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PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Überwachung des Kohlebürstenverschleisses von einer in einem Bürstenhalterkasten (1) geführten und unter Federdruck an Kommutator (24) oder Schleifring (24') einer elektrischen Maschine angepressten Kohiebürste, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Abtastfühler (4) annähernd senkrecht zur Kohlebürstenbewegungsrichtung in einem Führungsgehäuse (5) beweglich angeordnet ist, dass in einer ersten Position des Abtastfühlers (4) der Normalzustand der Kohlebürste (2) detektiert und dass in einer zweiten Position des Abtastfühlera (4) mittels eines in diesem integrierten Meldegliedes (9) das Überschreiten einer vorgegebenen Abnutzlänge der Kohlebürste (2) signalisiert wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Meldeglied (9) einen Lichtleiter (19) und eine Abtrennvorrichtung (7, 8, 8') zur Unterbrechung des Lichtleiters (19) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennvorrichtung (7, 8, 8') aus einer Bohrung (7) mit einer Schneidekante im Abtastfühler (4) sowie aus als Gegenmesser ausgebildeten Bohrungen (8, 8') im Führungsgehäuse (5) besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Meldeglied (9) einen zusammenpressbaren Schlauch (23) umfasst, der durch Bohrungen (7, 8, 8') im Abtastfühler (4) und im Führungsgehäuse (5) geführt ist, welche Bohrungen (7, 8, 8' ) in der ersten Position des Abtastfühlers (4), die dem normalen Betriebszustand der Kohlebürsten (2) entspricht, annähernd fluchten.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch (23) mit dem einen Ende mit einer Unteroder Überdruckquelle und mit dem anderen Ende mit einer auf Druckmittelunterschiede ansprechenden Auswertungsvorrichtung (26) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messglied (9) eine durch den Abtastfühler (4) aktivierte Lichtschranke umfasst, welche an eine auf Lichtänderung ansprechende Auswertevorrichtung (26) angeschlossen ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke einen ersten und einen zweiten Lichtleiter (19', 19'') umfasst, welche miteinander fluchten und in Bohrungen (8, 8') des Führungsgehäuses (5) münden, im Abtastfühler eine weitere Bohrung (7) vorgesehen ist, welche Bohrungen (7, 8, 8') in der ersten Position des Abtastfühlers, die den normalen Betriebszustand der Kohlebürsten (2) anzeigt, annähernd fluchten, wobei der Verschiebeweg des Abtastfühlers (4) grösser als der Durchmesser der Bohrungen (7, 8, 8') ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Kohlebürste (2) eine Ausnehmung (2') vorgesehen ist, in die ein Lichtleiter (19) eingeschleift und fixiert ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleiter (19) mehrerer Kohlebürsten (2) in Serie geschaltet und an eine gemeinsame Auswertevorrichtung (26) angeschlossen sind.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Über wachung des Kohlebürstenverschleisses von einer in einem Bür stenhalterkasten geführten und unter Federdruck an Kommuta tor oder Schleifring einer elektrischen Maschine angepressten
Kohlebürste.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 2 450 023 be kannt.
Verschleisst eine Kohlebürste zu weit, dann kann bei Kom mutator- oder Schleifringmaschinen der Kollektor beschädigt werden, was zu einem Ausfall der elektrischen Maschine führen würde.
Werden Antriebsaufgaben innerhalb eines Fertigungsprozesses erfüllt, dann kann eine verschlissene oder abgenutzte Bürste Schäden an der Fertigungseinrichtung selbst oder Störungen im Fertigungsablauf hervorrufen.
Aus den genannten Gründen ist eine Detektierung einer bestimmten vorgegebenen Abnutzlänge von Kohlebürsten unerlässlich, wobei vom Zeitpunkt der Signalisierung an der Maschinenbetrieb über einen befristeten Zeitraum und ohne den Fertigungsablauf irgendeines Produktionsprozesses sofort unterbrechen zu müssen, aufrechterhalten werden kann. Hernach müssen dann die Kohlebürsten unverzüglich ausgewechselt werden.
Die bekannte Überwachungsvorrichtung gemäss DE-OS 2 450 023 für Verschleissmaterial, insbesondere Bremsbeläge oder Kohlebürsten, die einen Verschleissteil und einen Befestigungs- oder Anschlussteil aufweisen, umfasst eine Sonde, einen Auslösekörper und ein unter mechanischer Spannung stehendes Verbindungsteil zu einem Schalter, wobei der Auslösekörper in einem Kanal des Befestigungsteils angeordnet ist und das mechanische Verbindungsteil seinen mechanischen Spannungszustand beim Anschliff des Auslösekörpers ändert und den Schalter umlegt.
Diese Anordnung ist konstruktiv aufwendig und macht einen Eingriff in die Kohlebürste erforderlich.
Darüber hinaus ist diese Vorrichtung nur einmal verwendbar und sie liegt auf dem Spannungspotential des Schleifringes.
Aus der DE-OS 2 527 303 ist ferner eine Vorrichtung zur Überwachung der Abnutzung der Bürsten von elektrischen Maschinen bekannt, bei der die Bürsten in Bürstenhaltern beweglich und durch einen Druckarm federnd belastet sind, wobei am Bürstenhalter elektrisch gegen diesen isoliert ein Schaltelement vorgesehen ist, das mit einem am Druckarm angeordneten Betätigungselement bei einer vorgegebenen Bürstenabnutzung betätigbar ist.
