DE102009058259A1

DE102009058259A1 - Bürstendesign für Schleifringkontakte

Info

Publication number: DE102009058259A1
Application number: DE102009058259A
Authority: DE
Inventors: Thomas Luthardt; Helmut Repp
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-16
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: CN102122785A; CN102122785B; US8513853B2; US20110140568A1; DE102009058259B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermittlung eines elektrischen Kontakts zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Vorrichtungselementen (1, 8). Dies geschieht mittels einer Vielzahl von Bürsten (20), welche an einem der Vorrichtungselemente (1) anordenbar sind und bei der Relativbewegung der Vorrichtungselemente (1, 8) entlang einer bei dem anderen Vorrichtungselement (8) vorgesehenen Schleifbahn (2) kontaktieren. Die Bürsten (20) sind im Bezug auf eine durch die Relativbewegung bestimmte Bewegungsrichtung (7) versetzt hintereinander angeordnet. Die erfindungsgemäße Bürstenanordnung ist robuster als herkömmliche Anordnungen im Bezug auf Abnutzung und Alterung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermittlung eines elektrischen Kontaktes zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Vorrichtungselementen mittels einer Vielzahl von Bürsten.
Anordnungen zur Vermittlung eines Schleifkontaktes zwischen zwei sich bewegenden Komponenten sind in diversen Bereichen der Technik im Einsatz. Derartige Anordnungen werden beispielsweise in Computertomographen eingesetzt, welche einen stationären Aufbau sowie um den Patienten rotierende Elemente (Strahlenquellen und Detektoren) umfassen. Die Übermittlung von Daten bzw. Energie zwischen dem sich bewegenden Teil (Rotor) und dem stationären (Stator) wird beispielsweise mit einer Schleifkontaktierung (Schleifring) bewerkstelligt.
Typischerweise befindet sich in derartigen Anordnungen zwischen zueinander bewegten Komponenten ein (üblicherweise flüssiges) Schmiermittel. Im Laufe des Betriebs einer Schleifkontaktanordnung kommt hierzu noch der sogenannte Abrieb dazu. Dieser besteht üblicherweise aus kleinen Partikeln, die beim Betrieb abgeschliffen wurden.
Schmiermittel und Abrieb können sich auf das verwendete Kontaktierungselement negativ auswirken. Beispielsweise wird die Funktionsfähigkeit von Bürsten üblicher Bürstenkontaktabnehmern mit der Zeit beeinträchtigt. Durch das Schmiermittel bzw. das Gemisch aus Abrieb und Schmiermittel wird die Elastizität der Bürsten mit der Zeit beeinträchtigt. Dadurch reagiert das gesamte System deutlich empfindlicher auf Unebenheiten der Schleifbahn, und die Signalqualität verschlechtert sich. Aus diesem Grund ist es üblich, die verwendeten Bürsten für die Ströme und Spannungen überzudimensionieren. Diese Überdimensionierung, beispielsweise durch Erhöhung des Drahtdurchmessers von Drähten, mit denen die Bürsten gebildet sind, bringen Nachteile mit sich, z. B. die Verschlechterung der dynamischen Eigenschaften wegen der höheren Masse der Bürste.
Vergleichbare Probleme sind sich in den Druckschriften DE 195 43 383 B4 , DE 198 17 796 C2 und DE 102 007 054 675 A1 angesprochen. Diese Druckschriften beschreiben in erster Linie Möglichkeiten, die negativen Folgen des Abriebes zu vermeiden, z. B. mit Hilfe einer Fangvorrichtung (DE 195 43 383 B4 und DE 102 007 054 675 A1) oder durch Designmaßnahmen (DE 198 17 796 C2).
Es besteht ein Bedarf für eine Bürstenkontaktanordnung, welche den genannten längeren negativen Einflüssen länger widerstehen und damit eine längere Lebensdauer besitzen.
Die Erfindung hat zur Aufgabe ein Bürstendesign für eine Bürstenkontaktierung anzugeben, welches im Vergleich zu herkömmlichen Bürstenabnehmern eine höhere Beständigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche gelöst.
