-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schleifkontaktanordnung und insbesondere
ein System zur Entfernung von Partikeln und Abrieb, die durch die Bewegung
eines Schleifkontakts entlang einer Kontaktbahn entstehen. Schleifkontaktanordnungen
werden zur elektrischen Verbindung und insbesondere zur Übertragung
von Signalen zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten verwendet.
Eine Bürste steht
hier im elektrischen Kontakt zu einer Schleifbahn und kann gegenüber dieser
bewegt werden. Grundsätzlich
kann diese entsprechend der Anordnung der Bahn lineare oder aber
Drehbewegungen ausführen.
Der Begriff Bürstenelement
oder Bürste steht
hier für
jeden bürstenförmigen,
drahtförmigen oder
stiftförmigen
Kontakt, der aus Metall, leitenden Kunststoffen, Kohlematerialien
und anderem, aus dem Stand der Technik bekannten Materialien bestehen
kann. Wesentlich ist, dass er zumindest eine minimale elektrische
Leitfähigkeit
aufweist. Die Schleifbahn besteht meistens aus einem Metall, wie
Messing oder Edelstahl. Sie kann aber auch aus anderen Materialien,
beispielsweise Widerstandsmaterialien gefertigt sein. Durch die
mechanische Bewegung zwischen der Bürste und der Schleifbahn werden kleine
Partikel abgeschliffen. Da diese Partikel von den Kontaktmaterialien
der Bürste
bzw. der Schleifbahn stammen, sind sie meistens gut leitend. Diese Partikel
bilden einen feinen Staub, der sich auf die Isolation der Schleifkontaktanordnung
und anderen Bauteilen absetzt. Dadurch werden im Laufe der Zeit die
Isolationseigenschaften erheblich verschlechtert. Dies kann schließlich zu
Durchschlägen
und Abbrand der Isolation führen.
Ebenso kann dies zu einer Fehlfunktion oder Beschädigung von
anderen Teilen, insbesondere von elektrischen oder elektronischen Komponenten
führen.
Um dies zu vermeiden muss eine regelmäßige Wartung, häufig in
relativ kurzen Intervallen, durchgeführt werden. Derartige Wartungen
sind zeit- und kostenintensiv, da der fest anhaftende Staub auch
aus kleinsten Vertiefungen der Anordnung entfernt werden muss.
-
Stand der Technik
-
Ein
Schleifringsystem für
Computertomografen ist in der
JP
06 005 340 offenbart. Die Übertragung elektrischer Energie
erfolgt mittels einer Bürste, die
entlang einem Ring läuft.
Eine separat angeordnete Staubentfernungseinheit umfasst einen Staubsammelbehälter und
eine Röhre,
durch die der Staub abgesaugt werden kann.
-
Ein
Schleifringsystem für
Computertomografen, wie es beispielsweise in der
DE 10 543 383 B4 offenbart
ist, weist eine Schleifbahn mit einer darauf laufenden Bürste sowie
eine Abriebsammeleinrichtung auf. Diese Abriebsammeleinrichtung
kann elektrostatisch aufgeladen werden. Es hat sich gezeigt, dass
diese Anordnung insbesondere bei Computertomografen neueren Datums
mit erhöhter
Strombelastung der Schleifbahnen und somit einer erhöhten Bürstenzahl
nicht mehr in der Lage ist, den anfallenden Abrieb aufzunehmen.
-
Darstellung der Erfindung
-
Eine
erfindungsgemäße Lösung dieser
Aufgabe ist in den unabhängigen
Patentansprüchen
angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Schleifkontaktanordnung
weiter zu verbessern, um Abrieb und Verschmutzungen, die insbesondere durch
das Schleifen der Bürste
auf der Schleifbahn entstehen, zu sammeln und somit eine stärke Verschmutzung
der Umgebung zu vermeiden. Weiterhin sollen durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Wartungsintervalle verlängert
werden.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst eine Schleifkontaktanordnung mit wenigstens einer Schleifbahn,
einem Bürstenhalter
zur Aufnahme wenigstens einer Bürste,
welche in mechanischem Eingriff und elektrischem Kontakt mit der
Schleifbahn angeordnet ist. Weiterhin ist ein Sammelbehälter zur Aufnahme
von Abriebpartikeln und anderen Materialien von der wenigstens einen
Bürste
bzw. der wenigstens einen Schleifbahn vorgesehen. Weiterhin ist eine
Abdeckung vorgesehen, die im Wesentlichen einen Bürstenhalter
und die wenigstens eine Bürste umfasst.
