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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Schleifkontaktvorrichtung mit einer Parallelschwinge und mit mindestens einem an der Parallelschwinge angeordneten Schleifkontaktelement, das ausgebildet ist, an einer Gleitfläche elektrischen Strom zu übertragen. Die Erfindung betrifft außerdem eine Computertomografieanlage mit einer derartigen Schleifkontaktvorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Schleifkontaktvorrichtungen mit Bürsten zur Herstellung eines Gleitkontakts zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Einheiten sind in vielen Bereichen der Technik im Einsatz. Bürsten werden beispielsweise auch bei Computertomografieanlagen eingesetzt, die eine stationäre Einheit sowie um den Patienten rotierende Strahlenquellen und Detektoren umfassen. Die Übertragung von Daten bzw. Energie zwischen den sich bewegenden Strahlenquellen und Detektoren sowie der stationären Einheit kann mit einer Schleifkontaktvorrichtung und einem Schleifring hergestellt werden
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Eine beispielhafte Vorrichtung mit einer Bürste zur Stromübertragung an einer Gleitfläche zwischen relativ zueinander bewegten Teilen ist in der Offenlegungsschrift
DE 10 2012 211 667 A1 beschrieben. Die Vorrichtung umfasst Bürstenelemente, die zur Stromübertragung ausgebildet sind und die Gleitfläche kontaktieren.
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1 zeigt im Querschnitt eine derartige Anordnung mit einer Bürstenvorrichtung 5 zum Kontaktieren gemäß Stand der Technik. An einer ersten feststehenden Einheit 1 ist ein Federträger 3 angeordnet. Der Federträger 3 weist eine Bürstenvorrichtung 5 mit einem Halteelement 4 auf. Die Bürstenvorrichtung 5 kontaktiert eine Schleifbahn 2 eine zu der ersten Einheit 1 bewegte zweite Einheit 8. Derartige Bürstenvorrichtungen umfassen typischerweise ca. 600–1900 einzelne faserartige Bürstenelemente 6 zur Stromübertragung. Die zweite Einheit 8 bewegt sich in Richtung 7. Bei einer Computertomographieanlage (CT) ist in der Regel die die Bürstenvorrichtung 5 tragende Einheit 1 stationär, während die zweite Einheit 8 rotiert.
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Bürstenkontakte an Gleitflächen werden in Form von Grafitblöcken, als Tangentialdrähte aus elektrisch leitfähigen Filamenten und in Form von Bürsten aus elektrisch leitfähigen Filamenten, die nahezu senkrecht auf einer Schleifbahn stehen („Fiber on Tip“).
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Die Bürstenkontakte von Schleifkontaktvorrichtungen unterliegen einem Verschleiß und müssen daher regelmäßig ausgewechselt werden. Bei den oben beschriebenen Schleifkontaktvorrichtungen, wie sie beispielsweise bei Schleifringsystemen zum Einsatz kommen, ist die Anpresskraft der Bürste abhängig von der Länge der Bürste und somit von deren Verschleiß. In dem Arbeitsbereich der Bürste wäre aber eine gleichmäßige Kraft auf die Bürste wünschenswert.
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Bei den bekannten Ausführungsformen von Schleifkontaktvorrichtungen, wie Druckfederhülse mit einer Spiralfeder, Blattfeder oder Parallelschwinge mit Blattfedern, nimmt die Anpresskraft der Bürste mit der Lebensdauer und dem Verschleiß ab.
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Parallelschwingen für Schleifkontaktvorrichtungen sind beispielsweise aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2009 058 259 A1 bekannt. Zwei Blattfedern, die zumindest abschnittsweise massiv miteinander verbunden sind, bilden ein Parallelfedergelenk. Ein wesentlicher Vorteil der Parallelschwinge ist, dass der Winkel der Bürste zu einer Gleitfläche verschleißunabhängig konstant bleibt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schleifkontaktvorrichtung anzugeben, die nahezu unabhängig vom Verschleiß eine konstante Anpresskraft auf eine Gleitfläche ausübt.