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur Vermittlung eines elektrischen Kontaktes zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Vorrichtungselementen (z. B. Rotor und Stator) aus. Für die Kontaktvermittlung wird eine Vielzahl von Bürsten verwendet, welche an einem der Vorrichtungselemente angeordnet werden bzw. durch dieses Vorrichtungselement gehalten werden und welche bei der Relativbewegung der Vorrichtungselemente entlang einer bei dem anderen Vorrichtungselement vorgesehenen Schleifbahn kontaktieren. D. h. sie schleifen entlang dem anderen Vorrichtungselement und stellen dabei einen Kontakt her. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Bürsten in Bezug auf eine durch die Relativbewegung bestimmte Bewegungsrichtung versetzt hintereinander anzuordnen. Der Versatz beträgt vorzugsweise bis zu 50% des Bürstendurchmessers (z. B. sind 20%–30% des Bürstendurchmessers sinnvolle Werte). Diese Anordnung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass im Rahmen der Bewegung, welche die Bürsten vollführen, ein Wegschieben bzw. Wegleiten einer sich zwischen den Vorrichtungselementen vorgesehenen Substanz (Schmiermittel, Abrieb) erfolgen kann. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Bürsten in Bezug auf die Bewegungsrichtung pfeilförmig angeordnet sind. Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind die Bürsten in Form einer im Bezug auf die Bewegungsrichtung schrägen Linie angeordnet.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden Dreck bzw. Ölgemische zur Seite geschoben, so dass die einzelnen Bürsten weniger damit in Berührung sind. Somit wird die Beeinträchtigung der Bürsten reduziert und die Bürsten bleiben länger elastisch und weisen eine längere Lebensdauer auf. Zudem weist eine Anordnung mit mehreren kleinen Bürsten eine höhere Elastizität auf als eine große Bürste, die eine entsprechende Anzahl von Kontraktdrähten umfasst. Unebenheiten und Fehlstellen auf der Bahn können so besser ausgeglichen werden. Die erfindungsgemäßen Bürsten weisen vorzugsweise einen erheblich geringeren Durchmesser auf als die derzeit üblichen Bürsten. Sie sind beispielsweise mit 25–100 Fasern gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Bürsten auf einem Träger (Bürstenträger bzw. Federträger) angeordnet. Dieser Träger kann als Parallelschwinge ausgeführt sein, so dass der Winkel der Bürsten relativ zu dem kontaktierten Element im Wesentlichen konstant bleibt.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung wird für die Bürsten und/oder für die Schleifbahn Trockenschmiermittel verwendet. Dieses kann z. B. in die Bürsten als einzelne Fasern eingearbeitet werden, welche mit den Bürsten gleichmäßig verschleißen. Dadurch werden Probleme, die durch die Schmierung mit Öl entstehen, zumindest teilweise eliminiert.
Die Erfindung wird im Folgenden im Rahmen eines Ausführungsbeispiels anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1: eine herkömmliche Bürstenkontaktierung,
2: eine Draufsicht auf die Bürste nach 1,
3: eine erfindungsgemäße Bürstenkontaktierung,
4: eine Draufsicht auf die Bürste nach 3,
5: ein Detail zur 4
6: eine zu 4 alternative Ausführungsform
7: eine Ausführung der erfindungsgemäßen Bürstenanordnung als Parallelschwinge.
In 1 ist eine herkömmliche Bürstenkontaktierungsanordnung gezeigt. An einer ersten Komponente 1 ist ein Federträger 3 angeordnet. Dieser Federträger weist einen Träger 4 für eine Bürste 5 auf. Diese Bürste kontaktiert eine Schleifbahn 2 einer zu der ersten Komponente 1 bewegten Komponente 8. Eine derartige Bürste ist typischerweise mit ca. 600–1900 Fasern gebildet. Eine Bewegungsrichtung ist mit dem Bezugszeichen 7 kenntlich gemacht. Bei einem Computertomographen ist in der Regel die die Bürste 5 tragende Komponente 1 stationär, während die zweite Komponente 8 rotiert.
2 zeigt eine Draufsicht auf die Bürste. Dabei sind auch zwei Stellen 6 zu sehen, wo der Federträger an der Komponente 1 befestigt ist.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Lösung. Statt einer Bürste 5 ist nun eine Mehrzahl von kleinen Bürsten bzw. Bündel 50 vorgesehen. Ein Bündel 50 umfasst vorzugsweise signifikant weniger Fasern als Bürsten des Standes der Technik. Eine Anzahl von ungefähr fünfzig Fasern stellt ein effektives Design dar. Es werden erfindungsgemäß mehrere kleine und dünne Bündel bzw. Büschel 50 hintereinander und versetzt auf dem Federträger 3 montiert. Mit dieser Anordnung werden Dreck und Ölgemische auf die Seite geschoben, so dass dahinter angeordnete Büschel bzw. Bürsten kaum Öl erfassen. Die Redundanz wird weiter erhöht, denn die Elastizität der einzelnen Büschel ist deutlich höher als bei herkömmlichen Anordnungen. Somit können sie wesentlich mehr Unebenheiten oder Fehlstellungen auf der Bahn ausgleichen. Wie in 4 gezeigt, kann eine pfeilartige Anordnung der Bürsten 50 gegeben sein, mit welcher die Verschmutzung zur Seite geschoben wird.