Bei dieser Ausführungsform ist die noch zu verbleibende Restnutzungszeit der Kohlebürsten jedoch gering, und durch die Koppelung der Anpresseinrichtung der Kohlebürsten an den Kollektor und dem Schaltelement für die Signalanzeige, kann nach dem Schaltvorgang der Bürstenanpressdruck beeinflusst werden, was zu Störungen im Maschinenbetrieb führen würde.
Eine Einrichtung zur Überwachung der Bürstenabnutzung ist weiterhin aus der DE-OS 2 301 029 bekannt, wobei in die Bürste selbst von der Rückseite her ein Fühlerdraht isoliert eingebettet ist, und zwar mit einer Tiefe, die dem maximalen Abnutzungsgrad der Bürste entspricht. Wenn die Bürste bis zu diesem Grad abgenutzt ist, tritt der Fühlerdraht in leitende Verbindung mit dem Kollektor bzw. über den Kollektor mit der umgebenden Bürste. Der dadurch auftretende Stromfluss wird zur Anzeige gebracht.
Bei dieser Anordnung muss der Fühlerdraht über eine elastische Litze gesondert mit einem Anzeigestromkreis verschaltet werden, und der Anzeigestromkreis ist mit dem Spannungspotential der Schleifringe bzw. Kommutatoren verbunden.
Bei dieser Anordnung ist der Aufwand für die Verdrahtung der Schaltung hoch, und es treten Beeinflussungen durch elektromagnetische Felder des Spannungspotentials der Schleifringe bzw. Kommutatoren auf, die sich dem Messstromkreis überlagern können, und dadurch die Messwerte verfälschen.
Weiterer einschlägiger Stand der Technik ergibt sich aus den US-Patentschriften 3 609 429, 3 710 160 und 3 898 492.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung des Kohlebürstenverschleisses der eingangs genannten Gattung zu schaffen, welche vom Spannungspotential der Schleifringe bzw. Kommutatoren entkoppelt und ein fach und robust im Aufbau ist, sowie leicht in die Konstruktion der Bürstenhalterung integriert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die im Patentan
spruch 1 gekennzeichneten Merkmale.
Zweckmässige Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen aufgeführt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch eine vereinfachte Darstellung einschliesslich Bürstenhalterkasten und Kohlebürste gemäss Fig. 2;
Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch eine vereinfachte Darstellung der Kohlebürstendetektionsvorrichtung einschliesslich Bürstenhalter und Kohlebürste gemäss Fig. 1;
Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine Weiterbildung der Kohlebürstendetektionsvorrichtung einschliesslich Bürstenhalterkasten ohne Kohlebürste;
Fig. 4 einen Vertikalschnitt gemäss Fig. 3, mit teilweise eingesetzter Kohlebürste;
Fig. 5 einen Vertikalschnitt gemäss Fig. 3, mit vollständig eingesetzter Kohlebürste;
Fig. 6 einen Vertikalschnitt gemäss Fig. 3, mit abgenutzter Kohlebürste;
Fig. 7 einen Horizontalschnitt durch den oberen Abtastfüh ler gemäss Fig. 3;
;
Fig. 8 einen Horizontalschnitt durch den unteren Abtastfüh ler gemäss Fig. 3;
Fig. 9 einen Vertikalschnitt durch das Meldeglied und den Führungskasten gemäss Fig. 3;
Fig. 10 einen Vertikalschnitt durch das Messglied gemäss Fig. 9;
Fig. 11 einen Vertikalschnitt durch eine erste Weiterbildung des Meldegliedes und des Führungsgehäuses gemäss Fig. 3;
Fig. 12 einen Vertikalschnitt durch das Messglied und Teile des Führungsgehäuses gemäss Fig. 11;
Fig. 13 einen Vertikalschnitt durch eine zweite Weiterbildung des Messgliedes und des Führungskastens gemäss Fig. 3 und
Fig. 14 einen teilweisen Vertikalschnitt durch eine mit einem Lichtleiter versehene Kohlebürste.
Fig. 1 zeigt einen Horizontalschnitt durch eine vereinfachte Darstellung der Kohlebürstendetektionsvorrichtung einschliesslich Bürstenhalterkasten 1 und Kohlebürste 2, und Fig. 2 einen Horizontalschnitt gemäss der Darstellung in Fig. 1. Die Kohlebürste 2 ist im Bürstenhalterkasten 1 geführt und an die Seitenfläche der Kohlebürste 2 wird durch die Ausnehmung 3 im Führungsgehäuse 5 die Spitze des Abtastfühlers 4 durch die Druckfeder 6 angepresst. Der Abtastfühler 4 sowie die Druckfeder 6 sind im Führungsgehäuse 5 angeordnet. Im oberen Teil des Abtastfühlers 4 befindet sich in einer Erweiterung des Führungsgehäuses 5 die Begrenzungsplatte 16, die den Abtastfühler 5 im Führungsgehäuse 5 hält, wenn sich keine Kohlebürste 2 im Bürstenhalterkasten befindet.
In Fig. 1 und 2 sind die Bohrung 7 im Abtastfühler 4 sowie die Bohrungen 8 im Führungsgehäuse 5 ersichtlich, die zur Aufnahme von Meldegliedern 9 dienen.
Dieses Meldeglied 9 ist in Fig. 1 und 2 nicht dargestellt, wird jedoch in den Fig. 9 bis 13 eingehend beschrieben. In Fig. 1 und 2 ist der Betriebszustand der elektrischen Maschine dargestellt, wobei der Normalzustand der Kohlebürste 2 detektiert wird und die Bohrungen 7, 8, 8' fluchten.