Die Abdeckung hat Wände,
die sich parallel zum Verlauf der Schleifbahn erstrecken und diese seitlich
zusammen mit dem Bürstenblock
und der wenigstens einen Bürste
umschließen.
Bei großen Schleifkontaktanordnungen
wird durch die Abdeckung nicht die gesamte Schleifbahn in ihrer
Länge, sondern
nur ein Segment, welches vorzugsweise der Länge der auf der Schleifbahn
laufenden Bürstenanordnung
entspricht, umschlossen. Ein Sammelbehälter ist an einer Seite der
Abdeckung vorgesehen, so dass die durch die Bewegung entstehende
Luftströmung
in diesen Sammelbehälter
hineingeleitet wird.
-
Gemäß der Erfindung
ist eine Abdeckung 5 oder auch ein Schutzgehäuse um diejenigen
Teile der Schleifkontaktanordnung angebracht, in denen Abrieb produziert
und verteilt wird. Diese Teile sind die Kontaktflächen der
Schleifbürsten 1 in
Verbindung mit den Schleifbahnen 2. Weiterhin ist eingeschlossen
ein Stück
der stromabwärts
liegenden Seite dieser Oberflächen.
Wenn die Schleifbahn 2 gegenüber der Schleifbürste 1 bewegt
wird, wird das abgeriebene Material in den umgebenden Raum abgegeben
und hauptsächlich
durch den Luftstrom in Richtung des Pfeils 7 weiter getragen.
Dies ist in den 1 und 3 veranschaulicht.
Ein Sammelbehälter 4 ist
stromabwärts
der Kontaktpunkte zwischen den Schleifbürsten 1 und den Schleifbahnen 2 angeordnet,
um das abgeriebene Material aufzufangen. Wenn die Schleifbahn 2 schnell
bewegt wird, wie dies beispielsweise in Schleifringen, die in Computertomographen
eingesetzt werden, der Fall ist, so wird hierdurch ein Luftstrom
erzeugt, der entlang der Oberfläche
der Schleifbahn 2 verläuft.
Die Abdeckung 5 zur Abdeckung der Schleifkontaktanordnung übernimmt
hier gleichzeitig die Funktion eines Luftführungskanals. Dieser führt den
Luftstrom, der die Abriebpartikel trägt, in den Sammelbehälter 4.
Durch das Sammeln des Materials wird die Menge des in die Umgebung
der Schleifkontaktanordnung verteilten Abriebmaterials reduziert.
Um den Luftstrom durch die Bewegung der Schleifbahn 2 zu
verbessern bzw. zu erhöhen,
können
erfindungsgemäß Flügel 12 vorgesehen
sein. Diese sind vorzugsweise an dem Träger 11, welcher die
Schleifbahnen 2 trägt,
angebracht. Der Sammelbehälter
kann auch über
weitere Luftführungselemente,
wie wenigstens ein Rohr, oder ein Schlauch mit der Abdeckung verbunden
sein.
-
Weiterhin
ist es möglich,
den Luftstrom durch die Abdeckung 5 zu erhöhen, indem
beispielsweise durch eine Zuführung 8 zusätzliche
Luft eingespeist wird. So kann hier beispielsweise ein Kompressor oder
auch ein Ventilator vorgesehen sein. Ebenfalls kann auch anstelle
der Zuführung 8 ein
Ventilator vorgesehen sein. Im Falle von Flügeln 12 zur Verstärkung des
Luftstroms ist anstelle der Zuführung 8 eine Öffnung,
gegebenenfalls mit Luftgleitflächen
zur Einleitung des durch die Flügel 12 erzeugten
Luftstroms in die Abdeckung 5 vorgesehen. Als Alternative
kann auch ein Unterdruck an der Auslassseite der Abdeckung 5 bzw.
des Sammelbehälters 4 vorgesehen sein.
Ebenso ist eine Kombination aus Überdruck und
Unterdruck möglich.
-
Weiterhin
ist es vorteilhaft, in der Abdeckung 5 Platten zur Luftführung 10 vorzusehen,
die den Luftstrom in Richtung des Sammelbehälters leiten.
-
Die
Abdeckung 5 umfasst vorteilhafterweise ein Metallblech.
