DE102005061412A1

DE102005061412A1 - Apparatus and method for monitoring the wear of a brush

Info

Publication number: DE102005061412A1
Application number: DE102005061412A
Authority: DE
Inventors: Anton Paweletz; Robert Schenk; Gunter Meyer; Thomas Peuser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-06-28
Also published as: EP1801938A2; EP1801938B1; EP1801938A3

Abstract

Es werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Abnutzung einer Bürste (12) des Schleifbahn- oder Kommutatorsystems (10) einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, wobei eine kontaktlose Sensoreinrichtung ein dem Bürstenverschleiß entsprechendes Signal an eine Auswerteeinheit (34). Erfindungsgemäß ist die Sensoreinrichtung als Impedanzsensor (24) ausgebildet und ortsfest, vorzugsweise am Bürstenhalter (18) der Maschine, angeordnet, benachbart zu der im Bürstenhalter (18) verschiebbaren Bürste (12). Zur Ermittlung des Bürstenverschleißes ist die Bürste (12) nach Art eines Zweikomponenten-Bauteils gestaltet, wobei wenigstens ein Abschnitt (36) der Bürste (12) eine elektrische Leitfähigkeit (gamma2) aufweist, die sich von der Leitfähigkeit (gamma1) der Grundsubstanz (35) der Bürste (12) deutlich unterscheidet. Der durch den Impedanzsensor (24) erfassbare Abschnitt (36) mit der von der Leitfähigkeit der Grundsubstanz der Bürste (12) abweichenden elektrischen Leitfähigkeit (gamma2) ist zweckmäßigerweise an dem vom Schleifbahn- oder Kommutatorsystem (10) abgewandten Ende der Bürste (12) angeordnet und gelangt erst am Ende der Betriebsbereitschaft der Bürste als Verschleißanzeige in den Messbereich des Impedanzsensors (Figur 1).A device and a method for monitoring the wear of a brush (12) of the sliding track or commutator system (10) of an electrical machine are proposed, a contactless sensor device sending a signal corresponding to the brush wear to an evaluation unit (34). According to the invention, the sensor device is designed as an impedance sensor (24) and is arranged in a stationary manner, preferably on the brush holder (18) of the machine, adjacent to the brush (12) which can be displaced in the brush holder (18). To determine brush wear, the brush (12) is designed in the manner of a two-component component, at least one section (36) of the brush (12) having an electrical conductivity (gamma2) that differs from the conductivity (gamma1) of the basic substance (35 ) the brush (12) clearly distinguishes. The section (36) which can be detected by the impedance sensor (24) and which has the electrical conductivity (gamma2) which differs from the conductivity of the basic substance of the brush (12) is expediently arranged on the end of the brush (12) which is remote from the sliding track or commutator system (10) and only reaches the measuring range of the impedance sensor as a wear indicator at the end of the operational readiness of the brush (FIG. 1).

Description

Stand der Technikwas standing of the technique

Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zur Überwachung der Abnutzung einer Bürste des Schleifbahn- oder Kommutatorsystems einer elektrischen Maschine, wie sie beispielsweise aus der DE 10257623 A1 bekannt geworden ist. Diese Druckschrift zeigt eine Diagnosevorrichtung zur Ermittlung der Länge von Schleifringbürsten in Schleifbahnanordnungen, beziehungsweise von Kollektoren elektrischer Maschinen. Hierbei ist für die Bestimmung der Bürstenlänge ein induktiver Sensor vorgesehen, welcher mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Sensorsignale verbunden ist zur Ermittlung eines der Bürstenlänge entsprechenden Wertes. Der induktive Sensor weist eine oder mehrere Spulen auf, welche die Bürste insgesamt umfassen. Alternativ zu diesem induktiven Prinzip sind optische, kapazitive oder elektrische Sensoren genannt, wobei die elektrische Ermittlung der Bürstenlänge durch Widerstandserkennung nicht kontaktlos sondern durch Abtastung erfolgt.The invention relates to an arrangement for monitoring the wear of a brush of the slideway or commutator of an electric machine, as for example from the DE 10257623 A1 has become known. This document shows a diagnostic device for determining the length of slip ring brushes in Schleifbahnanordnungen, or collectors of electrical machines. In this case, an inductive sensor is provided for determining the brush length, which is connected to an evaluation unit for evaluating the sensor signals for determining a value corresponding to the brush length. The inductive sensor has one or more coils which comprise the brush as a whole. As an alternative to this inductive principle, optical, capacitive or electrical sensors are mentioned, wherein the electrical determination of the brush length by resistance detection is not contactless but by scanning.

