DE102013204426A1

DE102013204426A1 - Device for monitoring the wear of a brush of a commutation system

Info

Publication number: DE102013204426A1
Application number: DE201310204426
Authority: DE
Inventors: Jochen SPIELER; Simon Goll; Thomas Sabel; Joachim BAERMANN
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2013-03-14
Filing date: 2013-03-14
Publication date: 2014-09-18

Abstract

Eine Vorrichtung zur Verschleißüberwachung einer Bürste einer Stromübertragungseinrichtung in einer elektrischen Maschine weist eine Messeinrichtung zur Detektierung der Position eines mit der Bürste verbundenen Stromleiters auf.A device for monitoring the wear of a brush of a power transmission device in an electrical machine has a measuring device for detecting the position of a current conductor connected to the brush.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verschleißüberwachung einer Bürste eines Kommutierungssystems in einer elektrischen Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device for monitoring the wear of a brush of a commutation system in an electric machine according to the preamble of claim 1.

Stand der TechnikState of the art

Eine derartige Vorrichtung wird in der DE 197 55 232 A1 beschrieben. Über das Kommutierungssystem wird Strom auf den Anker einer elektrischen Maschine übertragen. Das Kommutierungssystem weist Bürsten in Bürstenhalterungen auf, welche über Litzen mit Strom versorgt werden und radial gegen die Mantelfläche eines mit dem Anker umlaufenden Kollektors gedrückt werden. Durch den Reibkontakt unterliegen die Bürsten einem Verschleiß, der mithilfe einer Verschleißübertragungsvorrichtung detektiert werden kann. Gemäß der DE 197 55 232 A1 besteht die Verschleißüberwachungsvorrichtung aus einem Signalgeber an der Kohlebürste, der beim Erreichen einer vorgegebenen Verschleißgrenze der Bürste gegen einen elektrischen Biegekontakt bewegt wird, der Teil eines Signalstromkreises ist. Daraufhin wird ein Signal ausgelöst, mit dem auf das Erreichen der Verschleißgrenze hingewiesen wird. Such a device is in the DE 197 55 232 A1 described. Current is transferred to the armature of an electrical machine via the commutation system. The commutation system has brushes in brush holders, which are supplied with power via strands and are pressed radially against the jacket surface of a collector rotating with the armature. Due to the frictional contact, the brushes are subject to wear, which can be detected by means of a wear transmission device. According to the DE 197 55 232 A1 the wear monitoring device consists of a signal generator on the carbon brush, which is moved on reaching a predetermined wear limit of the brush against an electrical bending contact, which is part of a signal circuit. Then a signal is triggered indicating that the wear limit has been reached.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen den Verschleiß einer Bürste einer Stromübertragungseinrichtung in einer elektrischen Maschine zu überwachen.The invention has for its object to monitor the wear of a brush of a power transmission device in an electrical machine with simple constructive measures.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.This object is achieved with the features of claim 1. The dependent claims indicate expedient developments.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zur Überwachung des Verschleißes einer Kohlebürste einer Stromübertragungseinrichtung in einer elektrischen Maschine eingesetzt. Die Bürste befindet sich in einer Bürstenhalterung an einem Gehäuse und wird durch die Kraft eines Federelementes in Radialrichtung auf die Mantelfläche eines ankerseitigen, stromführenden Bauteils der elektrischen Maschine gedrückt, über das Strom auf eine Ankerwicklung eines mit der Motorwelle umlaufenden Ankers übertragen wird. Die Stromversorgung der Bürste erfolgt über einen Stromleiter, der einenends an eine Stromquelle oder auf Masse gelegt und anderenends an die Bürste angeschlossen ist. Der Stromleiter ist beispielsweise als eine Strom leitende Litze, ein Draht oder ein Band ausgeführt. Der Stromleiter ist bevorzugt flexibel ausgeführt, wobei grundsätzlich auch steife Stromleiter in Betracht kommen. Der Stromleiter kann im Ausgangszustand beispielsweise eine U-Form einnehmen.The device according to the invention is used for monitoring the wear of a carbon brush of a power transmission device in an electrical machine. The brush is located in a brush holder on a housing and is pressed by the force of a spring element in the radial direction on the lateral surface of an armature-side, current-carrying component of the electric machine, is transmitted via the current to an armature winding of an orbiting with the motor shaft armature. The power supply to the brush via a conductor, which is at one end connected to a power source or ground and connected to the other end of the brush. The current conductor is designed, for example, as a current-conducting strand, a wire or a ribbon. The current conductor is preferably designed to be flexible, with rigid conductors in principle also being considered. The current conductor can assume a U-shape in the initial state, for example.