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Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit der Schleifkontaktvorrichtung und der Computertomografieanlage der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die grundlegende Idee der Erfindung besteht darin, bei einer Schleifkontaktvorrichtung mit Parallelschwinge die Parallelschwinge in der Diagnale oder in der Diagonale einer Ausgangslage der Parallelschwinge mit einem Federelement, beispielsweise mit einer Zugfeder, vorzuspannen. Bei einem Abrieb der Schleifkontakte bleibt die Federkraft der schrägen Zugfeder nahezu konstant, da sich die Ausdehnung der Zugfeder in der Diagonale der Parallelschwinge sehr wenig ändert. Die resultierende Anpresskraft der Schleifkontakte auf die Gleitfläche, die im Wesentlichen durch die Federkraft der Zugfeder bestimmt werden soll, bleibt somit im Arbeitsbereich der Schleifkontakte ebenfalls nahezu konstant. Das heißt, auch bei einem Verschleiß der Bürste bleibt der Anpressdruck im Wesentlichen gleich groß.
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Die Erfindung beansprucht eine Schleifkontaktvorrichtung mit einer Parallelschwinge und mit mindestens einem an der Parallelschwinge angeordneten Schleifkontaktelement, das ausgebildet ist, an einer Gleitfläche elektrischen Strom zu übertragen. Die Vorrichtung umfasst des Weiteeren ein in der Parallelschwinge angeordnetes, vorgespanntes Federelement, beispielsweise eine Zugfeder, das mit der Parallelschwinge so zusammenwirkt, dass das Schleifkontaktelement eine gewünschte Anpresskraft auf die Gleitfläche ausübt.
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Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Anpresskraft der Schleifkontaktelemente auf eine Gleitfläche bei einem Verschleiß der Schleifkontaktelemente nahezu unverändert bleibt.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Federelement so angeordnet sein, dass im Arbeitsbereich des Schleifkontaktelements die Anpresskraft des Schleifkontaktelements auf die Gleitfläche innerhalb eines Toleranzbereichs liegt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Federelement so angeordnet sein, dass im Arbeitsbereich des Schleifkontaktelements die Anpresskraft des Schleifkontaktelements auf die Gleitfläche nahezu konstant ist bzw. bleibt.
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In bevorzugter Weise kann das Federelement eine Spiralzugfeder sein.
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Bevorzugt kann das Federelement in der Diagonale der Parallelschwinge oder in einer Ausgangslage der Parallelschwinge in der Diagonale der Parallelschwinge angeordnet sein.
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Des Weiteren kann die Vorrichtung mindestens zwei die Längsseiten der Parallelschwinge bildende Blattfedern aufweisen, in deren Diagonale das Federelement aufgespannt ist.
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In einer Weiterbildung kann die Vorrichtung mindestens zwei parallel angeordnete, längsförmige, starre, die Längsseiten der Parallelschwinge bildende Schwingeelemente aufweisen. Die Schwingeelemente ersetzen die Blattfedern. Des Weiteren kann die Vorrichtung Gelenke an den Enden der Schwingeelemente aufweisen, mit denen die Schwingeelemente an einem Ende mit einem Haltelement und am anderen Ende mit einem das Schleifkontaktelement tragende Befestigungseinheit drehbar verbunden sind, wobei das Federelement in der Diagonale der parallel angeordneten Schwingeelemente aufgespannt ist.
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Im Gegensatz zu der Blattfeder-Parallelschwinge übt diese Konstruktion keine Anpresskraft auf die Gleitfläche aus. Lediglich das Federelement ist für die Anpresskraft verantwortlich.
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In einer weiteren Ausbildung können die Schwingeelemente, das Halteelement und das Befestigungselement ein Parallelogramm bilden.
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Die Erfindung beansprucht auch eine Computertomografieanlage mit einer erfindungsgemäßen Schleifkontaktvorrichtung.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen mehrerer Ausführungsbeispiele anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
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Es zeigen:
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1: einen Querschnitt durch eine Schleifkontaktvorrichtung gemäß Stand der Technik,
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2: einen Querschnitt durch eine Schleifkontaktvorrichtung mit einer aus Blattfedern gebildeten Parallelschwinge und einer Zugfeder,
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3: ein Schaudiagramm der Anpresskraft eines Schleifkontaktelements in Abhängigkeit des Verschleißes und
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4: einen Querschnitt durch eine Schleifkontaktvorrichtung mit einer Parallelschwinge ohne Blattfedern und einer Zugfeder.