Fig. 3 zeigt einen oberen 4' und einen unteren Abtastfühler 4'' die annähernd senkrecht zur Kohlebürstenbewegungsrichtung in einem Führungsgehäuse 5 beweglich angeordnet sind und beide Abtastfühler 4', 4'' in Wirkverbindung mit einem Meldeglied 9 stehen, wobei der untere 4'' zur Verriegelung des Meldegliedes 9 und der obere Abtastfühler 4' zur Signalisierung des Bürstenhalterverschleisses bestimmt sind. In Fig. 3 befindet sich keine Kohlebürste 2 im Bürstenhalterkasten 1 und sowohl der obere 4' als auch der untere Abtastfühler 4'' wird durch die Druckfedern 6', 6'' durch die Ausnehmungen 3', 3'' des Bürstenhalterkastens 1 in diesen hineingedrückt.
Die Ausnehmungen 3', 3'' im Bürstenträgerkasten 1 dienen dabei ebenso zur Führung des oberen 4' und unteren Abtastfühlers 4'' wie die Ausnehmungen 13', 13'' im Führungsgehäuse 5. Das Meldeglied 9 seinerseits ist mit dem unteren Zapfen 9' auf der Druckfeder 6''' abgestützt und wird durch den unteren Zapfen 9' und im oberen Teil durch das Messglied 9 selbst in den Ausnehmungen 14', 14'' im Führungsgehäuse 5 geführt. Das Messglied 9 ist als bewegliche Rückstelltaste ausgebildet und wird durch den Druckknopf 15 zurückgestellt und im Falle der Signalauslösung durch die Begrenzungsplatte 16 gehalten, so dass eine vertikale Verschiebung nach oben nur in einem Bereich zur Erfüllung der Signalisationsaufgaben ermöglicht ist.
Im oberen 4' und im unteren Abtastfühler 4'' sind Ausnehmungen 17, 17' angeordnet, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel rechteckig ausgebildet sind und die beim oberen Abtastfühler 4' derart dimensioniert ist, dass der Schaft des Meldegliedes 9 einschliesslich des Ansatzes 10 am Meldeglied 9 hindurchtreten kann. Beim unteren Abtastfühler 4'' ist die Ausnehmung 17' derart bemessen, dass sowohl der Schaft des Meldegliedes 9 einschliesslich der Arretierungsklaue 12 des Mel- degliedes 9 hindurchtreten kann. Der Ansatz 10 im Meldeglied 9 dient zur Aufnahme der Signalübertragungsteile, die in Fig. 9 bis 13 eingehend erläutert werden.
Die mechanische Logik der Kohlebürstenverschleissdetektionsvorrichtung, wie sie in den Fig. 3 bis 6 veranschaulicht ist, umfasst, wie bereits erwähnt, als wesentliche Funktionsteile den unteren, für die Verriegelung des Meldegliedes 9 vorgesehenen Abtastfühler 4'' und den oberen 4', der für die Detektion der Kohlebürsten 2 bestimmt ist.
In Fig. 3 ist der verriegelte Zustand des Messgliedes 9 dargestellt. Der obere Abtastfühler 4' gibt, da sich keine Kohlebürste 2 im Bürstenhalterkasten 1 befindet, die Öffnung 17 für das Messglied 9 frei. Diese Position des oberen Abtastfühlers 4' ist gleichbedeutend mit der Anzeige einer verschlissenen Kohlebürste 2. Da sich aber keine Kohlebürste 2 im Bürstenhalterkasten 1 befindet, muss eine Signalanzeige vermieden werden. Dies geschieht dadurch, dass das Messglied 9 durch die Arretierungsklaue 12 und den unteren Abtastfühler 4'' verriegelt wird. Die Position der Abtastfühler 4', 4' ' einschliesslich des Messgliedes 9, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist und beschrieben wurde, tritt dann auf, wenn die Kohlebürste, beispielsweise zu Inspektionszwecken, aus dem Kohlebürstenkasten 1 entfernt werden muss.
Die Bezugsziffern aus Fig. 3 geiten für dieselben Teile für Fig. 4 wie auch für die weiteren Zeichnungen.
Fig. 4, 5 und 6 zeigen ebenso wie Fig. 3 Vertikalschnitte durch die wesentlichen Funktionsteile der Kohlebürstenverschleissdetektionsvorrichtung.
In Fig. 4 ist der Zustand gezeigt, wo die Kohlebürste 2 gerade in den Bürstenhalterkasten 1 eingeführt wird.
Fig. 5 zeigt den Normalzustand der Kohlebürste 2 wieder und Fig. 6 zeigt eine verschlissene Kohlebürste 2, die durch die erfindungsgemässe Vorrichtung detektiert wird.
Fig. 3 bis 6 zeigen demnach in chronologischer Reihenfolge die Funktionsweise der Kohlebürstenverschleissdetektionsvorrichtung.
In Fig. 4 wird der in den freien Raum des Bürstenhalterkastens 1 hineinragende Teil des oberen Abtastfühlers 4' durch die eingeschobene Kohlebürste 2 in die Ausnehmung 3' zurückgedrängt und der obere Abtastfühler 4' liegt fest gespannt durch die Druckfeder 6' mit einer Spitze an der Seiten fläche der Kohlebürste 2 an. Dadurch wird die Öffnung 17 des oberen Abtastfühlers 4' horizontal nach rechts verlagert und somit ist das Messglied 9 doppelt verriegelt, einmal durch den unteren Abtastfühler 4'', der sich in genau der gleichen Lage befindet wie in Fig. 3 und zum anderen durch den oberen Abtastfühler 4'.
