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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Bürsteneinheit zur Stromübertragung an einer Gleitfläche zwischen relativ zueinander bewegten Teilen einer medizintechnischen Anlage und eine Anordnung mit einer derartigen Bürsteneinheit.
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Hintergrund der Erfindung
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Gleitkontakte entlang einer Gleitfläche stellen eine elektrische Verbindung zwischen sich relativ zueinander bewegten Teilen her. Beispiele für Gleitkontakte sind Kohlebürsten und Kommutatoren von Motoren, Stromabnehmer, Schleifringsysteme, Drehschalter oder Potentiometer.
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Gleitkontakte, auch als Schleifkontakte bezeichnet, bestehen wie auch Gleitlager aus zwei Materialien unterschiedlicher Härte. Bei hohen Leistungen und Spannungen wird meist die Paarung Kupfer/Graphit verwendet, während bei kleinen Leistungen und Signalübertragungen auch Edelmetalle verwendet werden. Oftmals werden Bürsten, die auf einer Gleitfläche gleiten, als Schleifkontakt verwendet.
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Derartige Bürsten zur Herstellung des Gleitkontakts zwischen sich bewegenden Komponenten werden auch bei Computertomographiegeräten eingesetzt, die einen stationären Aufbau sowie um den Patienten rotierende Strahlenquellen und Detektoren umfassen. Die Übertragung von Daten bzw. Energie zwischen dem sich bewegenden Teil und dem stationären Teil wird mit dem Schleifkontakt hergestellt.
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1 zeigt im Querschnitt eine Anordnung mit einer Bürsteneinheit 5 zum Kontaktieren gemäß Stand der Technik. An einem ersten feststehenden Teil 1 ist ein Federträger 3 angeordnet. Der Federträger 3 ist an einem Ende ein Halteelement 4 der Bürsteneinheit 5 angebracht. In dem Haltelement 4 sind typischerweise 600–1900 einzelne faserartige Bürstenelemente 6 zur Stromübertragung dicht gebündelt angeordnet. Die Bürstenelemente 6 bestehen aus Silberdrähten. Die Bürstenelemente 6 kontaktiert eine Schleifbahn 2 eines zu dem ersten Teil 1 bewegten zweiten Teils 8. Das zweite Teil 8 bewegt sich in Richtung 7. Bei einer Computertomographieanlage ist in der Regel das die Bürsteneinheit 5 tragende Teil 1 stationär, während das zweite Teil 8 rotiert.
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In der Regel befindet sich in derartigen Bürstenanordnungen zwischen den zueinander bewegten Kontakten ein Schmiermittel. Im Laufe des Betriebs einer Gleitkontaktanordnung kommt es unvermeidlich zu einem Abrieb der Bürsten. Der Abrieb besteht aus kleinen Partikeln, die beim Gleiten bzw. Schleifen der Bürste abgeschliffen werden.
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Schmiermittel und Abrieb können sich auf die verwendeten Bürsten negativ auswirken. Beispielsweise wird die Funktionsfähigkeit von Bürsten üblicher Bürstenkontaktabnehmer mit der Zeit beeinträchtigt. Durch das Schmiermittel bzw. das Gemisch aus Abrieb und Schmiermittel wird die Elastizität der Bürsten im Laufe der Zeit verringert. Dadurch reagiert das Schleifkontaktsystem 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.
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Eine Verbesserung bietet ein Bürstenaufbau gemäß der Offenlegungsschrift
DE 10 2010 042 764 A1 . Die Druckschrift offenbart eine Bürste zur Stromübertragung an einer Gleitfläche zwischen relativ zueinander bewegten Gantryteilen einer bildgebenden medizinischen Anlage. Die Bürste umfasst Bürstenelemente, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass die Bürstenelemente die Gleitfläche zueinander beabstandet kontaktieren. D.h. sie treffen vereinzelt auf die Gleitfläche auf. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass Unebenheiten und Fehlstellen auf der Gleitfläche, beispielsweise auf einer Schleifbahn eines Schleifrings, auch bei einer hohen Gleitgeschwindigkeit der Bürste ausgeglichen werden können.