Bei der Stromübertragungseinrichtung handelt es sich beispielsweise um eine Kommutierungseinrichtung mit einem ankerseitigen Kollektor zur Stromübertragung und -wendung, an dessen Mantelfläche die Bürste anliegt. Der Kollektor weist Kollektorlamellen auf, die mit den Ankerwicklungen elektrisch verbunden sind. Derartige Kommutierungseinrichtungen werden bevorzugt bei Gleichstrommotoren verwendet.The current transmission device is, for example, a commutation device with an armature-side collector for current transmission and application, on the lateral surface of which the brush rests. The collector has collector fins which are electrically connected to the armature windings. Such commutation devices are preferably used in DC motors.

Die Stromübertragungseinrichtung kann auch, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, als Schleifringsystem in einer Schleifringläufermaschine ausgebildet sein. Hierbei handelt es sich um eine Drehstrom-Asynchronmaschine, die beispielsweise als Generator eingesetzt wird. Über einen ankerseitigen Schleifring, an dem die Bürste anliegt, wird Strom auf eine Ankerwicklung übertragen.The current transmission device may also, according to a further advantageous embodiment, be designed as a slip ring system in a slip ring rotor machine. This is a three-phase asynchronous machine, which is used for example as a generator. Current is transferred to an armature winding via an armature-side slip ring against which the brush rests.

Durch den Reibkontakt zwischen der Stirnseite der gehäuseseitig angeordneten Bürste und dem umlaufenden, ankerseitigen Bauteil ist die Bürste einem permanenten Verschleiß unterworfen. Um eine kritische Verschleißgrenze detektieren zu können, wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mithilfe einer Messeinrichtung die Position des mit der Bürste verbundenen Stromleiters detektiert, welcher mit der Bürste verbunden ist. Die Verschleißbewegung der Bürste in Radialrichtung auf den Kollektor zu überträgt sich auch auf den Stromleiter, der dabei bezogen auf ein aufnehmendes Gehäuse ebenfalls eine Bewegung ausführt, die mit der Verschleißbewegung der Bürste korreliert. Mithilfe der Messeinrichtung kann die Bewegung des Stromleiters detektiert und ausgewertet werden. Wenn sich der Stromleiter so weit bewegt hat, dass eine Verschleißgrenze erreicht worden ist, kann ein entsprechendes Signal erzeugt werden, das auf den Verschleiß der Bürste hinweist. Due to the frictional contact between the end face of the housing side arranged brush and the circumferential, armature-side component, the brush is subjected to permanent wear. In order to be able to detect a critical wear limit, the position of the conductor connected to the brush, which is connected to the brush, is detected in the device according to the invention by means of a measuring device. The wear movement of the brush in the radial direction on the collector to be transferred to the current conductor, which also refers to a receiving housing performs a movement that correlates with the wear movement of the brush. By means of the measuring device, the movement of the current conductor can be detected and evaluated. If the current conductor has moved so far that a wear limit has been reached, a corresponding signal can be generated which indicates the wear of the brush.

Im Unterschied zu Ausführungen aus dem Stand der Technik wird nicht unmittelbar die Bewegung der Bürste gemessen, sondern die Bewegung des mit der Bürste verbundenen der Stromleiters. Die Messeinrichtung ist somit dem Stromleiter und nicht der Bürste zugeordnet. Die Bürste bzw. die Bürstenhalterung kann frei bleiben von einer Messeinrichtung zur Verschleißerkennung. In contrast to prior art embodiments, it is not the movement of the brush that is measured directly, but the movement of the conductor connected to the brush. The measuring device is thus assigned to the current conductor and not the brush. The brush or the brush holder can remain free of a measuring device for wear detection.