Eine weitere bekannte Vorrichtung zur kontaktlosen Überwachung der Bürsten einer elektrischen Maschine ist in der DE 19619733 A beschrieben. Diese Druckschrift offenbart einen Steckbürstenhalter mit einem Gehäuse, in dem eine Bürste gegen eine Federkraft verschiebbar angeordnet und in Kontakt mit einem Schleifring bringbar ist. Der Steckbürstenhalter weist eine Überwachungseinheit auf mit wenigstens einem Sensor, der ab einem vorgegebenen Verschiebeweg der Bürste in Richtung des Schleifrings ein Signal auslöst. Hierbei ist die Überwachungseinheit, ebenfalls in Form eines induktiven Weggebers, in einem separaten, mit dem Bürstenhalter verschraubten Gehäuse angeordnet. Ein Kern des induktiven Weggebers ist über eine stiftförmige Verlängerung und über ein weiteres, koaxial zur Bürste angeordnetes Verbindungselement mit der Bürste gekoppelt und zusammen mit dieser längsverschiebbar. Eine derartige Anordnung ist aufwendig und erfordert zusätzlichen Bauraum innerhalb der Maschine, wodurch deren Abmessungen vergrößert und die Herstellungskosten deutlich erhöht werden.Another known device for contactless monitoring of the brushes of an electric machine is in the DE 19619733 A described. This document discloses a brush holder with a housing in which a brush slidably disposed against a spring force and can be brought into contact with a slip ring. The plug brush holder has a monitoring unit with at least one sensor, which triggers a signal from a predetermined displacement of the brush in the direction of the slip ring. Here, the monitoring unit, also in the form of an inductive displacement sensor, arranged in a separate, bolted to the brush holder housing. A core of the inductive displacement sensor is coupled to the brush via a pin-shaped extension and via a further coaxial with the brush arranged connecting element and along with this longitudinally displaceable. Such an arrangement is complicated and requires additional space within the machine, which increases their dimensions and the production costs are significantly increased.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der Abnutzung einer Bürste einer elektrischen Maschine anzugeben, welche betriebssicher arbeiten, mit geringem Kostenaufwand herstellbar sind und keinen oder nur einen geringen zusätzlichen Bauraum in der Maschine erfordern, so dass sie in herkömmliche Bürstensysteme integrierbar oder gegen diese austauschbar sind. Dies wird erreicht durch die kennzeichnenden Merkmale der übergeordneten Vorrichtungs- und Verfahrensansprüche.Of the Invention is based on the object, an apparatus and a method to monitor the Wear a brush specify an electrical machine, which operate reliable, with low cost can be produced and no or only one small additional Require space in the machine, so that they are in conventional brushing integrable or interchangeable. This is achieved by the distinctive features of the parent device and method claims.