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Probleme kann der Einsatz bekannter Bürsten bei hohen Gleitgeschwindigkeiten bereiten, da die Kontaktunterbrechungen ein tolerierbares Maß überschreiten und der Verschleiß merklich zunimmt, wie eigene Erfahrungen zeigen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Bürsteneinheit und eine Anordnung mit einer Bürsteneinheit anzugeben, die auch bei hohen Gleitgeschwindigkeiten einwandfrei kontaktieren und einen minimalen Verschleiß aufweisen.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Bürsteneinheit und der Anordnung der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung beansprucht eine Bürsteneinheit zur Stromübertragung an einer Gleitfläche zwischen relativ zueinander bewegten Teilen einer medizintechnischen Anlage. Die Bürsteneinheit umfasst elektrisch leitfähige, biegefederartige Bürstenelemente, deren die Gleitfläche kontaktierbaren ersten Enden konvex gebogen sind, und ein Haltelement, in dem die zweiten Enden der Bürstenelemente eingesetzt angeordnet sind, wobei die Bürstenelemente unter einem Winkel kleiner als 90° das Haltelement verlassen. Die Erfindung bietet den Vorteil, dass sich Unebenheiten in der Gleitfläche auch bei hohen Geschwindigkeiten weniger stark auswirken und dass die Gleitrichtung gewechselt werden kann.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Bürstenelement eine Draht-Biegefeder sein. Dadurch kann das Bürstenelement mit einer gleichbleibenden Kraft auf die Geleitfläche drücken.
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Bevorzugt kann die Anzahl der Bürstenelemente zwischen 30 und 80 liegen. Dadurch kann eine Bürsteneinheit passender Größe gebaut werden.
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Des Weiteren können die Bürstenelemente in einer einzigen Reihe nebeneinander angeordnet sein. Dadurch wird der elektrische Kontakt optimiert.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann der Winkel zwischen 35° und 45° liegen. Dadurch erhalten die Bürstenelemente einen optimalen Anstellwinkel bezogen auf die Gleitfläche.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das erste Ende des Bürstenelements aus einem mit der Gleitfläche nicht legierbaren Metall gebildet sein. Dadurch kann es zu keinem „Fressen“ der Bürstenelemente mit der Gleitfläche kommen.
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Außerdem können die Bürstenelemente einen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 50 μm aufweisen.
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Die Erfindung beansprucht auch eine Anordnung zur Stromübertragung an einer Gleitfläche zwischen relativ zueinander bewegten Teilen einer medizintechnischen Anlage mit einer erfindungsgemäßen Bürsteneinheit, wobei die Bürsteneinheit die Gleitfläche derart kontaktiert, dass die Bürstenelemente gebogen werden und mit einer Druckkraft die Gleitfläche berühren. Dies bietet den Vorteil einer stabilen Kontaktierung auch bei Unebenheiten der Gleitfläche.
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In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist die Bürsteneinheit starr an einem der Teile der medizintechnischen Anlage angeordnet. Das heißt, das Haltelement ist nicht federnd gelagert.
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Bevorzugt können mehrere Bürsteneinheiten in Richtung der Relativbewegung hintereinander angeordnet sein. Dadurch wird die Unabhängigkeit von Unebenheiten der Gleitfläche weiter vergrößert.
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Die Erfindung beansprucht auch eine Computertomographieanlage mit einem feststehendem ersten Teil und einem rotierbaren zweiten Teil und mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1: einen Querschnitt einer Bürstenanordnung gemäß Stand der Technik,
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2: eine Seitenansicht einer kontaktierenden Bürsteneinheit,
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3: eine Seitenansicht einer kontaktierenden Bürsteneinheit und
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4: eine Draufsicht auf eine Bürsteneinheit.