Die Messeinrichtung kann grundsätzlich auf verschiedene Weisen ausgeführt sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der der Stromleiter selbst Bestandteil der Messeinrichtung, indem von dem Stromleiter ein Signal ausgeht bzw. der Stromleiter zur Signalerzeugung beiträgt, was über die Messeinrichtung erfasst und ausgewertet werden kann. So ist es beispielsweise möglich, dass der Stromleiter mit dem Erreichen einer bestimmten Position einen Mess-Stromkreis schließt, wobei der im Mess-Stromkreis fließende Strom als Signal dient bzw. zu einem Signal führt, das auf einen entsprechenden Verschleiß hinweist. Die Messeinrichtung umfasst zum Beispiel eine Kontaktfläche, entlang der sich der Stromleiter während der Verschleißbewegung der Bürste bewegt. An der Kontaktfläche befindet sich mindestens ein Kontaktpunkt, der Teil des Mess-Stromkreises ist, so dass der elektrische Mess-Stromkreis geschlossen wird, wenn der Stromleiter in Kontakt mit dem Kontaktpunkt gelangt. Im Mess-Stromkreis befindet sich bevorzugt ein hochohmiger Widerstand, um den Messstrom, welcher aus dem Erregerstrom des Stromleiters abgeführt wird, entsprechend gering zu halten.The measuring device can basically be designed in various ways. According to a preferred embodiment of the current conductor itself is part of the measuring device by a signal emanating from the current conductor or the current conductor contributes to signal generation, which can be detected and evaluated via the measuring device. So it is possible, for example, that the current conductor closes a measuring circuit when a certain position is reached, the current flowing in the measuring circuit serving as a signal or leading to a signal which indicates a corresponding wear. The measuring device comprises, for example, a contact surface along which the current conductor moves during the wear movement of the brush. There is at least one contact point on the contact surface, which is part of the measuring circuit, so that the electrical measuring circuit is closed when the conductor comes into contact with the contact point. In the measuring circuit is preferably a high-impedance resistor to keep the measuring current, which is dissipated from the excitation current of the conductor, correspondingly low.

Diese Ausführung stellt ein kontaktbehaftetes Messsystem dar, welches einen Kontakt des der Stromleiters mit einem Kontaktpunkt voraussetzt. Der Kontaktpunkt ist beispielsweise als ein Kontaktpin ausgeführt, der an der Kontaktfläche angeordnet ist und sich über die Ebene der Kontaktfläche erhebt. Bei einer Bewegung des Stromleiters gelangt dieser mit dem Erreichen einer Verschleißgrenze in Berührung mit dem Pin, wodurch der Strom-Messkreis geschlossen wird.This embodiment represents a contact-based measuring system, which requires a contact of the conductor with a contact point. The contact point is designed, for example, as a contact pin, which is arranged on the contact surface and rises above the plane of the contact surface. Upon movement of the current conductor, the latter comes into contact with the pin when a wear limit is reached, whereby the current measuring circuit is closed.

Es kann zweckmäßig sein, mehrere Kontaktpunkte, welche wie vorbeschrieben als Pin ausgeführt sein können, auf der Kontaktfläche vorzusehen, wobei jeder Kontaktpunkt einem bestimmten Verschleißzustand der Bürste entspricht. Auf diese Weise können verschiedene Verschleißzustände detektiert werden, beispielsweise im Falle von drei Kontaktpunkten einen geringen Verschleiß, einen mittleren Verschleiß und einen hohen Verschleiß, was über entsprechende Signale angezeigt werden kann. It may be expedient to provide a plurality of contact points, which may be designed as a pin as described above, on the contact surface, wherein each contact point corresponds to a specific state of wear of the brush. In this way, different wear conditions can be detected, for example, in the case of three contact points low wear, average wear and high wear, which can be displayed via appropriate signals.

Gemäß einer weiteren Ausführung ist die Messeinrichtung als kontaktloses System ausgebildet, bei dem ein Messsignal mit dem Erreichen einer Verschleißgrenze ohne körperlichen Kontakt des Stromleiters mit einem Bauteil der Messeinrichtung erzeugt wird. Da durch den Stromleiter ein Strom führt, können kapazitive oder induktive Sensoren in der Messeinrichtung zur Signalerzeugung eingesetzt werden, über die ein elektrisches Feld des Stromleiters (kapazitiver Sensor) bzw. ein magnetisches Feld des Stromleiters (induktiver Sensor) gemessen werden kann. Bei einer Bewegung des Stromleiters, ausgelöst durch die Verschleißbewegung der Bürste, ändert sich das entsprechende Feld, was über den zugeordneten Sensor registriert werden kann. Überschreitet die Feldänderung einen definierten Schwellenwert, der der Verschleißgrenze entspricht, wird ein Verschleißsignal erzeugt. In Betracht kommen auch weitere Detektionsprinzipien wie zum Beispiel eine optische Lagedetektion, beispielsweise über eine Lichtschranke, eine Kamera oder Sichtfenster.According to a further embodiment, the measuring device is designed as a contactless system in which a measuring signal is generated with the reaching of a wear limit without physical contact of the current conductor with a component of the measuring device. Since a current leads through the conductor, capacitive or inductive sensors can be used in the measuring device for signal generation, via which an electric field of the conductor (capacitive sensor) or a magnetic field of the conductor (inductive sensor) can be measured. Upon movement of the current conductor, triggered by the wear movement of the brush, the corresponding field changes, which can be registered via the associated sensor. If the field change exceeds a defined threshold, which corresponds to the wear limit, a wear signal is generated. Also suitable are other detection principles such as, for example, an optical position detection, for example via a light barrier, a camera or viewing window.