Zur Erzielung eines deutlich messbaren Impedanzunterschiedes im Messsignal entsprechend dem fortschreitenden Bürstenverschleiß ist es zweckmäßig, wenn die Grundsubstanz der Bürste eine deutlich unterschiedliche, vorzugsweise geringere elektrische Leitfähigkeit γ1 aufweist als der in die Bürste integrierte Messabschnitt. Zweckmäßigerweise besteht hierbei die Grundsubstanz der Bürste aus einem ungefüllten oder aus einem metallgefüllten Kohlematerial mit einem elektrischen Leitwert γ1 im Bereich zwischen etwa 0,05 und 20 MS/m, während der Einsatz in der Bürste zur deutlichen Abgrenzung des vom Sensor gemessenen Impedanzwertes Z aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer mit einem elektrischen Leitwert γ2 von 56 bis 57 MS/m besteht. Bei der Verwendung gut leitfähiger Bürsten kann das Messprinzip jedoch auch umgekehrt werden, indem als Material für den in die Bürste integrierten Abschnitt mit abweichender elektrischer Leitfähigkeit γ2 gegenüber der Grundsubstanz der Bürste ein Dielektrikum verwendet wird, so dass die Impedanz Z in diesem Messbereich deutlich abfällt gegenüber dem zulässigen Verschleißbereich der Bürste. Weiterhin kann es insbesondere bei Verwendung der Erfindung in Kommutatormotoren vorteilhaft sein, wenn der in die Bürste integrierte Abschnitt mit abweichender elektrischer Leitfähigkeit gegenüber der Grundsubstanz der Bürste elektrisch isoliert und nicht von dem Arbeitsstrom der Bürste durchflossen ist, um den Einfluss des Betriebsstromes auf die Impedanzmessung zu verhindern.to Achievement of a clearly measurable impedance difference in the measurement signal according to the progressive brush wear, it is useful if the basic substance of the brush one has significantly different, preferably lower electrical conductivity γ1 as the one in the brush integrated measuring section. Appropriately, there is this the ground substance of the brush an unfilled one or from a metal-filled Coal material with an electrical conductivity γ1 in the range between about 0.05 and 20 MS / m while the use in the brush for the clear demarcation of the impedance value Z measured by the sensor of metal, preferably of copper with an electrical conductivity γ2 of 56 to 57 MS / m exists. When using well conductive brushes can However, the measuring principle can also be reversed by using as material for the in the brush integrated section with different electrical conductivity γ2 compared to Ground substance of the brush a dielectric is used so that the impedance Z in this Measuring range drops significantly across from the permissible wear range the brush. Furthermore, in particular when using the invention in commutator motors be advantageous if the integrated into the brush section with different electrical conductivity compared to the Ground substance of the brush electrically insulated and not flowed through by the working current of the brush is about the influence of the operating current on the impedance measurement prevent.

Unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten kann es vorteilhaft sein, wenn der Abschnitt mit dem von der Grundsubstanz der Bürste abweichenden elektrischen Leitwert getrennt von der Bürste hergestellt und durch eine formschlüssige, vorzugsweise schwalbenschwanzförmige Verbindung nachträglich auf der Bürste montiert wird. Die Verbindung zwischen dem Einsatz und der Bürste kann auch durch Kleben hergestellt werden, sodass hinsichtlich der Gestaltung der zu verbindenden Teile kein oder nahezu kein zusätzlicher Aufwand entsteht. Andererseits kann auch eine formschlüssige Verbindung durch eine Klebeverbindung zusätzlich gesichert werden. Bei starken mechanischen Beanspruchungen der Bürste, beispielsweise in Antrieben mit starken Vibrationen, ist eine Nietverbindung zwischen der Bürste und dem Einsatz vorteilhaft. Bei Verwendung geeigneter Materialien für die Grundsubstanz der Bürste und für den Abschnitt mit abweichender elektrischer Leitfähigkeit ist jedoch auch die Herstellung der Bürste in einem Arbeitsgang, vorzugsweise durch gemeinsames Verpressen der unterschiedlichen Materialien möglich.Under In terms of production engineering, it may be advantageous if the section deviates from that of the basic substance of the brush electrical conductance separately from the brush made and through a form-fitting, preferably dovetailed Connection later on the brush is mounted. The connection between the insert and the brush can also be made by gluing, so in terms of design the parts to be connected no or almost no additional Effort arises. On the other hand, a positive connection by an adhesive bond in addition be secured. For heavy mechanical stresses of the brush, for example in drives with strong vibrations, is a riveted connection between the brush and the use advantageous. When using suitable materials for the Ground substance of the brush and for the section with different electrical conductivity However, it is also the production of the brush in one operation, preferably by co-pressing the different Materials possible.