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Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bürsteneinheit 5. Mehrere Bürstenelemente 6, angeordnet in einer Reihe senkrecht zur Zeichenebene, sind in einem Haltelement 4 fixiert und dienen zur Stromübertragung an einer Gleitfläche. Das erste Ende 11 ist so gebogen, dass die konvexe Biegung eine Gleitfläche berühren kann. Dadurch kann problemlos die Gleitrichtung gewechselt werden.
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Mit ihren zweiten Enden 12 sind die Bürstenelemente 6 in dem Haltelement 4 gefasst. Sie verlassen das Halteelement 4 unter einem Winkel α von etwa 40 °. Die Bürstenelemente 6 können bevorzugt als Draht-Biegefedern mit einem Durchmesser von etwa 50 μm ausgebildet sein. Etwa 80 Bürstenelemente 6 werden von dem Haltelement 4 aufgenommen. Zur Verbesserung der Stromübertragung können in einer Anordnung mehrere Bürsteneinheiten 5 in Gleitrichtung hintereinander angeordnet sein. Das erste Ende 11 der Bürstenelemente 6 ist mit einem mit dem Werkstoff der Gleitfläche nicht legierbaren Metall beschichtet. Dadurch wird der Verschleiß verringert, da kein „Fressen“ auftreten kann.
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3 zeigt eine Seitenansicht einer Bürsteneinheit 5 gemäß 2 in einer eine Gleitfläche 2 kontaktierenden Anordnung. Die Bürsteneinheit 5 ist über sein Haltelement 4 fest mit einem starren Teil 1 verbunden. Die Gleitfläche 2 befindet sich auf einem in Richtung 7 bewegten zweiten Teil 8. Die Bürsteneinheit 5 wird so nahe an die Gleitfläche 2 gebracht, dass seine Bürstenelemente 6 nahe dem zweiten Ende 12 um einen Radius R gebogen werden und dadurch die abgebogenen ersten Enden 11 mit einer Kraft F auf die Gleitfläche 2 drücken.
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Die biegefederartigen Bürstenelemente 6 haben durch ihre geringe träge Masse bei gleicher Kontaktkraft F je Kontakt eine wesentlich erhöhte Nachführgeschwindigkeit. Bei einer rechnerischen Stufe in der Gleitfläche 2 von 0,1 mm Höhe sinkt die kontaktlose Zeit von etwa 1,8 ms auf etwa 0,3 ms im vergleich zu bekannten Bürsten. Durch die Anordnung von mehreren Bürsteneinheiten 5 in einem Abstand hintereinander kommt es zu keinem gleichzeitigen Vorbeilaufen an Unebenheiten in der Gleitfläche 2, so dass der Einfluss von unvermeidbaren Unebenheiten sich nicht auswirkt. Durch die federartige Anordnung der Bürstenelemente 6 kann die Bürsteneinheit 5 starr im ersten Teil 1 montiert sein, weil die erforderliche Nachfederung von den Bürstenelementen 6 selbst zur Verfügung gestellt wird.
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4 zeigt eine Draufsicht auf die Bürsteneinheit 5 gemäß 2. 80 Bürstenelemente 6 sind in der Haltevorrichtung 4 gefasst. Die Bürstenelemente 6 nehmen eine Breite von etwa 4 mm in Anspruch. Das Haltelement ist etwa 6 mm breit und 10 mm hoch. Die Bürstenelemente 6 haben eine Länge von etwa 15 mm, sind in der Draufsicht aber perspektivisch verkürzt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Teil
- 2
- Schleifbahn
- 3
- Federträger
- 4
- Halteelement
- 5
- Bürsteneinheit
- 6
- Bürstenelement
- 7
- Bewegungsrichtung
- 8
- zweites Teil
- 9
- Gleitfläche
- 10
- konvexe Biegung des ersten Endes 11
- 11
- erstes Ende des Bürstenelements 6
- 12
- zweites Ende des Bürstenelements 6
- F
- Kontaktkraft des Bürstenelements 6
- R
- Krümmungsradius des Bürstenelements 6
- α
- Neigungswinkel des Bürstenelements 6
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010042764 A1 [0008]