Die Messeinrichtung kann in einem Gehäuse aufgenommen sein, das auch den Stromleiter beherbergt. Bei dem Gehäuse handelt es sich entweder um das Motorgehäuse der elektrischen Maschine oder um ein separates Gehäuse, beispielsweise ein Reglergehäuse, das jedoch vorteilhafterweise mit dem Motorgehäuse verbunden ist.The measuring device can be accommodated in a housing which also accommodates the current conductor. The housing is either the motor housing of the electrical machine or a separate housing, such as a controller housing, but which is advantageously connected to the motor housing.

Im Falle mehrerer Kontaktpunkte ist es auch möglich, dass der Stromleiter an mindestens zwei Kontaktpunkten zugleich anliegt. Es ergeben sich daraus vielfältige Kombinationsmöglichkeiten, denen jeweils ein Verschleißzustand zugeordnet werden kann. So ist es beispielsweise möglich, der Position des Stromleiters ohne Kontakt zu einem Kontaktpunkt, der Position des Stromleiters mit Kontakt zu jeweils einem Kontaktpunkt und der Position des Stromleiters mit Kontakt zu zwei Kontaktpunkten in verschiedenen Kombinationen sowie gegebenenfalls einem Kontakt mit allen drei Kontaktpunkten jeweils einen Verschleißzustand zuzuordnen.In the case of multiple contact points, it is also possible that the current conductor is applied to at least two contact points at the same time. This results in a variety of possible combinations, each of which can be assigned a state of wear. So it is possible, for example, the position of the conductor without contact to a contact point, the position of the conductor with contact to each contact point and the position of the conductor with contact to two contact points in different combinations and optionally a contact with all three contact points in each case a state of wear assigned.

In Betracht kommt außerdem sowohl eine Verschleißüberwachung über einen an eine Versorgungsspannung angeschlossenen Stromleiter als auch eine Verschleißüberwachung über einen an das Massepotenzial angeschlossenen Stromleiter. Im letztgenannten Fall ist der Mess-Stromkreis an eine zusätzliche Spannungsquelle angeschlossen und wird der Stromkreis mit dem Kontakt des Stromleiters an einen Kontaktpin geschlossen.In addition, both wear monitoring via a current conductor connected to a supply voltage and also wear monitoring via a current conductor connected to the ground potential can be considered. In the latter case, the measuring circuit is connected to an additional voltage source and the circuit is closed with the contact of the conductor to a contact pin.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:

1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine im Längsschnitt, mit einem elektrischen Startermotor, dessen Ankerspulen über eine Kommutierungseinrichtung bestromt werden, 1 a starting device for an internal combustion engine in longitudinal section, with an electric starter motor whose armature coils are energized via a commutation device,

2 eine Vorrichtung zur Überwachung des Verschleißes der Bürsten des Kommutierungssystems in einer ersten Ausführung, 2 a device for monitoring the wear of the brushes of the commutation system in a first embodiment,

3 bis 5 weitere Vorrichtungen zur Verschleißüberwachung der Bürsten im Kommutierungssystem. 3 to 5 other devices for monitoring the wear of the brushes in the commutation system.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen. In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine dargestellt, die in einem Gehäuse 2, welches einen vorne liegenden Lagerschild 3 aufweist, einen elektrischen Startermotor aufnimmt. Die Motorwelle 5 des Startermotors 4 treibt über ein Planetengetriebe 6 eine Antriebswelle 11 an, auf der ein Mitnehmer 8 einer Freilaufeinrichtung 7 axial verschieblich, jedoch in Drehrichtung mit der Antriebswelle 11 gekoppelt angeordnet ist. Der Mitnehmer 8 stützt sich über Stützrollen 9 an einem Rollenbund 10 ab, der einteilig mit einem Starterritzel 12 ausgebildet ist. Bei einer axialen Vorschubbewegung gelangt das Starterritzel 12 aus einer zurückgezogenen Außerbetriebsstellung in eine vorgerückte Eingriffsstellung mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine. In 1 is a starting device 1 shown for an internal combustion engine, which in a housing 2 , which has a front bearing plate 3 has, receives an electric starter motor. The motor shaft 5 the starter motor 4 drives via a planetary gear 6 a drive shaft 11 on, on the one takeaway 8th a freewheel device 7 axial displaceable, but in the direction of rotation with the drive shaft 11 is arranged coupled. The driver 8th supports itself via support rollers 9 on a roll collar 10 off, the one-piece with a starter pinion 12 is trained. With an axial feed movement, the starter pinion arrives 12 from a retracted inoperative position in an advanced engagement position with the ring gear of an internal combustion engine.