Fig. 5 gibt den Normalzustand der Kohlebürste 2, den Betriebszustand der elektrischen Maschine wieder. Die Kohlebürste 2 wird durch eine in Fig. 5 nicht dargestellte Bürstenanpressvorrichtung an den in Fig. 5 ebenfalls nicht ersichtlichen Kommutator 24 bzw. Schleifring 24' angepresst. In dieser Position gemäss Fig. 5 sind sowohl der obere Abtastfühler 4' in die Ausnehmung 3' als auch der untere Abtastfühler 4'' in die Ausnehmung 3'' durch die Kohlebürste zurückgedrängt. Dabei wird die Öffnung 17' des unteren Abtastfühlers 4'' horizontal nach rechts verlagert und gibt die Arretierklaue 12 des Meldegliedes 9 frei.
In diesem Zustand wird das Meldeglied 9 lediglich nur noch durch den oberen Abtastfühler 4' gegen eine vertikale Verschiebung nach oben gehalten und die Kohlebürstenverschleissdetektionsvorrichtung befindet sich somit, von der mechanischen Anordnung her betrachtet, in Signalisationsbereitschaft.
In Fig.6 ist die vorher bestimmte Abnützlänge der Kohlebürste 2 überschritten und es wird der Verschleiss der Kohlebürste 2 angezeigt. Der obere Abtastfühler 4' kann sich ungehindert von der Seitenfläche der Kohlebürste 2 in den Bürstenhalterkasten hinein bewegen, es wird die Öffnung 17 im oberen Abtastfühler 4' für das Messglied 9 einschliesslich des Ansatzes 10 freigegeben und das Messglied 9 einschliesslich der Ansatz 10 werden durch die Druckfeder 6''' vertikal nach oben gepresst, bis der Ansatz 10 an der Begrenzungsplatte 16 zum Anschlag kommt.
In Fig. 6 ist beispielsweise dargestellt, dass die Detektion des Kohlebürstenverschleisses dadurch erreicht wird, dass der Weg für den oberen Abtastfühler 4' durch das Ende der Kohlebürste freigegeben wird. Es ist selbstverständlich, dass die Detektion des Kohlebürstenverschleisses, beispielsweise durch eine Kerbe in der Seitenfläche der Kohlebürste, die den Abnutzungsgrad der Kohlebürste 2 festlegt, bewirkt werden kann. Nunmehr wird nach einer noch verbleibenden Restlaufzeit der elektrischen Maschine der Druckknopf 15 betätigt, das Meldeglied 9 unter gleichzeitigem Herausziehen der verschlissenen Kohlebürste 2 nach unten bewegt, und die Vorrichtung befindet sich wieder in der Ausgangsposition, wie sie in Fig. 3 zu sehen ist.
Fig. 7 und 8 zeigen Horizontalschnitte gemäss Fig. 3, und zwar ist in Fig. 7 der Schnitt durch den oberen Abtastfühler 4' und in Fig. 8 der Schnitt durch den unteren Abtastfühler 4'' dargestellt. In den Fig. 7 und 8 ist die Ausbildungsform der beiden Abtastfühler 4', 4'' genau ersichtlich. Sie bestehen jeweils aus einem länglichen Blech mit sich zu beiden Seiten der Enden stufenweise verjüngten Absätzen, wobei jeweils das eine Ende mit dem für die Detektion zugespitzten Teil durch die Ausnehmungen 3', 3'' des Bürstenhalterträgers 1 in diesen hinragt und der gegenüberliegende Teil durch die Ausnehmungen 13', 13'' des Führungsgehäuses 5 geführt ist. Der Mittelteil der Abtastfühler 4', 4'' ist jeweils breitflächiger ausgebildet als die Enden, um die Öffnungen 17, 17' zur Aufnahme des Meldegliedes 9 anbringen zu können. In Fig. 7 ist die Oberseite des Ansatzes 10 zu erkennen.
In den Fig. 1 bis 8 wurde derjenige Teil der mechanischen Logik dargestellt und beschrieben, der die Relativbewegung der Bohrung 7 gegenüber den Bohrungen 8, 8' in Fig. 1 und 2 sowie die Relativbewegung der Bohrung 11 im Ansatz 10 gegen über den bisher noch nicht, jedoch in den Fig. 9 bis 13 im einzelnen veranschaulichten Funktionsteilen, in Abhängigkeit des Kohlebürstenverschleisses, verursacht.
Die Fig. 9 bis 14 zeigen die erfindungsgemässen Messleiter bzw. Datenträger, die durch die obengenannten Relativbewegungen eine Veränderung ihrer Messwerte erfahren bzw. selbst verändert werden.
Fig. 9 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Meldeglied 9 und das Führungsgehäuse 5 gemäss Fig. 3. In Fig. 9 ist ersichtlich, dass das Meldeglied 9 sowohl einen Lichtleiter 19 als auch eine Abtrennvorrichtung zur Unterbrechung des Lichtleiters 19 umfasst. Die Abtrennvorrichtung besteht aus einer Bohrung 11 mit einer Schneidekante im Meldeglied 9 sowie aus als Gegenmesser ausgebildeten Bohrungen 18, 18' im Führungsgehäuse 5. Der Lichtleiter 19 wird durch die Bohrungen 11, 18, 18', die in einer ersten Position, die den Normalzustand der Kohlebürste 2 detektiert, fluchten, hindurchgeführt.
Durch die in den Fig. 3 bis 6 näher erläuterte mechanische Logik hervorgerufene Relativbewegung der Bohrung 11 gegen über den Bohrungen 18, 18' wird der Lichtleiter 19 durchtrennt und dieser Vorgang wird in einer in Fig. 9 nicht dargestellten Auswertevorrichtung zur Anzeige gebracht.
Fig. 10 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Meldeglied 9 gemäss Fig. 9, wobei der Ansatz 10 und die Schrägbohrung 11 gut erkennbar sind.
