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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Schleifringbürsten-Anordnungen mit Verschleißanzeigen, die den Abriebzustand von Schleifring- bzw. Kollektorbürsten anzeigen. Derartige Schleifringbürsten werden bevorzugt bei Schleifringen oder Kollektoren von Motoren bzw. Generatoren eingesetzt.
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Stand der Technik
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Schleifringbürsten, auch Kohlen oder Kohlebürsten genannt, haben meist einen wesentlichen Graphitanteil sowie mögliche weitere Beimengungen aus anderen Materialien, um die Leitfähigkeit, Gleitfähigkeit und Abriebfestigkeit zu erhöhen. Eine Schleifringbürste wird typischerweise in einem Bürstenhalter, auch Köcher genannt, gehalten. Sie ist in diesem Bürstenhalter bevorzugt senkrecht zur Schleifbahn gelagert und auch in dieser Richtung beweglich. Sie wird durch eine Andruckfeder in Richtung der Schleifbahn gedrückt, um mit dieser einen möglichst niederohmigen elektrischen Kontakt herzustellen. Zur weiteren Verringerung des Kontaktwiderstandes und zur Erhöhung des übertragbaren Stromes wird parallel zur bzw. meist innerhalb der Andruckfeder eine Litze, vorzugsweise eine Kupferlitze geführt. Durch das Gleiten der Schleifringbürste auf der Schleifbahn entsteht ein geringer Abrieb. Dadurch reduziert sich die Länge der Schleifringbürste. Neue Schleifringbürsten haben eine größere Länge als verschlissene Schleifringbürsten. Hat eine Schleifringbürste eine gewisse Mindestlänge erreicht, so gilt sie als verschlissen. Ein sicherer Betrieb und insbesondere eine sichere Stromübertragung ist bei weiterem Einsatz einer verschlissenen Bürste nicht möglich. Sind die Betriebsverhältnisse, wie Betriebszeiten, Temperaturen oder auch die übertragenen Ströme bekannt, so kann die Lebensdauer einer Schleifringbürste abgeschätzt und rechtzeitig vor dem Verschleiß der Bürste ein Austausch erfolgen. Da diese Parameter häufig nicht oder nur unvollständig bekannt sind, ist es wünschenswert, eine einfache und zuverlässige Anzeige des Abriebzustands einer Schleifringbürste zu haben.
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In der
DE 102 57 623 A1 sind verschiedene Ausführungsformen von Anordnungen zur Verschleißanzeige von Schleifringbürsten offenbart. Die einfachsten Ausführungsformen sind mechanische Verschleißanzeigen. Diese sind einfach und kostengünstig herstellbar sowie gleichzeitig robust in der Ausführung. Es wird hier ein mechanisches Anzeigeelement fest mit der Schleifringbürste verbunden. Das Anzeigeelement ragt nun seitlich oder am Ende des Bürstenhalters aus diesem heraus. Die Position des Anzeigeelements ist ein Maß für den Abrieb bzw. für die Länge der noch verbleibenden Bürste. Das Anzeigeelement kann weitere Sensoren wie Magnetsensoren oder auch Schalter betätigen und so durch ein elektrisches Signal einen Status der Bürste übermitteln.
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In der
DE 199 32 024 A1 ist ein Bürstenzustandsindikator offenbart, bei dem die Bürstenandruckfeder einen Schaltkontakt betätigt, sobald der Federweg einen vorbestimmten Grenzwert überschritten hat.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Verschleißanzeige von Schleifringbürsten auszugestalten, die einfacher, robuster und zuverlässiger ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Untersuchungen beim Einsatz verschiedener Verschleißanzeigen haben ergeben, dass durch den Einsatz der Verschleißanzeige die Qualität der Schleifringbürste, ihre Stromübertragungseigenschaften und auch die Lebensdauer reduziert wird.
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Dadurch, dass eine zusätzliche Masse der Verschleißanzeige fest mit der Bürste verbunden wird, ändert sich die Gesamtmasse der Bürste. Dadurch werden die dynamischen Eigenschaften der Bürste deutlich verschlechtert. Die Bürste kann schnellen Änderungen der Oberfläche, wie sie gerade bei schnelldrehenden Vorrichtungen auftreten schlechter folgen. Dadurch ergeben sich stärkere Kontaktunterbrechungen bzw. ein höheres Kontaktrauschen. Gerade bei niederohmigen Lasten führt eine Kontaktunterbrechung regelmäßig auch zu einem kleinen Lichtbogen, der wiederum einen erhöhten Verschleiß der Schleifringbürste nach sich zieht. Ein weiteres Problem ergibt sich durch die erhöhte Reibung der Verschleißanzeige am Bürstenhalter. So muss ein Teil der Verschleißanzeige an zumindest einer Stelle den Bürstenhalter durchdringen, um von außen sichtbar zu sein. An dieser Stelle entsteht häufig eine zusätzliche Reibung, die wiederum die dynamischen Eigenschaften der Schleifringbürste verschlechtert. Je nach Ausführungsform der Verschleißanzeige kann durch die Verschleißanzeige die Lebensdauer einer Bürste um bis zu 30 % reduziert werden. Daher ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Verschleißanzeige derart auszugestalten, dass sie die dynamischen Eigenschaften der Schleifringbürste nur unwesentlich verändert und deren Lebensdauer auch nur unwesentlich verkürzt.