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Detaillierte Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele
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2 zeigt eine Schleifkontaktvorrichtung mit einer Parallelschwinge 10, die aus zwei Blattfedern 11 gebildet wird, die zueinander parallel angeordnet sind. Die einen Enden der Blattfedern 11 sind in einer Befestigungseinheit 14 starr eingespannt, wobei die Befestigungseinheit 14 die auf der starren ersten Einheit 1, beispielsweise auf einem feststehenden Gantryteil einer Computertomografieanlage, angebracht ist. Mit den anderen Enden sind die beiden Blattfedern 11 in einem Haltelement 4 starr eingespannt, das die Filamente enthaltende Bürste 5 als Schleifkontaktelement aufnimmt. Die Bürste 5 presst mit der Anpresskraft FA auf die in Richtung 7 bewegte Gleitfläche 9 der bewegten zweiten Einheit 8, die beispielsweise der rotierende Gantryteil der Computertomografieanlage ist.
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Erfindungsgemäß ist in der Diagonale der parallel angeordneten Blattfedern 11 ein vorgespanntes Federelement 15 eingespannt und bringt dadurch die Federkraft Fd zwischen der starren Befestigungseinheit 14 und dem beweglichen Halteelement 4 auf. Die daraus resultierende, senkrecht auf die Gleitfläche 9 wirkende Kraft ist die vorgenannte Anpresskraft FA. Das Federelement 15, beispielsweise eine Spiralzugfeder, hat eine Ausgangslänge d0 und eine aktuelle Länge d. Das Federelement 15 besitzt die Federkonstante C. Die Blattfedern 11 haben einen Auslenkwinkel α mit der Vertikalen auf die Gleitfläche 9 bzw. mit der Vertikalen des Haltelements 4. Die Auslenkung der Parallelschwinge 10 aus einer Ausgangslage/Nulllage wird mit a bezeichnet. Die Höhe der Parallelschwinge 10 ist h. Die Länge der Blattfedern 11 ist l.
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Da die durch die Blattfedern 11 gebildete, auf die Gleitfläche 9 wirkende Anpresskraft so gewählt wird, dass sie vernachlässigbar klein gegenüber der durch das Federelement 15 aufgebrachten Anpresskraft FA ist, spielt ihre Änderung bei einer Änderung der Auslenkung a der Parallelschwinge 10 keine Rolle. Die Anpresskraft FA ergibt sich wie folgt als Funktion der Auslenkung a bzw. des Auslenkwinkels α: FA = (Fd·h)/d, (1) Fd = C·(d – d0), (2) d2 = l2 + h2 – 2·l·h·cosα, (3) a = l·cosα.(4)
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Da bei einer Änderung des Auslenkwinkels α die Länge d des Federelements 15 sich nur minimal ändert, bleibt die Federkraft Fd ebenfalls nahezu konstant und auch die Anpresskraft FA. Dadurch bleibt bei einem Verschleiß der Bürste 5, der eine Vergrößerung der Auslenkung a zur Folge hat, die Anpresskraft FA fast unverändert.
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Das Federelement 15 kann alternativ auch lediglich in einer Ausgangslage der Parallelschwinge 10 in der Diagonale d der Parallelschwinge 10 liegen. Beispielsweise wird ein Ende des Federelements 15 in der Ausgangslage in der der Verlängerung der Diagonale d in der Befestigungseinheit 14 fixiert. Möglich ist auch, das Federelement 15 in einem Winkel von < 10°zur Diagonale d anzuordnen.