Die axiale Vorschubbewegung des Starterritzels 12 wird mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais 13 durchgeführt, das einen axial verstellbaren Hubanker 14 aufweist, welcher mit einem Gabelhebel gekoppelt ist. Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 14 wird der am Gehäuse gelagerte Gabelhebel 15 verschwenkt, wodurch der Mitnehmer 8 einschließlich Starterritzel 12 in Achsrichtung verstellt wird.The axial feed movement of the starter pinion 12 is using an electromagnetic starter relay 13 performed, which is an axially adjustable lifting armature 14 which is coupled to a fork lever. In an axial adjusting movement of the lifting armature 14 is the fork lever mounted on the housing 15 pivoted, causing the driver 8th including starter pinion 12 is adjusted in the axial direction.

Der elektrische Startermotor 4 ist als Innenläufermotor ausgebildet und weist einen drehfest mit der Motorwelle 5 verbundenen Anker 16 auf, welcher elektrisch erregbare Ankerspulen enthält. Die Spulen im Anker 16 werden über eine Kommutierungseinrichtung 17 bestromt. Das von den elektrischen Ankerspulen erzeugte elektromagnetische Feld interagiert mit dem Magnetfeld von Permanentmagneten 18, die an der Innenseite des den Anker umgreifenden Stators angeordnet sind.The electric starter motor 4 is designed as an internal rotor motor and has a rotationally fixed to the motor shaft 5 connected anchors 16 on, which contains electrically excitable armature coils. The coils in the anchor 16 be via a commutation device 17 energized. The electromagnetic field generated by the electrical armature coils interacts with the magnetic field of permanent magnets 18 which are arranged on the inside of the armature embracing the stator.

Die Kommutierungseinrichtung 17 weist mehrere Feder-Bürste-Einheiten 19 auf, die jeweils gehäuseseitig eine Kohlebürste 20 und eine Bürstenfeder 21 umfassen, sowie einen ankerseitigen Kollektor 22. Die Kohlebürsten 20 werden von den Bürstenfedern 21 radial gegen die Mantelfläche des Kollektors 22 kraftbeaufschlagt. Kohlebürsten 20 und Bürstenfedern 21 sind zweckmäßigerweise in Bürstenhalterungen aufgenommen, die fest mit dem Gehäuse des Startermotors verbunden sind. Über den Umfang gleichmäßig verteilt sind insgesamt sechs Feder-Bürste-Einheiten 19 vorgesehen.The commutation device 17 has several spring-brush units 19 on each of the housing side a carbon brush 20 and a brush spring 21 include, as well as an armature-side collector 22 , The carbon brushes 20 be from the brush springs 21 radially against the lateral surface of the collector 22 with force. carbon brushes 20 and brush springs 21 are suitably accommodated in brush holders, which are firmly connected to the housing of the starter motor. A total of six spring-brush units are evenly distributed over the circumference 19 intended.

In 2 ist eine Messeinrichtung 23 als Bestandteil einer Vorrichtung zur Verschleißüberwachung der Bürste 20 der Kommutierungseinrichtung 17 dargestellt. Aufgrund des Schleifkontaktes zwischen der Kohlebürste 20 und der Mantelfläche des Kollektors ist die Kohlebürste einem Verschleiß unterworfen. In 2 is a measuring device 23 as part of a device for monitoring the wear of the brush 20 the commutation device 17 shown. Due to the sliding contact between the carbon brush 20 and the lateral surface of the collector, the carbon brush is subject to wear.