In konstruktiver Hinsicht ist es zweckmäßig, wenn der Impedanzsensor von der Auswerteeinheit baulich getrennt und als kompakte Einheit direkt in den Bürstenhalter integriert ist. In die Auswerteeinheit kann vorteilhafterweise ein Signalgeber für die Speisung des Sensors mit einer Wechselspannung U integriert werden. Eine derartige Anordnung ist konstruktiv sehr variabel und lasst sich leicht ohne nennenswerten zusätzlichen Platzbedarf im Bürstenbereich der Maschine einbauen.In terms of design, it is expedient if the impedance sensor of the evaluation structurally separated and integrated as a compact unit directly into the brush holder. In the evaluation unit advantageously a signal generator for the supply of the sensor with an AC voltage U can be integrated. Such an arrangement is structurally very variable and can be installed easily without significant additional space in the brush area of the machine.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Abnutzung einer Bürste des Schleifbahn- oder Kommutatorsystems einer elektrischen Maschine zeichnet sich dadurch aus, dass ein ortsfest angeordneter Impedanzsensor mit einer Wechselspannung U oder einer Signalfolge im Frequenzbereich von 100 kHz bis 30 MHz, vorzugsweise in einem Bereich von 500 kHz bis 3 MHz gespeist wird. Entsprechend dem Leitwert γ1, γ2 eines dem Sensor benachbarten Abschnittes der verschiebbaren Bürste liefert der Sensor hieraus ein veränderliches Impedanzsignal als Maß für die verbleibende Bürstenlänge an eine Auswerteeinheit. Dieses Verfahren ist bei geringem zusätzlichem Aufwand sehr betriebssicher und gewährleistet ein mit einfachen Mitteln leicht erfassbares Messsignal für die Abnützung der Bürste, sodass herkömmliche Schwierigkeiten durch einen unvorhergesehenen Bürstenausfall vermieden werden. In einigen Applikationen wird hierbei die Bürste durch das Ausgangssignal der Auswerteeinheit von der Spannungsversorgung abgeschaltet, sobald ein vorgegebener Signalpegel überschritten wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass in kritischen Anwendungen Folgeschäden sicher vermieden werden.The inventive method for monitoring the wear of a brush the slideway or commutator system of an electrical machine is characterized in that a fixedly arranged impedance sensor with an alternating voltage U or a signal sequence in the frequency domain from 100 kHz to 30 MHz, preferably in a range of 500 kHz is fed to 3 MHz. In accordance with the conductance γ1, γ2 of a Sensor adjacent section of the sliding brush supplies the sensor from this a variable Impedance signal as a measure of the remaining Brush length to one Evaluation. This procedure is at a slight additional Effort is very reliable and ensures one with simple Means easily detectable measurement signal for the wear of the brush, so that conventional Difficulties are avoided by an unforeseen brush failure. In some applications, the brush will be affected by the output signal the evaluation unit is disconnected from the power supply as soon as exceeded a predetermined signal level becomes. This ensures that in critical applications consequential damages safely avoided.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung von Ausführungsbeispielen.Further Details and advantageous embodiments of the invention result from the dependent claims and the description of embodiments.

Die Zeichnung zeigtThe Drawing shows

in 1 eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung, teilweise im Schnitt,in 1 a schematic diagram of the monitoring device according to the invention, partly in section,

in 2 die Veränderung des mit zunehmendem Verschleiß der Bürste gemessenen Impedanzwertes Z,in 2 the change in the impedance value Z measured with increasing wear of the brush,

in 3 den Verlauf eines eingespeisten Wechselspannungssignals und den jeweiligen Strom I durch den Impedanzsensor, in der Darstellung 3a bei hohem Impedanzwert Z entsprechend einem hohen elektrischen Leitwert in der Bürste und in der Darstellung 3b bei einem niedrigen Impedanzwert Z entsprechend einem niedrigen elektrischen Leitwert des zum Impedanzsensor benachbarten Bürstenteils,in 3 the course of an input AC signal and the respective current I through the impedance sensor, in the illustration 3a at high impedance value Z corresponding to a high electrical conductance in the brush and in the display 3b at a low impedance value Z corresponding to a low electrical conductance of the brush part adjacent to the impedance sensor,

in 4 ein Beispiel für eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Grundkörper einer Bürste und einem Einsatz aus einem Material mit abweichendem elektrischen Leitwert undin 4 an example of a positive connection between the body of a brush and a use of a material with different electrical conductance and

in 5 ein weiteres Beispiel einer Bürste mit einem durch eine Nietverbindung am Bürstengrundkörper befestigten Einsatz aus einem Material mit abweichendem elektrischem Leitwert.in 5 a further example of a brush with an attached by a rivet on the brush body insert made of a material with a different electrical conductance.