Somit kann sie gleichzeitig als elektrische Schirmung eingesetzt
werden. Zudem kann durch die metallische Oberfläche eine elektrostatische Aufladung
verhindert werden. Es kann aber auch zusätzlich eine hochohmige, schlecht
leitende Oberfläche
mit einem Oberflächenwiderstand
zwischen einem kOhm und 10 MOhm, beispielsweise als Lack oder in
einer anderen Form einer Oberflächenbeschichtung
aufgebracht werden. Damit kann eine Kurzschlussgefahr bei Berühren anderer
metallischer Teile ausgeschlossen werden. Es wird aber auch das
Anziehen von elektrostatischem Staub aus der Luft der Umgebung vermieden.
Besonders günstig
ist eine solche schlecht leitende Oberfläche auf der Innenseite der
Abdeckung 5. Dadurch wird vermieden, dass sich der Staub
an der Innenseite der Abdeckung 5 ablagert, bevor er zum
Sammelbehälter 4 befördert worden
ist. Alternativ kann auch die Abdeckung aus einem Isolationsmaterial,
beispielsweise aus Kunststoff gefertigt sein. Auch hier kann wieder
eine leitfähige
Oberfläche,
wie zuvor beschrieben, vorgesehen sein. Der Bürstenblock 3 kann
Teil der Abdeckung 5 sein. Alternativ kann er auch durch
diese umschlossen werden. Die Innenwände der Abdeckung 5 und
die Platten zur Luftführung 10 sollten
so ausgelegt sein, dass sie keine scharfen Kanten und Unterschnitte
haben, an denen sich Staub ablagern kann. Die Platten zur Luftführung 10 könnten so
angeordnet werden, dass sie den Luftstrom von inneren Ecken der
Abdeckung 5 wegleiten, so dass sich dort keine Verwirbelungen
ergeben. Die inneren Oberflächen
der Abdeckung 5, die Platten zur Luftführung 10, der Sammelbehälter 4 und
der Träger
der Schleifbahnen 11 könnten
mit einer abweisenden Oberfläche
ausgestattet sein. Dies kann beispielsweise eine Oberfläche mit
Lotuseffekt oder anderen Strukturen aus Mikro- und Nanopartikeln sein.
Weiterhin kann wenigstens eine Kante oder andere Struktur innerhalb
der Abdeckung vorgesehen sein, um einen turbulenten Luftstrom zu
erzeugen. Solche Turbulenzen können
hilfreich sein, um die Schmutzpartikel von einer Oberfläche oder
einer Schleifbahn, ihrem Träger
oder einem Teil der Bürstenanordnung
zu entfernen.
-
Der
Sammelbehälter
ist vorzugsweise ein Staubfilter, welches stromabwärts an der
Abdeckung 5 angebracht ist. Er könnte ein elektrostatisches
Filter oder ein Elektretfilter enthalten. In einer anderen Ausgestaltung
der Erfindung kann der Sammelbehälter 4 Material,
welches Schmutzpartikel festhält,
beispielsweise Gewebe oder Plüsch,
enthalten. Weiterhin könnte
der Sammelbehälter
einen Staubbeutel, wie beispielsweise in Staubsaugern, aufweisen.
Der Staubbeutel ist vorzugsweise austauschbar oder in einer austauschbaren
Kassette angebracht. Eine solche Kassette kann auf einfache Weise
ausgetauscht und/oder gereinigt werden. Zusätzlich kann der Sammelbehälter 4 eine
Antihaftbeschichtung aufweisen. Eine Beschichtung umfasst eine Lotuseffekt-Beschichtung
und/oder andere Kombinationen mit Mikro- und Nanopartikeln. In einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Sammelbehälter wenigstens
eine Leitfläche
zur Umleitung des Luftstroms im Inneren des Sammelbehälters aufweisen. Durch
diese könnten
auch Verwirbelungen erzeugt werden. Hierdurch kann die Ablagerung
des Staubs im Inneren des Sammelbehälters verbessert werden.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Klappen oder Flügel vorgesehen,
um den Luftstrom entsprechend der Drehrichtung umzulenken. Weiterhin
kann der Luftstrom, der durch die drehenden Teile verursacht wird,
benutzt werden, um Luft in den Sammelbehälter zu blasen oder daraus
zu saugen. Vorzugsweise ist die Unterseite des Sammelbehälters zur
Aufnahme von Schmutzpartikeln, die aufgrund der Schwerkraft nach
unten fallen, ausgebildet. Hier kann eine spezielle Oberfläche zur
Aufnahme der Partikel, vorzugsweise aus einem porösen Material,
wie beispielsweise Polyurethanschaum, oder aus einem Gewebe oder
Plüsch
vorgesehen sein.