Mithilfe der Vorrichtung zur Verschleißüberwachung kann das Erreichen einer kritischen Verschleißgrenze detektiert werden. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist die Messeinrichtung 23 als kontaktbehaftetes System ausgeführt, bei dem die Position eines Stromleiters, beispielsweise einer Strom leitenden Litze 24, welche mit der Bürste 20 verbunden ist, anhand eines Kontaktpins P detektiert wird. Über die Litze 24 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 2 die Kohlebürste 20 an eine Versorgungsspannung DF+ angeschlossen. Der Kontaktpin P bildet einen Kontaktpunkt in einem Mess-Stromkreis der Messeinrichtung 23, wobei in dem Mess-Stromkreis ein erster und zweiter Widerstand R₁ bzw. R₂ gegenüber dem Massepotenzial G in Reihe geschaltet sind und eine Messspannung U zwischen den Widerständen R₁, R₂ abgegriffen wird. With the device for monitoring wear, the achievement of a critical wear limit can be detected. In the embodiment according to 2 is the measuring device 23 designed as a contact-type system, wherein the position of a conductor, such as a current-conducting strand 24 which with the brush 20 is detected, is detected by a contact pin P. Over the strand 24 is in the embodiment according to 2 the carbon brush 20 connected to a supply voltage DF +. The contact pin P forms a contact point in a measuring circuit of the measuring device 23 , wherein in the measuring circuit, a first and second resistor R ₁ and R ₂ are connected in series with respect to the ground potential G and a measuring voltage U between the resistors R ₁ , R _{2 is} tapped.

Die Litze 24 verändert ihre Position, sobald die Bürste 20 aufgrund Verschleißes ihre Relativposition in der Bürstenhalterung verändert. Mit zunehmendem Verschleiß wird die Bürste 20 durch die Kraft des auf sie wirkenden Federelementes radial in Richtung auf den Kollektor gedrückt. Hierdurch ändert sich auch die Lage der Litze 24 im aufnehmenden Gehäuse.The strand 24 changes position as soon as the brush 20 due to wear changed their relative position in the brush holder. With increasing wear becomes the brush 20 pressed radially in the direction of the collector by the force of the spring element acting on it. This also changes the position of the strand 24 in the receiving housing.

In 2 ist die Ausgangsposition der Litze 24 im Fall einer unverschleißten Bürste 20 mit durchgehendem Strich dargestellt. Sobald die Litze 24 ihre Position durch Verschleiß der Bürste so weit verändert hat, dass gemäß der strichlierten Linie die Litze 24 in Kontakt mit dem Kontaktpin P gelangt, ist die Litze 24 Bestandteil des Mess-Stromkreises 25, woraufhin die Messspannung U einen von null unterschiedlichen Wert einnimmt und dementsprechend ein Messsignal entsteht, das auf das Erreichen der Verschleißgrenze hinweist.In 2 is the starting position of the strand 24 in the case of an untapped brush 20 shown with a solid line. Once the strand 24 their position has changed so far due to wear of the brush, that according to the broken line the stranded wire 24 comes in contact with the contact pin P is the stranded wire 24 Part of the measuring circuit 25 , whereupon the measurement voltage U assumes a value which is different from zero and accordingly a measurement signal is produced which indicates the reaching of the wear limit.

Die in 3 dargestellte Vorrichtung zur Verschleißüberwachung ist grundsätzlich gleich wie diejenige in 2 aufgebaut. Allerdings umfasst die Vorrichtung zur Verschleißüberwachung gemäß 3 insgesamt drei Kontaktpins P₁, P₂ und P₃, wodurch das Erkennen abgestufter Verschleißgrenzen möglich ist. Jeder Kontaktpin P₁, P₂, P₃ liegt in einem Mess-Stromkreis 25, der über in Reihe geschaltete Widerstände R₁, R₂ mit dem Massepotenzial G verbunden ist. Die Messspannungen U₁, U₂ bzw. U₃ werden zwischen den Widerständen R₁ und R₂ abgegriffen. Die Kontaktpins P₁, P₂, P₃ befinden sich an unterschiedlichen Positionen im Gehäuse, in welchem die Litze 24 aufgenommen ist, so dass je nach Verschleißzustand der Bürste 20 die Litze 24 in Kontakt mit verschiedenen Pins gelangt. In dem mit durchgezogener Linie dargestellten Ausgangszustand berührt die Litze 24 die Kontaktpins P₁ und P₂, nicht jedoch den Kontaktpin P₃, so dass die ersten beiden Kontaktpins P₁, P₂ jeweils eine Messspannung U₁, U₂ liefern, nicht jedoch der dritte Messkreis mit dem Kontaktpin P₃. Im Ausgangszustand liegt kein Bürstenverschleiß vor. In the 3 shown device for monitoring wear is basically the same as that in 2 built up. However, the device for wear monitoring according to 3 a total of three contact pins P ₁ , P ₂ and P ₃ , whereby the detection of graded wear limits is possible. Each contact pin P ₁ , P ₂ , P ₃ is located in a measuring circuit 25 which is connected to the ground potential G via series connected resistors R ₁ , R ₂ . The measuring voltages U ₁ , U ₂ and U ₃ are tapped between the resistors R ₁ and R ₂ . The contact pins P ₁ , P ₂ , P ₃ are located at different positions in the housing, in which the strand 24 is absorbed, so that depending on the state of wear of the brush 20 the strand 24 got in contact with different pins. In the initial state indicated by a solid line, the strand touches 24 the contact pins P ₁ and P ₂ , but not the contact pin P ₃ , so that the first two contact pins P ₁ , P ₂ each provide a measuring voltage U ₁ , U ₂ , but not the third measuring circuit with the contact pin P _3rd In the initial state there is no brush wear.