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In 3 sind die Zusammenhänge der Gleichungen (1) bis (4) in einem Schaubild für eine Anordnung gemäß 2 grafisch dargestellt. Die Abszisse gibt die Auslenkung a in mm an und die Ordinate gibt die Anpresskraft FA in N an. Die Länge l der Blattfeder 11 beträgt 70 mm, die Federkonstante C des Federelements 15 (Zugfeder) beträgt 0,1 N/mm. Die Ausgangslänge d0 (= entspannte Federlänge d) des Federelements 15 beträgt 35,2 mm. Die Federkonstante der Blattfedern 11 ist verschwindend klein. Mit diesen Vorgaben lässt sich die Kurve A ermitteln. Deutlich zu erkennen ist, dass die Anpresskraft FA nahezu konstant bei 0,5 N bleibt.
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Als Vergleich ist eine Kurve B dargestellt. Dabei handelt es sich um eine Parallelschwinge mit Blattfedern, die eine Federkonstante von 0,05 N/mm aufweist. Bei der Auslenkung a von Null ist die Anpresskraft FA Null, wohingegen bei der maximalen Auslenkung a von etwa 13,4 mm die Anpresskraft FA 0,67 N ist. Es ist deutlich zu erkennen, wie stark die Anpresskraft FA von der Änderung der Auslenkung a abhängt.
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4 zeigt eine weitere Schleifkontaktvorrichtung mit einer Parallelschwinge 10, die nicht aus Blattfederen, sondern stattdessen aus zwei parallelen Schwingeelementen 12 gebildet wird. Die einen Enden der Schwingelemente 12 sind mittels Gelenken 13 drehbar in einer Befestigungseinheit 14 eingespannt, die auf der starren ersten Einheit 1, beispielsweise auf dem feststehenden Gantryteil einer Computertomografieanlage, angebracht ist. Mit den anderen Enden sind die beiden Schwingeelemente 12 mittels der Gelenke 13 drehbar in einem Haltelement 4 eingespannt, das die Bürste 5 als Schleifkontaktelement aufnimmt. Die beiden Schwingeelemente 12, das Haltelement 4 und die Befestigungseinheit 14 spannen ein Parallelogramm auf. Die Schwingeelemente 12 sind beispielsweise stabförmig ausgebildet. Die Bürste 5 presst mit der Anpresskraft FA auf die in Richtung 7 bewegte Gleitfläche 9 der bewegten zweiten Einheit 8, die beispielsweise der rotierende Gantryteil der Computertomografieanlage ist.
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Erfindungsgemäß ist in der Diagonale der parallel angeordneten Schwingeelemente 12, also in der Diagonale des Parallelogramms, ein vorgespanntes Federelement 15 eingespannt und bringt die Federkraft Fd zwischen der feststehenden Befestigungseinheit 14 und dem beweglichen Halteelement 4 auf. Die daraus resultierende senkrecht auf die Gleitfläche 9 wirkende Kraft ist die vorgenannte Anpresskraft FA. Das Federelement 15 ist beispielsweise eine Spiralzugfeder. Durch die gewählte Konstruktion aus Schwingeelementen 12 und Gelenken 13 wird keine zusätzliche Anpresskraft FA auf die Gleitfläche 9 aufgebracht. Die Anpresskraft FA stammt ausschließlich von dem Federelement 15.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erstes Einheit
- 2
- Schleifbahn
- 3
- Federträger
- 4
- Halteelement
- 5
- Bürste
- 6
- Bürstenelement
- 7
- Bewegungsrichtung
- 8
- zweite Einheit
- 9
- Gleitfläche
- 10
- Parallelschwinge
- 11
- Blattfeder
- 12
- Schwingeelement
- 13
- Gelenk
- 14
- Befestigungseinheit
- 15
- Federelement
- α
- Auslenkwinkel der Parallelschwinge 10
- a
- Auslenkung der Parallelschwinge 10
- A
- Kurve der Anpresskraft FA mit Federelement 15
- B
- Kurve der Anpresskraft FA ohne Federelement 15
- C
- Federkonstante des Federelements 15
- d
- Länge des Federelements 15
- d0
- Ausgangslänge des Federelements 15
- FA
- Anpresskraft
- Fd
- Federkraft des Federelements 15
- h
- Höhe der Parallelschwinge 10
- l
- Länge der Parallelschwinge 10
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012211667 A1 [0003]
- DE 102009058259 A1 [0008]