In 1 ist mit 10 ein Schleifring oder Kommutator einer nicht weiter dargestellten elektrischen Maschine bezeichnet, welcher über eine Bürste 12 und eine Litze 13 mit dem Pluspol 14 eines Gleichspannungsnetzes verbunden ist. Die Bürste 12 ist in einem Bürstenhalter 18 zum Kommutator oder Schleifring 10 hin längsverschiebbar gehalten und wird durch eine Feder 20, welche auf einem Fortsatz 22 der Bürste 12 zentriert ist, an den Schleifring oder Kommutator 10 angedrückt. Der Minuspol 16 des Gleichspannungsnetzes ist an eine weitere, nur schematisch eingezeichnete Bürste angeschlossen, welche gleichartig ausgebildet und gehalten ist.In 1 is with 10 a slip ring or commutator of an electric machine, not shown, which means a brush 12 and a strand 13 with the positive pole 14 a DC voltage network is connected. The brush 12 is in a brush holder 18 to the commutator or slip ring 10 held longitudinally displaceable and is by a spring 20 which is on an extension 22 the brush 12 centered on the slip ring or commutator 10 pressed. The negative pole 16 of the DC voltage network is connected to a further, only schematically drawn brush, which is designed and maintained similar.

Die Überwachungsvorrichtung für die Abnutzung der Bürste 12 weist eine kontaktlose Sensoreinrichtung auf in Form eines Impedanzsensors 24 mit einer Spule 26 und einem E-förmigen Magnetkern 28, welcher ortsfest unmittelbar der Bürste 12 benachbart angeordnet ist und zur Bürste hin keinen geschlossenen Magnetkreis aufweist. Der Impedanzsensor 24 ist mit einer Auswerteeinheit 30 verbunden, welche eine Impedanzmesseinrichtung 32 sowie einen Signalgeber 34 enthält zur Speisung der Spule 26 mit einer hochfrequenten Spannung U. Die dem Impedanzsensor 24 unmittelbar benachbarte, in dem Bürstenhalter 18 längsverschiebbar geführte Bürste 12 ist als Zweikomponentenbauteil ausgeführt. Sie besteht im Wesentlichen aus einem ungefüllten oder teilweise metallgefüllten Kohlematerial mit einer elektrischen Leitfähigkeit γ1 im Bereich zwischen etwa 0,05 und 20 MS/m. Im oberen, von der Kontaktfläche zum Schleifring oder Kommutator 10 abgewandten Abschnitt 36 ist in den dem Impedanzsensor 24 benachbarter Außenbereich der Bürste 12 ein Einsatz 38 eingefügt aus einem Material mit deutlich höherer elektrischer Leitfähigkeit γ2, zum Beispiel ein Einsatz aus Kupfer mit einer Leitfähigkeit von 56 bis 57 MS/m. Dieser Einsatz ist durch eine dünne Isolierschicht 40 gegenüber der Grundsubstanz 35 der Bürste 12 isoliert.The monitoring device for the wear of the brush 12 has a contactless sensor device in the form of an impedance sensor 24 with a coil 26 and an E-shaped magnetic core 28 which is fixed directly to the brush 12 is disposed adjacent and the brush has no closed magnetic circuit. The impedance sensor 24 is with an evaluation unit 30 connected, which an impedance measuring device 32 as well as a signal generator 34 contains for feeding the coil 26 with a high frequency voltage U. The impedance sensor 24 immediately adjacent, in the brush holder 18 longitudinally guided brush 12 is designed as a two-component component. It consists essentially of an unfilled or partially metal-filled carbon material with an electrical conductivity γ1 in the range between about 0.05 and 20 MS / m. In the upper, from the contact surface to the slip ring or commutator 10 remote section 36 is in the the impedance sensor 24 adjacent outside area of the brush 12 an insert 38 inserted from a material with significantly higher electrical conductivity γ2, for example a copper insert with a conductivity of 56 to 57 MS / m. This insert is made by a thin insulating layer 40 towards the ground substance 35 the brush 12 isolated.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Durch die von dem Signalgeber 34 in die Spule 26 eingespeiste hochfrequente Spannung U werden in der Bürste 12 Wirbelströme erzeugt, deren Höhe von der Leitfähigkeit γ des Bürstenmaterials abhängt. Unterschiedliche Wirbelströme in der Bürste beeinflussen die Impedanz Z des Sensors 24, da die Feldlinien der Spule 26 teilweise in der Bürste 12 verlaufen.The device works as follows:
By the signal generator 34 in the coil 26 fed high-frequency voltage U are in the brush 12 Generated eddy currents whose height depends on the conductivity γ of the brush material. Different eddy currents in the brush affect the impedance Z of the sensor 24 because the field lines of the coil 26 partly in the brush 12 run.

