基礎であるＥＰ１７１３１４８Ａ１の教示にもかかわらず、燃料環境において、比較的小さい金属含有量が、カーボンブラシ／整流子システムにおける摩耗の低減の点でより良好な結果をもたらすことが見出された。
【０００８】
炭素複合材料の全質量の最大２０％を構成する金属含有量を有する炭素複合材料の使用が特に有利であることがわかった。
【０００９】
金属含有量が粉末の形態で炭素複合材料に加えられた場合、炭素複合材料における金属含有量の特に均一な分散を達成することができる。
【００１０】
金属含有量が、主として最大１ｍｍの粒子直径を有する金属粒子を含むことが特に有利であり、特に穏やかな摩耗が、特に、金属粒子の８０％又は特に好ましくは９５％が最大１ｍｍの粒子直径を有する場合に達成可能である。
【００１１】
金属含有量の組成に関して、金属含有量が、金属アルミニウム、亜鉛及び銀を含む金属の群からの少なくとも１種の金属を含むことが有利であることがわかった。
【００１２】
金属含有量がアルミニウム又はアルミニウムアロイにより形成される場合、金属含有量が炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２０％未満を構成することが特に有利である。
【００１３】
有利には、アルミニウム又はアルミニウムアロイからなる金属含有量は、炭素複合材料の全質量の最大１０％を構成する。
【００１４】
金属含有量が亜鉛又は亜鉛アロイにより形成される場合、金属含有量が炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ２０％未満を構成することが特に有利である。
【００１５】
有利には、亜鉛又は亜鉛アロイからなる金属含有量は、炭素複合材料の全質量の最大１０％を構成する。
【００１６】
金属含有量が銀又は銀アロイにより形成される場合、金属含有量が炭素複合材料の全質量の０．５％超かつ１５％未満を構成することが特に有利である。
【００１７】
有利には、銀又は銀アロイからなる金属含有量は、炭素複合材料の全質量の最大１０％を構成する。
【００１８】
金属含有量が複数種の金属を含む場合、金属含有量はアロイ又は混合物として炭素材料に加えられることができる。
【００１９】
目下の目的は、燃料ポンプ上に電気的接触を形成するための接触要素の使用であって、接触要素が、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の炭素複合材料で製造されたカーボンモールドとして設計されている使用によっても達成される。
【００２０】
好ましくは、本発明により用いられる接触要素は、カーボンブラシ又は整流子の整流子セグメントとして設計される。
【００２１】
本発明による燃料ポンプは、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の炭素複合材料から製造された少なくとも１つのカーボンブラシ又は１つの整流子セグメントを含む。
【００２２】
これ以降、燃料ポンプの接触要素を製造するのに用いられる炭素複合材料の好ましい材料組成が列記され、その百分率が±２％、好ましくは±１％の許容差範囲で以下に示される。
【００２３】
第一の実施態様において、カーボンブラシの製造に用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐１４％の熱可塑性バインダー材料、
‐８０％のグラファイト、
‐１％の洗浄剤、及び
‐５％のアルミニウム粉末
を含有する。
【００２４】
第二の実施態様によれば、カーボンブラシの製造に用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐７％の熱硬化性バインダー、
‐８０％のグラファイト、
‐５％の固体潤滑剤、
‐１％の洗浄剤、
‐７％のアルミニウム粉末
を含有する。
【００２５】
第三の実施態様によれば、カーボンブラシの製造に用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐１０％の熱可塑性バインダー、
‐６７％のグラファイト、
‐５％の固体潤滑剤、
‐１％の洗浄剤、
‐１７％の亜鉛粉末
を含有する。
【００２６】
第四の実施態様によれば、カーボンブラシの製造に用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐７％の熱硬化性バインダー、
‐８０％のグラファイト、
‐５％の固体潤滑剤、
‐１％の洗浄剤、
‐７％の銀粉末
を含有する。
【００２７】
第五の実施態様によれば、整流子セグメントを製造するのに用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐１０％の熱可塑性バインダー、
‐８０％のグラファイト、
‐４％の炭素繊維、
‐６％のアルミニウム粉末
を含有する。
【００２８】
第六の実施態様によれば、整流子セグメントを製造するのに用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐１０％の熱硬化性バインダー、
‐７５％のグラファイト、
‐１５％の亜鉛粉末
を含有する。
【００２９】
第七の実施態様によれば、整流子セグメントを製造するのに用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐１０％の熱可塑性バインダー、
‐７６％のグラファイト、
‐２％の炭素繊維、
‐１２％のアルミニウム粉末
を含有する。
【００３０】
第八の実施態様によれば、整流子セグメントを製造するのに用いられる材料は、炭素複合材料の全質量に関して
‐１１％の熱硬化性バインダー、
‐８０％のグラファイト、
‐４％の炭素繊維、
‐５％の銀粉末
を含有する。
【国際調査報告】
2018518009.tif 000002
2018518009.tif 000003
2018518009.tif 000004
2018518009.tif 000005
2018518009.tif 000006
2018518009.tif 000007