Mit gestrichelter Linie ist ein hoher Verschleiß dargestellt (diese Situation entspricht derjenigen aus 2), in der die Litze 24 nur in Kontakt mit dem dritten Kontaktpin P₃, nicht jedoch mit den ersten beiden Kontaktpins P₁ und P₂ steht. Dementsprechend liefern die ersten beiden Messkreise 25 keine Messspannung, wohingegen der dritte Messkreis eine Messspannung U₃ liefert. A dashed line shows a high degree of wear (this situation corresponds to that of 2 ), in which the strand 24 only in contact with the third contact pin P ₃ , but not with the first two contact pins P ₁ and P ₂ . Accordingly, the first two measuring circuits deliver 25 none Measuring voltage, whereas the third measuring circuit supplies a measuring voltage U ₃ .

Des Weiteren können noch ein oder mehrere Zwischenzustände mit geringerem bzw. mittlerem Verschleiß detektiert werden, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die Litze 24 beispielsweise nur in Kontakt mit dem zweiten Kontaktpin P₂ steht, nicht jedoch mit den Kontaktpins P₁ und P₃. Möglich ist auch eine Situation, in der die Litze 24 gleichzeitig in Kontakt mit den Pins P₁ und P₃ oder P₂ und P₃ steht.Furthermore, one or more intermediate states with lower or medium wear can be detected, which are characterized in that the strand 24 for example, is only in contact with the second contact pin P ₂ , but not with the contact pins P ₁ and P ₃ . Also possible is a situation in which the stranded wire 24 simultaneously in contact with the pins P ₁ and P ₃ or P ₂ and P ₃ stands.

Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 weist die Messeinrichtung 23 ebenfalls drei Mess-Stromkreise 25 mit jeweils zwei in Reihe geschaltete Widerstände R₁, R₂ auf, zwischen denen die Messspannung U₁, U₂ bzw. U₃ abgegriffen wird. Die Litze 24 ist jedoch anders als in den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3 nicht mit der Versorgungsspannung DF+ verbunden, sondern liegt auf Masse G. Die Mess-Stromkreise 25 der Messeinrichtung 23 sind mit einem Spannungspotenzial B+ verbunden.In the embodiment according to 4 indicates the measuring device 23 also three measuring circuits 25 each with two series-connected resistors R ₁ , R ₂ , between which the measuring voltage U ₁ , U ₂ and U _{3 is} tapped. The strand 24 However, is different than in the embodiments according to the 2 and 3 not connected to the supply voltage DF +, but is connected to ground G. The measuring circuits 25 the measuring device 23 are connected to a voltage potential B +.

Die Verschleißdetektion verläuft analog zum Ausführungsbeispiel gemäß 3. Auch in 4 liegt die Litze 24 im unverschleißten Ausgangszustand an den beiden Kontaktpins P und P₂ an, nicht jedoch am dritten Pin P₃. Bei einem mittleren Verschleiß steht die Litze 24 nur in Kontakt mit dem zweiten Kontaktpin P₂, nicht jedoch mit den weiteren Kontaktpins P₁ und P₃, so dass nur eine Messspannung U₂ anfällt. Bei hohem Verschleiß steht die Litze 24, wie mit strichlierter Linie dargestellt, in Kontakt mit dem dritten Pin P₃, nicht jedoch mit den ersten beiden Pins P₁ und P₂, so dass eine Messspannung U₃ anliegt. The wear detection is analogous to the embodiment according to 3 , Also in 4 is the strand 24 in the unabridged initial state at the two contact pins P and P ₂ , but not at the third pin P _3rd At medium wear is the strand 24 only in contact with the second contact pin P ₂ , but not with the other contact pins P ₁ and P ₃ , so that only one measurement voltage U ₂ is obtained. At high wear is the strand 24 , as shown by a dashed line, in contact with the third pin P ₃ , but not with the first two pins P ₁ and P ₂ , so that a measuring voltage U ₃ is applied.