Diese Tatsache macht sich die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung, beziehungsweise das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren für die Abnutzung der Bürste zunutze. Mit zunehmender Abnutzung der Bürste 12 gelangt der Einsatz 38, beziehungsweise der Abschnitt 36 mit dem Material mit höherer elektrischer Leitfähigkeit γ2 in den Bereich der Feldlinien des Sensors 24. Hierdurch nehmen die von der Spule 26 erzeugten Wirbelströme zu und mit ihnen die Impedanz Z des Sensors 24, welche in der Messeinrichtung 32 der Auswerteeinheit 30 erfasst und als vorzugsweise digitales Signal 48 zum Beispiel an eine nicht dargestellte Diagnoseeinheit ausgegeben wird.This fact makes use of the monitoring device according to the invention or the monitoring method according to the invention for the wear of the brush. With increasing wear of the brush 12 the mission arrives 38 , or the section 36 with the material of higher electrical conductivity γ2 in the range of the field lines of the sensor 24 , This will take away from the coil 26 generated eddy currents to and with them the impedance Z of the sensor 24 , which in the measuring device 32 the evaluation unit 30 detected and as a preferably digital signal 48 For example, is output to a diagnostic unit, not shown.

Dieser Sachverhalt ist in den Abbildungen der 2 und 3 näher dargestellt. 2 zeigt schematisch die Größe der durch die Messeinrichtung 32 erfassten frequenzabhängigen Impedanz Z im Abschnitt I am Ende der Bürstenlebensdauer, im Abschnitt II für den Bereich des Eintritts des Einsatzes 38 in den Erfassungsbereich des Sensors 24 bis zur vollständigen Überdeckung des Messbereiches durch den Einsatz 38, und im Abschnitt III den Wert der vom Sensor 24 gemessenen Impedanz Z einer neuwertigen Bürste, solange der Abschnitt 36, beziehungsweise der Einsatz 38 keinen Einfluss auf die Impedanz des Sensors 24 hat.This fact is in the pictures of the 2 and 3 shown in more detail. 2 schematically shows the size of the by the measuring device 32 detected frequency-dependent impedance Z in section I at the end of the brush life, in section II for the area of entry of the insert 38 in the detection range of the sensor 24 until complete coverage of the measuring range by the insert 38 , and in section III the value of the sensor 24 measured impedance Z of a mint brush, as long as the section 36 , or the use 38 no influence on the impedance of the sensor 24 Has.

Entsprechend den Kennlinienabschnitten I und III in 2 sind in den 3a und 3b die Verläufe der vom Signalgeber 34 gelieferten Spannung U und des Signalstromes I dargestellt, wobei der Kurvenverlauf in 3a dem Abschnitt I für eine stark abgenutzte Bürste und der Verlauf in 3b dem Abschnitt III für eine neuwertige Bürste entspricht. Der Unterschied ΔI entspricht jeweils dem fortgeschrittenen Verschleiß der Bürste.According to the characteristic sections I and III in 2 are in the 3a and 3b the courses of the signal generator 34 delivered voltage U and the signal current I shown, the curve in 3a Section I for a badly worn brush and the course in 3b in Section III for a new brush. The difference .DELTA.I corresponds to the advanced wear of the brush.