-
In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zur aktiven
oder passiven Anpassung der Luftströmung in Abhängigkeit von den Schleifbahnen
vorgesehen. Dies kann beispielsweise durch die Anpassung von Flügelklappen
oder auch durch Steuerung der Glasrichtung eines Lüfters oder
ein weiteres Filter an einer anderen Seite der Abdeckung 5 realisiert
sein. Beispielsweise könnten für beide
Drehrichtungen an entgegengesetzten Seiten der Abdeckung 5,
Filter und/oder Sammelbehälter 4 vorgesehen
sein. Entsprechend kann auch durch die Anpassung von Klappen eine
Anpassung der Luftströmung
an die Umdrehungsgeschwindigkeit und/oder die Drehrichtung erfolgen.
Entsprechend kann auch der Luftstrom in oder durch das Filter jeweils
abhängig
von der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit maximiert werden, um
eine optimale Partikelentfernung zu gewährleisten. Andererseits kann
auch eine Begrenzung der Strömungsgeschwindigkeit
vorgesehen sein, um Strömungsgeräusche bei
zu höheren
Drehgeschwindigkeiten zu vermeiden. Diese Mittel zur aktiven oder
passiven Anpassung der Luftströmung
können
an beliebiger Stelle im Luftstrom der Anordnung vorgesehen sein.
-
Die
Begriffe stromaufwärts
und stromabwärts
beziehen sich auf den Luftstrom, der in der Schleifkontaktanordnung
durch die Bewegung entsteht. Ein solcher Luftstrom kann durch die
Bewegung des Bürstenblocks
gegenüber
der Schleifbahn und/oder der Umgebung oder auch durch die Bewegung
der Schleifbahn gegenüber
dem Bürstenblock entstehen.
Der Verlauf der Luftströmung
ist immer von stromaufwärts
nach stromabwärts.
-
Beschreibung der Zeichnungen
-
Die
Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
-
1 zeigt
im Längsschnitt
eine Ausführung einer
Schleifkontaktanordnung entsprechend der Erfindung.
-
2 zeigt
einen Schnitt senkrecht der Linie A-A aus der 1,
von der linken Seite der Anordnung aus 1 betrachtet.
-
3 zeigt
einen Längsschnitt
durch eine andere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schleifkontaktanordnung.
-
4 zeigt
einen Sammelbehälter
mit einem turbulenten Luftstrom.
-
In
der 1 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
im Schnitt dargestellt. Es sind hier beispielhaft vier Bürsten, die
jeweils in einem Köcher 13 aufgenommen
sind, vorgesehen. Eine Schleifkontaktanordnung weist mindestens
eine Bürste
auf. Sie kann jedoch entsprechend dem zu übertragenden Strom auch eine
hohe Anzahl an Bürsten,
beispielsweise 20 Bürsten
aufweisen. Sind mehrere Strompfade oder auch Signalpfade gleichzeitig
vorgesehen, so sind die entsprechende Anzahl von Bürsten für jeden
Pfad getrennt und laufen auf den ihm zugeordneten Bahnen. Eine typische Schleifkontaktanordnung
für Computertomografen kann
50 oder mehr Bürsten
umfassen. Die Bürsten sind
in einem Bürstenblock 3 zusammengefasst.
Ein Bürstenblock
nimmt typischerweise die Köcher
der Bürsten
auf und kontaktiert diese. Es gibt bestimmte Konfigurationen, in
denen auch mehrere Bürstenblöcke vorgesehen
sind. Dies kann beispielsweise zur Erhöhung der Isolation notwendig
sein. Die Bürsten stehen
in Schleifkontakt mit wenigstens einer Schleifbahn 2, die
auf einem Träger 11 angeordnet
ist. In der hier dargestellten Anordnung bewegt sich die Schleifbahn
in der durch den Pfeil 6 dargestellten Richtung gegenüber dem
feststehenden Bürstenblock.
Eine Abdeckung 5 umschließt den gesamten Bürstenblock 3 zusammen
mit den Bürsten 1.