Auch das Ausführungsbeispiel gemäß 5 entspricht im Wesentlichen demjenigen gemäß 3; ebenso wie in 3 ist die Litze 24 an das Versorgungspotenzial DF+ angeschlossen. Die Mess-Stromkreise 25 sind jedoch nicht auf Masse gelegt, sondern liegen an einem zusätzlichen Spannungspotenzial B+ an. Hierdurch ändert sich im Falle eines geschlossenen Mess-Stromkreises 25 gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 die Messspannung U₁, U₂ bzw. U₃.Also, the embodiment according to 5 corresponds essentially to that according to 3 ; as well as in 3 is the strand 24 connected to the supply potential DF +. The measuring circuits 25 However, they are not grounded, but are connected to an additional voltage potential B +. This changes in the case of a closed measuring circuit 25 compared to the embodiment according to 3 the measuring voltage U ₁ , U ₂ and U ₃ .

Die Anzahl der Mess-Stromkreise 25 bestimmt die Anzahl der Messstellen, welche jeweils einem Verschleißzustand zugeordnet werden kann. Die Messeinrichtung muss zumindest einen Mess-Stromkreis mit einem Kontaktpin umfassen, welcher mit dem Erreichen einer Verschleißgrenze von der Litze kontaktiert wird, so dass der Mess-Stromkreis geschlossen wird. Grundsätzlich möglich sind aber auch zwei Mess-Stromkreise oder wie in den 3 bis 5 dargestellt drei Mess-Stromkreise oder gegebenenfalls eine noch größere Anzahl an Mess-Stromkreisen.The number of measuring circuits 25 determines the number of measuring points, which can each be assigned to a state of wear. The measuring device must comprise at least one measuring circuit with a contact pin, which is contacted with reaching a wear limit of the strand, so that the measuring circuit is closed. Basically, however, are also two measuring circuits or as in the 3 to 5 illustrated three measuring circuits or possibly an even larger number of measuring circuits.

Die Widerstände in den Mess-Stromkreisen werden vorteilhafterweise groß gewählt, damit der Erregerstrom, welcher über die Litze zur Bürste geführt wird, möglichst wenig reduziert wird. The resistors in the measuring circuits are advantageously chosen to be large, so that the exciting current, which is guided over the strand to the brush, is reduced as little as possible.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19755232 A1 [0002, 0002]

Claims

Device for monitoring the wear of a brush of a power transmission device ( 17 ) in an electric machine, in which the wear of the brush can be determined as a function of the position of the brush in a brush holder, characterized in that a measuring device ( 23 ) for detecting the position of a conductor connected to the brush ( 24 ) is arranged in the device.

Device according to claim 1, characterized in that the current conductor ( 24 ) Part of the measuring device ( 23 ).

Apparatus according to claim 2, characterized in that the measuring device ( 23 ) comprises a contact surface along which the current conductor ( 24 ), wherein at least one contact point on the contact surface, an electrical circuit between the conductor ( 24 ) and the contact surface is closed.

Apparatus according to claim 3, characterized in that a plurality of electrically conductive contact points are arranged on the contact surface.

Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the measuring device ( 23 ) comprises a sensor via which one of the conductor ( 24 ) is measurable electric or magnetic field generated.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the sensor is designed as a capacitive sensor and an electric field of the conductor ( 24 ) measures.

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the sensor is designed as an inductive sensor and a magnetic field of the conductor ( 24 ) measures.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measuring device ( 23 ) in a housing ( 2 ), which also contains the current conductor ( 24 ).

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the current transmission device as a commutation device ( 17 ) is trained.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the current transmission device is designed as a slip ring system in a slip ring rotor machine.

Power transmission device ( 17 ) with a device for monitoring the wear of a brush according to one of claims 1 to 10.

Electric machine with a commutation device ( 17 ) according to claim 11.