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Erfindungsgemäß wird der Andruck der Schleifringbürste durch wenigstens zwei Federn, bevorzugt Spiralfedern, erzeugt, zwischen denen ein Zwischenelement, bevorzugt in der Form einer Platte angeordnet ist. Ein Anzeigeelement ist Bestandteil dieses Zwischenelements oder mit diesem verbunden. Somit ist das Zwischenelement über eine erste Feder, die vorzugsweise mit einer Kontaktplatte zur elektrischen Kontaktierung verbunden ist und eine zweite Feder, die vorzugsweise mit der Schleifringbürste verbunden ist, gelagert. Dadurch ergibt sich eine mechanische Entkopplung zwischen der Schleifringbürste und dem Anzeigeelement. So ist die Schleifringbürste mit dem Anzeigeelement nun über die zweite Feder verbunden und kann sich weitgehend unabhängig von dem Anzeigeelement bewegen. Damit spielt die Masse des Anzeigeelements sowie eine Beschreibung des Anzeigeelements mit dem Gehäuse bzw. den Bürstenhalter auch nur noch eine untergeordnete Rolle. Insbesondere können durch die Dimensionierung der Federn verschiedene Eigenschaften eingestellt werden. Besitzen beispielsweise beide Federn die gleiche Federkonstante, so ergibt sich eine Halbierung des Anzeigeweges des Anzeigeelements. Wird die Federkonstante der ersten Feder weiter erhöht, so wird der Anzeigeweg des Anzeigeelement weiter verringert, aber auch die Entkopplung zwischen Anzeigeelement und Bürste verbessert, so das sich die Bürste unabhängiger von dem Anzeigeelement bewegen kann. Es können mit dieser Anordnung ebenso gute mechanische Eigenschaften und auch elektrische Kontakteigenschaften erreicht werden, wie sie eine Schleifringbürste ohne Anzeigeelement hat. Es wird auch die zuverlässig der Anordnung wesentlich verbessert. Sollte beispielsweise das Anzeigeelement beispielsweise durch Kohlestaubansammlung oder durch äußere Einflüsse in dem Gehäuse verklemmen, so kann sich die Schleifringbürste weiter bewegen.
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Besonders bevorzugt hat das Zwischenelement eine Größe derart, dass sich dieses frei innerhalb des Bürstenhalters bewegen kann. In einer alternativen Ausführungsform ist das Zwischenelement derart ausgebildet, dass es durch die Innenwände des Bürstenhalters ähnlich wie die Schleifringbürste geführt wird.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Zwischenelement eine Bohrung aufweist, durch die die Kontaktlitze hindurchgeführt ist. Besonders bevorzugt ist die Kontaktlitze mit dem Zwischenelement verbunden. Dadurch kann der Federweg der einzelnen Federn begrenzt werden und eine Überdehnung einer Feder verhindert werden. Diese Verbindung kann in der Durchführung durch das Zwischenelement erfolgen. Alternativ kann auch die Kontaktlitze zweigeteilt und jedes Teil mit dem Zwischenelement verbunden sein.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Zwischenelement eine elektrische Isolation auf, so daß ein elektrischer Stromfluss durch die Federn unterbunden wird. Hierzu kann das Zwischenelement selbst aus einem Isolationsmaterial bestehen, oder zumindest auf einer Seite eine isolierende Schicht aufweisen.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die erste Feder und die zweite Feder innerhalb des Bürstenhalters und innerhalb derselben Führung für die Bürste angeordnet. In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Feder außerhalb der Bürstenführung und die zweite Feder innerhalb der Bürstenführung angeordnet.
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Besonders vorteilhaft sind die Federn als Schraubenfedern ausgebildet. Grundsätzlich ist jedoch jede andere Form von Federn und insbesondere auch eine Kombination unterschiedlicher Federn möglich.
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Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt.
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2 zeigt eine Ausführungsform mit oben herausgeführtem Anzeigeelement.
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3 zeigt eine Ausführungsform mit seitlichem Anzeigeelement.
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In 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Schnitt dargestellt. Der Bürstenhalter 100 dient zur Aufnahme einer Schleifringbürste 150, die auf einer Schleifbahn 200 schleift. Der hier dargestellte Bürstenhalter 100 hat ein Gehäuse 120 sowie ein in dem Gehäuse angeordnetes, rechteckiges Kontaktblech 110. selbstverständlich kann dieses Kontaktblech 110 jede andere, an die Form der Bürste 150 angepasste Geometrie aufweisen. Der Bürstenhalter kann beispielsweise auch aus einem Kontaktblech alleine bestehen. Andere Ausführungsformen von Bürstenhaltern sind beispielsweise Messinghülsen mit einer Innenbohrung, die an die Bürste angepasst ist. Grundsätzlich ist es bevorzugt, wenn die mit der Bürste in mechanischem Kontakt stehenden Teile des Bürstenhalters auch elektrisch leitfähig sind, da hierdurch eine bessere Stromübertragung zur Bürste erreicht werden kann. Das Erfindungsprinzip arbeitet mit nahezu jeder Ausführungsform eines Bürstenhalters. Daher ist hier nur ein beispielhafter Bürstenhalter dargestellt.