Die 4 und 5 zeigen beispielhaft zwei unterschiedliche Bauformen einer Zweikomponentenbürste, welche jeweils einen Einsatz 38 mit gegenüber der Grundsubstanz 35 deutlich erhöhter elektrischer Leitfähigkeit γ2 aufweisen. Bei der Ausführungsform gemäß 4 ist der Einsatz 38 mit einem passend geformten Abschnitt 42 in eine schwalbenschwanzförmige Nut 44 des Bürstengrundkörpers einschiebbar. Die äußeren Abmessungen des Einsatzes 38 aus dem Material höherer Leitfähigkeit γ2 sind auf die Abmessungen der Bürste abgestimmt, so dass diese ungehindert ohne bauliche Veränderung längsverschiebbar in dem Bürstenhalter 18 aufgenommen werden kann. Entsprechendes gilt für die 5, welche einen durch eine Nietung 46 mit der Grundsubstanz 35 der Bürste 12 verbundenen Einsatz 38 aufweist. Auch hierbei bleibt die äußere Geometrie der Bürste unverändert. Die Isolation zwischen dem Einsatz 38 und der Grundsubstanz 35 der Bürste erfolgt jeweils durch eine geeignete isolierende Beschichtung des Einsatzes 38, auf deren Darstellung in den 4 und 5 verzichtet worden ist.The 4 and 5 show by way of example two different designs of a two-component brush, each one use 38 with respect to the ground substance 35 have significantly increased electrical conductivity γ2. In the embodiment according to 4 is the use 38 with a suitably shaped section 42 in a dovetailed groove 44 of the brush body insertable. The outer dimensions of the insert 38 made of the material of higher conductivity γ2 are matched to the dimensions of the brush, so that they can be longitudinally displaced freely without any structural change in the brush holder 18 can be included. The same applies to the 5 which one by a riveting 46 with the ground substance 35 the brush 12 connected use 38 having. Again, the outer geometry of the brush remains unchanged. The isolation between the insert 38 and the ground substance 35 The brush is in each case by a suitable insulating coating of the insert 38 , on whose representation in the 4 and 5 has been omitted.

Die erfindungsgemäße Überwachungsvorrichtung, beziehungsweise das erfindungsgemäße Überwachungsverfahren ermöglichen somit eine dauernde Überwachung des Bürstenverschleißes bei Elektromotoren in Antriebs- oder Generatorapplikationen, wobei insbesondere ein durch unterschiedliche Betriebsbedingungen verursachter unterschiedlicher Verschleiß der Bürsten rechtzeitig vor deren Ausfall festgestellt werden kann. Dies gilt beispielsweise für den Einsatz im Automobilbereich, wo ein unterschiedlicher Betrieb und/oder unterschiedliche Umweltbedingungen, beispielsweise durch Verschmutzung, eine stark verkürzte Lebensdauer der Bürsten von elektrischen Maschinen verursachen können. Insbesondere wird eine gestufte Vorwarnung durch ein optisches, akustisches oder sonstiges Warnsignal ermöglicht, welche dem Benutzer die Zeit und die Möglichkeit gibt, absehbaren Störungen rechtzeitig vorzubeugen. Hierdurch können erhebliche Folgekosten durch einen überraschenden Ausfall der elektrischen Maschine und insbesondere auch hierdurch verursachte Risiken, beispielsweise im Verkehr, rechtzeitig und mit Sicherheit vermieden werden.The inventive monitoring device, or enable the monitoring method according to the invention thus a permanent monitoring Brush wear on electric motors in drive or generator applications, in particular a Different wear of the brushes caused by different operating conditions in good time can be determined before their failure. This applies, for example for the Use in the automotive sector, where a different operation and / or different environmental conditions, such as pollution, a much shorter one Life of the brushes of can cause electrical machinery. In particular, a stepped warning by visual, audible or otherwise Warning signal allows which gives the user the time and opportunity foreseeable disorders to prevent in time. This can result in significant follow-up costs by a surprising Failure of the electrical machine and in particular also caused thereby Risks, for example in traffic, on time and with certainty be avoided.