Diese Bürstenkontaktanordnung in Form von dünnen, elastischen Kontaktbündeln erhöht die Toleranz gegenüber Schleifbahnunebenheiten. So kann auf ein maschinelles Bearbeiten der Schleifbahn verzichtet werden. Der Einfluss von Öl bzw. Dreck und Gemischen auf der Bahn nimmt ab. Die Signalqualität bleibt konstant trotz niedriger Spannungen und Ströme.
In 5 ist ein Detail zur Lösung nach 4 gezeigt. Auf der Schleifbahn 2 sind zwei unterschiedliche Bereiche 21 und 22 durch verschiedene Schraffur kenntlich gemacht. In den Bereich 21 kann Öl, Abrieb oder Schmutz ungehindert eindringen. Der zweite Bereich 22 ist durch die Anordnung der Bürsten 50 abgeschirmt, so dass ein Eindringen von Öl, Abrieb oder Schmutz be- oder sogar verhindert wird. Dadurch kommen die Bürsten weniger den Stoffen in Berührung, durch die sie angegriffen werden bzw. die mit der Zeit ihre Funktionstüchtigkeit beeinflussen. Bei der Anordnung nach den 4 und 5 sind die Büschel 50 im Bezug auf die Bewegungsrichtung hintereinander versetzt angeordnet. Der Versatz V beträgt vorzugsweise bis zu 50% vom Durchmesser der Büschel 50. Ein sinnvoller Wert ist z. B. ungefähr 25% vom Büscheldurchmesser, z. B. zwischen 20% und 30%.
6 zeigt eine zu den 4 und 5 alternative Ausführung. Hier sind die Büschel 50 versetzt hintereinander in einer Linie angeordnet.
In 7 ist angedeutet, dass sich die Anordnung auch als Parallelschwinge ausführen lässt, wodurch der Winkel zwischen Bürsten 50 und Schleifbahn 2 bzw. Komponente 8 konstant gehalten wird. Diese Parallelschwinge ist beispielsweise mit einem Parallelfedergelenk gebildet. Der Federträger 3 ist dann mit zwei parallelen Blattfedern gebildet, deren Verbindung zumindest abschnittsweise massiv ist, so dass eine Konstanz des Winkels zwischen Büschel 50 und Schleifbahn 2 erzwungen wird. Der Kontaktwinkel der Bürsten 50 ändert sich dann auch bei Verschleiß nicht; die Winkel an der Bürste bleiben bei Einfedern und Ausfedern konstant. Diese Maßnahme. verlängert die Lebensdauer der Kontaktvorrichtung zusätzlich. Denn bei derzeitigen Kontaktsystemen verändert sich mit zunehmendem Verschleiß der Winkel und die Bürsten müssen getauscht werden, da sonst der Winkel negativ wird und die Bürsten zu Stip-Slick Effekten neigen.
Die Erfindung ist beispielsweise für Computertomographen einsetzbar. Sie beschränkt sich aber nicht auf diesen Einsatzbereich, sondern kann für jede technische Anwendung verwendet werden, wo zwischen zwei sich zueinander bewegenden Teilen bzw. Komponenten eine Kontaktierung hergestellt werden soll. Ein derartiges Einsatzgebiet wäre z. B. die Automatisierungstechnik.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19543383 B4 [0005]
DE 19817796 C2 [0005]
DE 102007054675 A1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Vermittlung eines elektrischen Kontakts zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Vorrichtungselementen (1, 8) mittels einer Vielzahl von Bürsten (50), welche an einem der Vorrichtungselemente (1) anordenbar sind und bei der Relativbewegung der Vorrichtungselemente (1, 8) entlang einer bei dem anderen Vorrichtungselement (8) vorgesehenen Schleifbahn (2) kontaktieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (50) im Bezug auf eine durch die Relativbewegung bestimmte Bewegungsrichtung (7) um einen Versatz (V) versetzt hintereinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V) bis zu 50% des Bürstendurchmessers beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V) 20%–30% des Bürstendurchmessers beträgt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (50) jeweils mit 25–100 Fasern gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (20) im Bezug auf die Bewegungsrichtung (7) für ein Wegschieben von einer sich zwischen den Vorrichtungselementen (1, 8) befindenden Substanz angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (20) im Bezug auf die Bewegungsrichtung (7) pfeilförmig angeordnet sind
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (20) in Form einer im Bezug auf die Bewegungsrichtung (7) schrägen Linie angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein einziger Träger (3) für die Mehrzahl von Bürsten (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) mittels einer Parallelschwinge an dem einen Vorrichtungselement (1) für eine Konstanthaltung des Winkels zwischen den Bürsten (20) und dem anderen Vorrichtungselement (8) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürsten (20) mit Trockenschmiermittel gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifbahn (2) mit Trockenschmiermittel gebildet ist.