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Zur Erzeugung der Andruckkraft an die Schleifringbürste 150 ist diese über eine zweite Feder 162 und einem Zwischenelement 160 über eine erste Feder 161 mit einer Kontaktplatte 111 verbunden. Eine typische Andruckkraft, beispielsweise für Kohlebürsten mit einem Querschnitt von 8 × 10 mm liegt in einer Größenordnung von 0,5 N bis 3 N. Bevorzugt ist die Andruckkraft bezogen auf die Bürstenfläche zwischen 0,005 N/mm2 und 0,1 N/mm2. Bei den hier dargestellten Federn handelt es sich nur beispielhafte Ausführungsformen. Selbstverständlich können diese auch andere Längen, Durchmesser und Drahtstärken aufweisen. Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Spiralfedern, obwohl auch grundsätzlich andere Federtypen geeignet sind. So ist es häufig zu beobachten, dass die Federn an der Innenwand des Bürstenhalters Anliegen. In diesem Ausführungsbeispiel dient die Kontaktplatte 111 zur Kontaktierung der Kontaktlitze 152, welche mit der Schleifringbürste 150 verbunden ist und zur Stromzuführung dient. Die Kontaktplatte 111 ist in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig das Gegenlager für die erste Feder 161. Selbst verständlich können auch die Funktionen des mechanischen Gegenlagers und der elektrischen Kontaktierung voneinander getrennt sein. An dem Zwischenelement 160 ist ein Anzeigeelement 165 angebracht. Dieses Anzeigeelement hat hier die Form eines Stiftes, der hier aus der Oberseite des Bürstenhalters herausragt. Bevorzugt trägt die Oberseite des Anzeigeelements 165 eine Farbmarkierung, sodass sie deutlich sichtbar ist. Die Länge des Stiftes könnte nun so gestaltet sein, dass dieser bei einer noch betriebsfähigen Schleifringbürste deutlich sichtbar ist, während er bei einer abgeriebenen Schleifringbürste im Inneren des Bürstenhalters bzw. zumindest unter der Kontaktplatte 111 oder einem darüber liegenden Bauelement wie dem elektrischen Anschluss 130 verschwindet. Alternativ bzw. zusätzlich könnte das Anzeigeelement 165 auch einen Sensor, beispielsweise ein Mikroschalter oder auch einen berührungslosen Sensor, wie beispielsweise einen kapazitiven oder induktiven Sensor betätigen.
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Zur Befestigung des Bürstenhalters sind hier beispielhaft Befestigungslaschen 121 dargestellt, welche mit Befestigungsschrauben 122 an einem Bürstenträger befestigt werden können. Die elektrische Kontaktierung erfolgt bevorzugt über einen elektrischen Anschluss 130, welcher beispielsweise mit wenigstens einer Schraube 131 an dem Bürstenhalter befestigt bzw. mit der Kontaktplatte 111 kontaktiert ist.
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Die dargestellte Schleifringbürste 150 zeigt noch eine konventionelle Abriebmarkierung 151, welche bei seitlicher Betrachtung unter dem Bürstenhalter erkennbar ist, sobald die Bürste ihre Abriebgrenze erreicht hat.
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Die 2 zeigt die Ausführungsform mit einem oben herausstehenden Anzeigeelement 165 entsprechend der Schnittzeichnung aus der 1.
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In der 3 ist eine weitere Ausführungsform mit einem seitlichem Anzeigeelement 170 dargestellt. Das Anzeigeelement 170 ist mit dem Zwischenelement 160 verbunden und ragt durch eine seitliche Öffnung 171 aus dem Bürstenhalter heraus. Entsprechend dem Abrieb der Bürste und der damit verbundenen Bewegung des Zwischenelements 160 kann sich das Anzeigeelement 170 in der Richtung 172 bewegen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bürstenhalter
- 110
- Kontaktblech
- 111
- Kontaktplatte
- 120
- Gehäuse
- 121
- Befestigungslasche
- 122
- Befestigungsschraube
- 130
- elektrischer Anschluss
- 131
- Schraube
- 150
- Schleifringbürste
- 151
- Abriebmarkierung
- 152
- Kontaktlitze
- 160
- Zwischenelement
- 161
- erste Feder
- 162
- zweite Feder
- 165
- Anzeigeelement
- 170
- seitliches Anzeigeelement
- 171
- seitliche Öffnung
- 172
- Bewegungsrichtung des seitlichen Anzeigeelements
- 200
- Schleifbahn
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10257623 A1 [0003]
- DE 19932024 A1 [0004]