Claims

Monitoring device for the wear of a brush of the slideway or commutator system of an electrical machine, comprising a contactless sensor device for determining the brush length, characterized in that an impedance sensor ( 24 ) stationary and adjacent to that in a brush holder ( 18 ) sliding brush ( 12 ), at least one section ( 36 . 38 ) of the brush ( 12 ) has an electrical conductivity (γ2) which differs from the conductivity (γ1) of the ground substance ( 35 ) of the brush ( 12 ) and the change in conductivity through the impedance sensor ( 24 ) is detectable.

Monitoring device according to claim 1, characterized in that the ground substance ( 35 ) of the brush ( 12 ) has a significantly lower electrical conductivity (γ1) than that in the brush ( 12 ) integrated section ( 36 . 38 ).

Monitoring device according to claim 1 or 2, characterized in that the in the brush ( 12 ) integrated section ( 36 . 38 ) with different electrical conductivity (γ2) compared to the ground substance ( 35 ) of the brush ( 12 ) is electrically isolated.

Monitoring device according to one of the preceding claims, characterized in that the impedance sensor ( 24 ) a magnetic core ( 28 ) and a coil ( 26 ) and with a Signal transmitter ( 34 ) for generating an alternating current (I) in the sensor ( 24 ) connected is.

Monitoring device according to one of the preceding claims, characterized in that the impedance sensor ( 24 ) with an evaluation unit ( 30 ) with integrated signal transmitter ( 34 ) connected is.

Monitoring device according to one of the preceding claims, characterized in that the ground substance ( 35 ) of the brush ( 12 ) from an unfilled or metal-filled carbon material (γ1 = 0.05-20 MS / m) and the insert ( 38 ) of metal, preferably of copper (γ2 = 56-57 MS / m).

Monitoring device according to one of the preceding claims, characterized in that the impedance sensor ( 24 ) in the brush holder ( 18 ) is integrated and fixed to this and arranged to the slideway or Kommutatorsystem.

Monitoring device according to one of the preceding claims, characterized in that the section ( 36 . 38 ) with that of the ground substance ( 35 ) of the brush ( 12 ) deviating electrical conductance (γ2) in the end region of the allowable brush displacement at the circumference of the brush ( 12 ) is arranged.

Monitoring device according to one of the preceding claims, characterized in that the section ( 36 . 38 ) with that of the ground substance ( 35 ) of the brush ( 12 ) deviating electrical conductance (γ2) separately prepared and by a positive, preferably dovetailed compound ( 42 . 44 ) and / or by gluing and / or by a riveted connection ( 46 ) on the brush ( 12 ) is attached.

Monitoring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the section ( 36 . 38 ) with that of the ground substance ( 35 ) of the brush ( 12 ) deviating electrical conductance (γ2) in the manufacture of the brush ( 12 ) together with the material (γ1) of the basic substance ( 35 ) in one operation to the finished brush ( 12 ) is formed, preferably pressed.

Method for monitoring the wear of a brush of the slideway or commutator system of an electrical machine, wherein a contactless sensor device supplies a signal corresponding to the brush wear to an evaluation unit, characterized in that a fixedly arranged impedance sensor ( 24 ) from a signal generator ( 34 ) receives a signal (U, I) and according to the conductance (γ1, γ2) of a sensor ( 24 ) adjacent section ( 36 . 38 ) of the sliding brush ( 12 ) a variable impedance signal (Z) as a measure of the wear of the brush ( 12 ) and / or for the remaining brush length to the evaluation unit ( 30 ).

Method according to claim 11, characterized in that the brush ( 12 ) by the output signal ( 48 ) of the evaluation unit ( 30 ) from the power supply ( 14 . 16 ) can be switched off as soon as a predetermined threshold value of the impedance signal (Z) is exceeded.

A method according to claim 11 or 12, characterized in that the monitoring of the brush wear in accordance with the displacement of the brush ( 12 ) opposite the brush holder ( 18 ) takes place permanently.

Method according to one of claims 11 to 13, characterized in that the impedance sensor ( 24 ) a stepped and / or continuously variable measuring signal (Z) as a measure of the brush wear to the evaluation unit ( 30 ) ( 4 ).

Method according to one of claims 11 to 14, characterized in that the evaluation unit ( 30 ) of the impedance sensor ( 24 ) a preferably digital signal ( 48 ) as a control signal to a diagnostic unit and / or to a display instrument of a motor vehicle.