In Fig. 11 ist eine Weiterbildung der Erfindung zu sehen.
Das Meldeglied 9 umfasst einen zusammenpressbaren Schlauch 23, der sowohl durch die Durchtrittsöffnung 11' im Meldeglied 9, die rechteckig ausgebildet ist, als auch durch eine Durchtrittsöffnung geführt ist, die durch eine Gehäuseplatte 21 und eine Pressfläche 22 gebildet wird. Die Pressfläche 22 ist fest mit dem Meldeglied 9 verbunden und in der ersten Position des Meldegliedes 9, welche den normalen Betriebszustand der Kohlebürsten 2 anzeigt, sind die Durchtrittsöffnung, die durch die Gehäuseplatte 21 und die Pressfläche 22 gebildet wird und die rechteckige Durchtrittsöffnung 11' des Meldegliedes 9 miteinander fluchtend. Der Durchmesser der Öffnungen ist in der ersten Position grösser als derjenige des Schlauches 23.
Der Schlauch 23 ist mit dem einen Ende mit einer Unter- oder Überdruckquelle und mit dem anderen Ende mit einer auf Druckmittelunterschiede ansprechenden Auswertevorrichtung verbunden, welche die Druckunterschiede beim Zusammenpressen des Schlauches 23, und somit die Kohlebürstenabnutzung signalisiert. Sowohl die Unter- oder Überdruckquelle, als auch die Auswertevorrichtung sind auf Fig. 11 nicht dargestellt.
Fig. 12 zeigt einen Vertikalschnitt durch das Meldeglied 9 und Teile des Führungsgehäuses 5 gemäss Fig. 11.
In Fig. 12 sind der länglich erweiterte Ansatz 10 des Meldegliedes 9, dessen rechteckige Öffnung 11', sowie der Luftschlauch 23, die Gehäuseplatte 21 und die Pressplatte 22 zu erkennen.
Fig. 13 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung. Das Meldeglied 9 umfasst eine Lichtschranke mit einem ersten 19' und einem zweiten Lichtleiter 19'', welche miteinander fluchten und in Bohrungen 18, 18' des Führungsgehäuses münden, welche Bohrungen 18, 18' in der ersten Position des Meldegliedes 9, die den normalen Zustand der Kohlebürsten 2 anzeigt, mit der Bohrung 11 im Meldeglied 9 ebenfalls fluchten, wobei der Verschiebeweg 52 des Meldegliedes 9 grösser ist als der Durchmesser der Bohrung 11, 18, 18'. Die Lichtschranke ist an eine auf Lichtänderungen ansprechende Auswertevorrichtung angeschlossen, die in Fig. 13 nicht dargestellt ist. Wird das Meldeglied 9 durch den oberen Abtastfühler 4' bei Kohlebürstenverschleiss aktiviert und die Lichtschranke geschlossen, so wird dieser Vorgang durch die Auswertevorrichtung zur Anzeige gebracht.
Es ist selbstverständlich, dass die Dimensionierung der mechanischen Logik den jeweiligen Kohlebürstenanordnungen angepasst wird. Dies gilt ganz besonders für den oberen Abtastfühler 4' und die zu detektierende Abnutzlänge der Kohlebürsten 2 sowie die zu verbleibende Restlaufzeit bis zum Auswechseln der Kohlebürsten 2, die durch vorherige Versuche festgelegt wird.
Fig. 14 zeigt eine in einem Bürstenhalterkasten 1 gehaltene und unter Federdruck an den Kommutator 24 oder den Schleif ring 24' angepresste Kohlebürste 2, wobei am oberen Ende der Kohlebürste 2 eine Ausnehmung 2' vorgesehen ist, in die ein Lichtleiter 19 eingeschleift und durch eine Einbettmasse 27, beispielsweise Epoxidharz, fixiert ist. Ist die Kohlebürste 2 abgenutzt, so wird der Lichtleiter 19 in der Ausnehmung 2' der Kohlebürste 2 angeschliffen und es wird das Transmissionsverhalten des Lichtleiters 19 verändert. Diese Veränderung wird durch die Auswertevorrichtung 26 detektiert signalisiert.
In Fig. 14 ist mit der Bezugsziffer 25 andeutungsweise der Anschluss bzw. die Weiterführung mehrerer in Serie geschalteter Lichtleiter 19 dargestellt, die an eine gemeinsame Auswertevorrichtung 26 angeschlossen sind.
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PATENT CLAIMS
1. Device for monitoring the carbon brush wear of a carbon brush guided in a brush holder box (1) and pressed under spring pressure on the commutator (24) or slip ring (24 ') of an electrical machine, characterized in that at least one scanning sensor (4) is approximately perpendicular to the direction of the carbon brush movement is movably arranged in a guide housing (5) that the normal state of the carbon brush (2) is detected in a first position of the scanning sensor (4) and that the exceeding is exceeded in a second position of the scanning sensor (4) by means of a signaling element (9) integrated therein a predetermined wear length of the carbon brush (2) is signaled.
2. Device according to claim 1, characterized in that the signaling element (9) comprises a light guide (19) and a separating device (7, 8, 8 ') for interrupting the light guide (19).
3. Device according to claim 2, characterized in that the separating device (7, 8, 8 ') from a bore (7) with a cutting edge in the scanning sensor (4) and from counter-bores (8, 8') in the guide housing ( 5) exists.
4. The device according to claim 1, characterized in that the signaling member (9) comprises a compressible hose (23) which is guided through bores (7, 8, 8 ') in the scanning sensor (4) and in the guide housing (5) Holes (7, 8, 8 ') in the first position of the sensor (4), which corresponds to the normal operating state of the carbon brushes (2), are approximately aligned.