Die Abdeckung hat Seitenwände,
die sich parallel zu den Schleifbahnen 2 und seitlich zum
Bürstenblock 3 mit
den Bürsten 1 erstrecken.
Es wird durch die Abdeckung 5 der Bürstenblock 3 mit den
Bürsten 1 sowie
wenigstens ein Teil der Schleifbahnen 2, der sich im Eingriff
mit den Bürsten 1 befindet,
umschlossen. Ein Sammelbehälter 4 für Partikel
des abgeriebenen Materials ist stromab wärts vom Bürstenblock 3 an einer
Endfläche
der Abdeckung 5 vorgesehen.
-
Die
Abdeckung 5 ist als Luftführungskanal ausgelegt, um den
Luftstrom, der durch die Bewegung der Schleifbahn 2 entsteht,
zu führen.
Mit diesem Luftstrom werden die Partikel des Abriebmaterials von
den Bürsten 1 entlang
der Richtung des Pfeils 7 in den Sammelbehälter geführt.
-
In 2 ist
ein Schnitt senkrecht zur Darstellung aus 1 entlang
der Linie A-A, betrachtet von der linken Seite, dargestellt. Gezeigt
werden drei Schleifbahnen 2, die nebeneinander auf dem
Träger 11 angebracht
sind. Weiterhin sind drei Bürsten 1 im Eingriff
mit den Schleifbahnen 2 dargestellt. Entsprechend der 1 sind
pro Schleifbahn jeweils vier Bürsten
hintereinander angeordnet, von denen in 2 jeweils
nur eine sichtbar ist. Die hier dargestellte Anordnung hat somit
12 Bürsten.
Die Wände
der Abdeckung 5 umschließen den Bürstenhalter 3, zusammen
mit den Bürsten 1 in
den Köchern 13.
Die Abdeckung erstreckt sich bis nahe an den Träger der Schleifbahnen, so dass
sie das Segment der Schleifbahnen in der Nähe der Bürsten möglichst gut umschließt.
-
In 3 ist
eine Darstellung, ähnlich
zu derjenigen aus 1 dargestellt. In dieser Ausführungsform
ist an dem stromaufwärts
gelegenen Ende der Abdeckung 5 eine Versorgungsleitung 8 vorgesehen, um
beispielsweise Pressluft oder ein anderes Gas in die Anordnung einzublasen
und somit eine Strömung in
Richtung des stromab wärts
gelegenen Endes auf der anderen Seite der Abdeckung zu erzeugen.
Weiterhin sind noch Luftführungsplatten 10 vorgesehen, um
den Luftstrom, wie beispielsweise durch den Pfeil 7 dargestellt,
in spezielle Richtungen zu führen
oder auch gezielt zu verwirbeln. Diese Führungsplatten sind in jeder
anderen Kombination, auch ohne das Zuführungsrohr 8 einsetzbar.
Weiterhin sind noch Flügel 12 dargestellt,
welche an den Träger 11 der Schleifbahnen 2 angebracht
sind, um eine zusätzliche
Strömung
zu erzeugen. Auch diese Flügel
sind mit jeder anderen Ausführung,
beispielsweise auch derjenigen aus 1 kombinierbar.
-
4 zeigt
einen Sammelbehälter,
in dem die Luft über
eine Kante 9 geführt
wird, um Turbulenzen zu erzeugen. Im Allgemeinen wird eine Turbulenz
hier durch einen Abriss der Strömung
entlang einer Fläche
am Ende der Fläche
erreicht. Die Luft kann nun den Sammelbehälter durch Löcher 14 verlassen,
die durch ein weiteres Filter, insbesondere auch durch ein elektrostatisches
Filter weiter gefiltert werden kann. Die Turbulenzen im Inneren
des Sammelbehälters
sorgen dafür,
dass im Inneren des Sammelbehälters
Staubpartikel aus der Luftströmung
ausfallen und dort abgelagert werden. Dieser Effekt kann durch die
Schwerkraft günstig
beeinflusst werden. Sobald die Staubpartikeln aus dem Hauptluftstrom
entfernt sind, reduziert sich die Geschwindigkeit und sie können in
Fallen gefangen werden. Diese Fallen weisen entweder selbst Flügel oder Platten,
vorzugsweise aus einem porösen
Material auf, welches die turbulente Luft abweist um eine weitere
Verteilung des Staubs zu verhindern.