5. The device according to claim 4, characterized in that the hose (23) is connected at one end to a negative or positive pressure source and at the other end to an evaluation device (26) which responds to pressure medium differences.
6. The device according to claim 1, characterized in that the measuring element (9) comprises a light barrier activated by the scanning sensor (4), which is connected to an evaluation device (26) which responds to a change in light.
7. The device according to claim 6, characterized in that the light barrier comprises a first and a second light guide (19 ', 19' '), which are aligned with one another and open into bores (8, 8') of the guide housing (5) in the scanning sensor a further bore (7) is provided, which bores (7, 8, 8 ') in the first position of the scanning sensor, which indicates the normal operating state of the carbon brushes (2), are approximately aligned, the displacement path of the scanning sensor (4) being greater than the diameter of the bores (7, 8, 8 ').
8. The device according to claim 1, characterized in that at the upper end of the carbon brush (2) a recess (2 ') is provided, in which a light guide (19) is looped in and fixed.
9. Device according to one of claims 2, 3 or 8, characterized in that the light guides (19) of a plurality of carbon brushes (2) are connected in series and are connected to a common evaluation device (26).
The invention relates to a device for monitoring the carbon brush wear from a guided in a brush holder box and pressed under spring pressure to commutator or slip ring of an electrical machine
Carbon brush.
Such a device is known from DE-OS 2 450 023 be.
If a carbon brush wears out too much, the collector can be damaged on commutator or slip ring machines, which would lead to failure of the electrical machine.
If drive tasks are performed within a manufacturing process, a worn or worn brush can damage the manufacturing facility itself or disrupt the manufacturing process.
For the reasons mentioned, detection of a certain predetermined wear length of carbon brushes is essential, it being possible to maintain the machine operation for a limited period of time from the time of the signaling and without having to immediately interrupt the production process of any production process. The carbon brushes must then be replaced immediately.
The known monitoring device according to DE-OS 2 450 023 for wear material, in particular brake pads or carbon brushes, which have a wear part and a fastening or connecting part, comprises a probe, a trigger body and a connection part under mechanical tension to a switch, the trigger body in a channel of the fastening part is arranged and the mechanical connecting part changes its mechanical state of tension when grinding the trigger body and flips the switch.
This arrangement is structurally complex and requires an intervention in the carbon brush.
In addition, this device can only be used once and is at the voltage potential of the slip ring.
From DE-OS 2 527 303 a device for monitoring the wear of the brushes of electrical machines is also known, in which the brushes are movable in brush holders and spring-loaded by a pressure arm, a switching element being provided on the brush holder, electrically insulated from it, which can be actuated with an actuating element arranged on the pressure arm in the event of a predetermined brush wear.
In this embodiment, however, the remaining useful life of the carbon brushes is short, and by coupling the pressing device of the carbon brushes to the collector and the switching element for the signal display, the brush contact pressure can be influenced after the switching operation, which would lead to malfunctions in machine operation.
A device for monitoring brush wear is also known from DE-OS 2 301 029, a sensor wire being embedded insulated in the brush itself from the rear, with a depth that corresponds to the maximum degree of wear of the brush. If the brush is worn to this degree, the sensor wire comes into conductive connection with the collector or via the collector with the surrounding brush. The resulting current flow is displayed.
In this arrangement, the sensor wire must be separately connected to a display circuit via an elastic strand, and the display circuit is connected to the voltage potential of the slip rings or commutators.
With this arrangement, the effort for wiring the circuit is high, and there are influences by electromagnetic fields of the voltage potential of the slip rings or commutators, which can overlap the measuring circuit, and thereby falsify the measured values.
Further relevant prior art results from US Pat. Nos. 3,609,429, 3,710,160 and 3,898,492.
The invention has for its object to provide a device for monitoring the carbon brush wear of the type mentioned, which is decoupled from the voltage potential of the slip rings or commutators and a simple and robust in construction, and can be easily integrated into the construction of the brush holder.
This problem is solved by the in Patentan
saying 1 marked features.
Appropriate developments of the invention are listed in the dependent claims.
The invention is explained below with reference to exemplary embodiments illustrated in the drawing.
The drawing shows:
1 shows a horizontal section through a simplified illustration including the brush holder box and carbon brush according to FIG. 2;
FIG. 2 shows a vertical section through a simplified illustration of the carbon brush detection device including the brush holder and carbon brush according to FIG. 1;
3 shows a vertical section through a development of the carbon brush detection device including the brush holder box without carbon brush;
FIG. 4 shows a vertical section according to FIG. 3, with the carbon brush partially inserted;
FIG. 5 shows a vertical section according to FIG. 3, with the carbon brush fully inserted;
6 shows a vertical section according to FIG. 3, with a worn carbon brush;
7 shows a horizontal section through the upper feeler sensor according to FIG. 3;
;
8 shows a horizontal section through the lower feeler sensor according to FIG. 3;
9 shows a vertical section through the signaling element and the guide box according to FIG. 3;
10 shows a vertical section through the measuring element according to FIG. 9;
11 shows a vertical section through a first development of the signaling element and the guide housing according to FIG. 3;
12 shows a vertical section through the measuring element and parts of the guide housing according to FIG. 11;
13 shows a vertical section through a second development of the measuring element and the guide box according to FIGS. 3 and
14 shows a partial vertical section through a carbon brush provided with a light guide.
1 shows a horizontal section through a simplified illustration of the carbon brush detection device including brush holder box 1 and carbon brush 2, and FIG. 2 shows a horizontal section according to the illustration in FIG. 1. The carbon brush 2 is guided in the brush holder box 1 and is carried through to the side surface of the carbon brush 2 the recess 3 in the guide housing 5 pressed the tip of the sensing sensor 4 by the compression spring 6. The scanning sensor 4 and the compression spring 6 are arranged in the guide housing 5. In the upper part of the scanning sensor 4 there is an extension of the guide housing 5, the limiting plate 16, which holds the scanning sensor 5 in the guide housing 5 when there is no carbon brush 2 in the brush holder box.
1 and 2, the bore 7 in the scanning sensor 4 and the bores 8 in the guide housing 5 can be seen, which are used to hold signaling members 9.
This signaling element 9 is not shown in FIGS. 1 and 2, but is described in detail in FIGS. 9 to 13. 1 and 2 show the operating state of the electrical machine, the normal state of the carbon brush 2 being detected and the bores 7, 8, 8 'being aligned.
3 shows an upper 4 'and a lower scanning sensor 4' 'which are arranged to be movable approximately perpendicular to the direction of carbon brush movement in a guide housing 5 and both scanning sensors 4', 4 '' are operatively connected to a signaling element 9, the lower 4 '' for locking the signaling element 9 and the upper scanning sensor 4 'for signaling the brush holder wear are determined. In Fig. 3 there is no carbon brush 2 in the brush holder box 1 and both the upper 4 'and the lower sensor 4' 'is by the compression springs 6', 6 '' through the recesses 3 ', 3' 'of the brush holder box 1 in this pushed in.
The recesses 3 ', 3' 'in the brush holder box 1 serve to guide the upper 4' and lower sensor 4 '' as well as the recesses 13 ', 13' 'in the guide housing 5. The signaling element 9 is in turn connected to the lower pin 9' supported on the compression spring 6 '' 'and is guided by the lower pin 9' and in the upper part by the measuring element 9 itself in the recesses 14 ', 14' 'in the guide housing 5. The measuring element 9 is designed as a movable reset button and is reset by the push button 15 and, in the event of a signal being triggered, held by the limiting plate 16, so that a vertical shift is only possible in one area to fulfill the signaling tasks.
Recesses 17, 17 'are arranged in the upper 4' and in the lower scanning sensor 4 '', which are rectangular in the present exemplary embodiment and which are dimensioned in the upper scanning sensor 4 'in such a way that the shaft of the signaling element 9 including the shoulder 10 on the signaling element 9 can step through. In the lower scanning sensor 4 ″, the recess 17 ′ is dimensioned such that both the shaft of the signaling element 9, including the locking claw 12 of the signaling element 9, can pass through. The approach 10 in the message element 9 serves to accommodate the signal transmission parts, which are explained in detail in FIGS. 9 to 13.
The mechanical logic of the carbon brush wear detection device, as illustrated in FIGS. 3 to 6, comprises, as already mentioned, the essential functional parts of the lower, for the locking of the signaling element 9 provided sensor 4 '' and the upper 4 ', which for the Detection of the carbon brushes 2 is determined.
3 shows the locked state of the measuring element 9. The upper scanning sensor 4 ', since there is no carbon brush 2 in the brush holder box 1, opens the opening 17 for the measuring element 9. This position of the upper scanning sensor 4 'is synonymous with the display of a worn carbon brush 2. However, since there is no carbon brush 2 in the brush holder box 1, a signal display must be avoided. This happens because the measuring element 9 is locked by the locking claw 12 and the lower scanning sensor 4 ″. The position of the scanning sensors 4 ′, 4 ″ including the measuring element 9, as shown in FIG. 3 and described, occurs when the carbon brush has to be removed from the carbon brush box 1, for example for inspection purposes.
The reference numerals from FIG. 3 slide for the same parts for FIG. 4 as for the other drawings.
4, 5 and 6, like FIG. 3, show vertical sections through the essential functional parts of the carbon brush wear detection device.
4 shows the state where the carbon brush 2 is being inserted into the brush holder box 1.
FIG. 5 shows the normal state of the carbon brush 2 again, and FIG. 6 shows a worn carbon brush 2 that is detected by the device according to the invention.
3 to 6 accordingly show the mode of operation of the carbon brush wear detection device in chronological order.
In Fig. 4, the part of the upper scanning sensor 4 'protruding into the free space of the brush holder box 1 is pushed back into the recess 3' by the inserted carbon brush 2 and the upper scanning sensor 4 'is firmly tensioned by the compression spring 6' with a tip on it Side surface of the carbon brush 2. As a result, the opening 17 of the upper sensor 4 'is shifted horizontally to the right and thus the measuring element 9 is double-locked, once by the lower sensor 4' ', which is in exactly the same position as in Fig. 3 and the other by upper sensor 4 '.
5 shows the normal state of the carbon brush 2 and the operating state of the electrical machine. The carbon brush 2 is pressed onto the commutator 24 or slip ring 24 ′, which is also not shown in FIG. 5, by means of a brush pressing device (not shown in FIG. 5). In this position according to FIG. 5, both the upper scanning sensor 4 'are pushed back into the recess 3' and the lower scanning sensor 4 '' into the recess 3 '' by the carbon brush. The opening 17 'of the lower scanning sensor 4' 'is shifted horizontally to the right and releases the locking claw 12 of the signaling element 9.
In this state, the signaling element 9 is only held against vertical displacement only by the upper scanning sensor 4 'and the carbon brush wear detection device is thus, from the mechanical arrangement, ready for signaling.
6, the previously determined wear length of the carbon brush 2 has been exceeded and the wear of the carbon brush 2 is displayed. The upper sensor 4 'can move freely from the side surface of the carbon brush 2 into the brush holder box, the opening 17 in the upper sensor 4' for the measuring element 9 including the shoulder 10 is released and the measuring element 9 including the shoulder 10 are by the Compression spring 6 '' 'is pressed vertically upwards until the shoulder 10 comes to a stop on the limiting plate 16.
6 shows, for example, that the detection of the carbon brush wear is achieved in that the path for the upper scanning sensor 4 'is cleared by the end of the carbon brush. It goes without saying that the detection of carbon brush wear can be effected, for example, by a notch in the side surface of the carbon brush, which defines the degree of wear of the carbon brush 2. Now, after a still remaining operating time of the electrical machine, the push button 15 is actuated, the signaling member 9 is moved downwards while simultaneously pulling out the worn carbon brush 2, and the device is again in the starting position, as can be seen in FIG. 3.
7 and 8 show horizontal sections according to FIG. 3, specifically the section through the upper scanning sensor 4 ′ in FIG. 7 and the section through the lower scanning sensor 4 ″ in FIG. 8. 7 and 8, the design of the two sensing sensors 4 ', 4' 'is clearly visible. They each consist of an elongated sheet metal with shoulders tapering stepwise on both sides of the ends, one end with the pointed part for the detection projecting through the recesses 3 ', 3' 'of the brush holder carrier 1 and the opposite part through the recesses 13 ', 13' 'of the guide housing 5 is guided. The middle part of the scanning sensors 4 ', 4' 'is each designed to have a wider area than the ends in order to be able to make the openings 17, 17' for receiving the signaling element 9. In Fig. 7 the top of the approach 10 can be seen.
1 to 8, that part of the mechanical logic has been shown and described which relates the relative movement of the bore 7 with respect to the bores 8, 8 'in FIGS. 1 and 2 and the relative movement of the bore 11 in the projection 10 with respect to that previously not, however, in FIGS. 9 to 13 functional parts illustrated in detail, depending on the carbon brush wear.
9 to 14 show the measuring conductors or data carriers according to the invention which experience a change in their measured values or are changed themselves by the above-mentioned relative movements.
FIG. 9 shows a vertical section through the signaling element 9 and the guide housing 5 according to FIG. 3. In FIG. 9 it can be seen that the signaling element 9 comprises both a light guide 19 and a separating device for interrupting the light guide 19. The separating device consists of a bore 11 with a cutting edge in the signaling element 9 and bores 18, 18 'in the guide housing 5 which are designed as counter knives the carbon brush 2 detects, aligns, passes.
The relative movement of the bore 11 relative to the bores 18, 18 'caused by the mechanical logic explained in more detail in FIGS. 3 to 6 cuts through the light guide 19 and this process is displayed in an evaluation device (not shown in FIG. 9).
FIG. 10 shows a vertical section through the signaling element 9 according to FIG. 9, the projection 10 and the oblique bore 11 being clearly visible.
11 shows a further development of the invention.
The signaling element 9 comprises a compressible hose 23, which is guided both through the passage opening 11 'in the signaling element 9, which is rectangular, and also through a passage opening which is formed by a housing plate 21 and a pressing surface 22. The pressing surface 22 is fixedly connected to the signaling element 9 and in the first position of the signaling element 9, which indicates the normal operating state of the carbon brushes 2, are the passage opening which is formed by the housing plate 21 and the pressing surface 22 and the rectangular passage opening 11 'of the Message element 9 aligned with each other. In the first position, the diameter of the openings is larger than that of the hose 23.
The hose 23 is connected at one end to a vacuum or excess pressure source and at the other end to an evaluation device which responds to pressure medium differences and which signals the pressure differences when the hose 23 is pressed together, and thus the carbon brush wear. Both the negative or positive pressure source and the evaluation device are not shown in FIG. 11.
FIG. 12 shows a vertical section through the signaling element 9 and parts of the guide housing 5 according to FIG. 11.
12 shows the elongated extension 10 of the signaling element 9, its rectangular opening 11 ', and the air hose 23, the housing plate 21 and the press plate 22.
13 shows a development of the invention. The signaling element 9 comprises a light barrier with a first 19 'and a second light guide 19' ', which are aligned with one another and open into bores 18, 18' of the guide housing, which bores 18, 18 'in the first position of the signaling element 9, which are normal Displays the state of the carbon brushes 2, with which the bore 11 in the signaling element 9 is also aligned, the displacement path 52 of the signaling element 9 being greater than the diameter of the bore 11, 18, 18 '. The light barrier is connected to an evaluation device that responds to light changes and is not shown in FIG. 13. If the signaling element 9 is activated by the upper scanning sensor 4 'when carbon brushes are worn and the light barrier is closed, this process is displayed by the evaluation device.
It goes without saying that the dimensioning of the mechanical logic is adapted to the respective carbon brush arrangements. This applies in particular to the upper scanning sensor 4 'and the wear length of the carbon brushes 2 to be detected, as well as the remaining time until the carbon brushes 2 are replaced, which is determined by previous tests.
Fig. 14 shows a held in a brush holder box 1 and under spring pressure to the commutator 24 or the grinding ring 24 'pressed carbon brush 2, wherein at the upper end of the carbon brush 2, a recess 2' is provided, in which a light guide 19 is looped in and through a Embedding compound 27, for example epoxy resin, is fixed. If the carbon brush 2 is worn, the light guide 19 is ground in the recess 2 'of the carbon brush 2 and the transmission behavior of the light guide 19 is changed. This change is detected by the evaluation device 26.
In FIG. 14 the reference number 25 indicates the connection or the continuation of a plurality of light guides 19 connected in series, which are connected to a common evaluation device 26.