DE10350969B4 - Vorrichtung zur Messung mechanischer Weglängen mittels Luftdruck bei Schleifkohlen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Ermittlung der Abrieblänge von Schleifkontakt-Bürsten, die in je einem Kohlehalter aufgenommen sind
dadurch gekennzeichnet, dass
– eine Pumpe zur Erzeugung eines wechselnden Luftdrucks vorgesehen ist, und
– der Kohlenhalter in der unmittelbaren Nähe einer Bürste eine Düse aufweist, so daß sich dem Luftstrom durch die Düse ein positionsabhängiger Widerstand entgegensetzt, und
– daß die Pumpe und die Düse miteinander durch eine Druckluftleitung verbunden sind, und
– daß die Vorrichtung eine elektronische Auswerteeinheit zur Ermittlung der Abrieblänge aus einer Messung der Stromaufnahme und/oder des Energieverbrauchs der Pumpe umfasst.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung der Abrieblänge von Schleifkontakt-Bürsten.
• Stand der Technik
• Bei mechanischen Schleifringen, welche mit Kohlen oder anderen Bürsten kontaktiert werden, stellt sich häufig das Problem einen fortgeschrittenen Abrieb der Bürste zu erkennen. Besonders wichtig ist hier eine gute Isolation zwischen dem Sensor und der Bürste, da die Bürste meist unter hoher Spannung steht. Diese Isolatonsstrecke muss auch nach langer Betriebsdauer und damit einhergehender intensiver Verschmutzung durch den Abrieb der Bürste, welche einen Überzug aus zumindest schwach leitfähigem Material verursacht, noch die einschlägigen Sicherheitsanforderungen erfüllen. Daher werden an diese Isolation besonders hohe Anforderungen gestellt. Neben den bekannten mechanischen Schaltern beziehungsweise Kontakten zur Bürstenlängenerkennung sind auch optische Verfahren bekannt. Diese zeichnen sich zwar durch eine hohe Isolation, aber gleichzeitig auch durch hohe Kosten aus.
• Druckschrift 1 ( DE 41 12 050 ) beschreibt eine Vorrichtung zur kontaktfreien Längenmessung mittels eines oszillierenden Luftstroms. Die Membran eines Lautsprechers wird mittels einer Betätigungsspule derart versorgt, dass sie Schwingungen einer bestimmten Frequenz und Amplitude erzeugt. Dadurch entsteht ein Wechselstromfluss von Gas in einem Gasrohr. Zur Messung des Wechselstromflusses ist in dem Gasrohr ein Heißdrahtanemometer vorgesehen. Das Gasrohr endet in einer Sensoröffnung, welche in einem geringen Abstand über einer Oberfläche angeordnet ist, so dass sich dort ein Spalt ausbildet. Der Gasfluss verursacht eine Widerstandsänderung an dem Hitzdraht des Heißdrahtanemometers, welche proportional zur Blockierung des Sensoröffnung ist. Somit kann aus der Widerstandsänderung die Breite des Spaltes ermittelt werden.
• Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, unter Aufrechterhaltung einer hohen elektrischen Isolation mit einfachem Aufwand eine Weg- bzw. Längenmessung von Schleifkontaktbürsten zu realisieren.
• Die Aufgabe wird mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.
• Erfindungsgemäß erfolgt eine berührungslose Weg- beziehungsweise Abstandsmessung mittels eines pulsierenden Luftstroms. Die Erfindung wird anhand der 1 erläutert. Eine Pumpe 2, welche vorzugsweise von einem Elektromotor, oder einer anderen Kraftquelle angetrieben wird, erzeugt einen pulsierenden Luftdruck. Selbstverständlich kann anstelle von Luft jedes andere geeignete Gas, wie beispielsweise Stickstoff oder ein beson ders hoch isolierendes Edelgas verwendet werden. Pumpen zur Erzeugung der Luftdruckänderungen können Kolbenpumpen, Membranpumpen, insbesondere mit einer Piezomembran oder auch andere bekannte Pumpen sein. Wesentlich für die Erfindung ist es, dass die Pumpe an ihrem Ausgang einen definierten schwankenden Luftdruck erzeugt (2). Dieser kann wahlweise positiv in einer Richtung, wie beispielweise von +100mBar bis +200mBar oder auch in zwei Richtungen, wie beispielsweise von -100mBar bis +100mBar erzeugt werden. Die absolute Höhe des Luftdrucks, ob im Bereich von nur einigen mBar oder einigen Bar, wird bestimmt durch die Auslegung des übrigen pneumatischen Systems. Dieses schwankende Luftdrucksignal wird nun mittels einer Druckluftleitung 3 zu dem zu untersuchenden Objekt 1 geleitet. In unmittelbarer Nähe des Objektes ist vorzugsweise eine Messdüse 4 angebracht. Aus dieser strömt nun im Falle eines positiven Luftdruckes die Luft in Richtung des Messobjektes beziehungsweise bei negativem Luftdruck zurück. Entsprechend dem Abstand zwischen Düse und Messobjekt, stellt sich dem Luftstrom ein bestimmter Widerstand entgegen. Der Staudruck am Luftleitungsende ist eine Funktion des Weges (s) der Kohle. Daraus resultieren abstandsabhängige Strömungsgeschwindigkeiten beziehungsweise entsprechende Druckabfälle in der Druckluftleitung. Diese können nun beispielsweise mittels eines Drucksensors 9 oder eines Strömungssensors ermittelt werden. Besonders einfach ist, wie in 1 dargestellt, der Einsatz eines T-Stücks 8, um einen Druckluftsensor an die Druckluftleitung anzuschließen. Das Signal eines solchen Sensors kann nun weiter durch eine entsprechende Verstärkerschaltung 6 beziehungsweise Auswerteschaltung 7 verstärkt und weiter ausgewertet werden. Bevorzugterweise wird zur Auswertung nur die Differenz zwischen minimalem und maximalem Luftdruck (3) beziehungsweise zwischen minimaler und maximaler Strömungsgeschwindigkeit der Schwankungen herangezogen. Damit ist ein wechselspannungsgekoppelter Verstärker beziehungsweise eine wechselspannungsgekoppelte Auswerteschaltung einsetzbar. Diese hat den Vorteil, dass nun langsame Druck- beziehungsweise Strömungsschwankungen, wie sie beispielsweise durch Änderung des umgebenden Luftdrucks verursacht werden, keine Auswirkung mehr auf das Messergebnis haben. Um eine besonders genaue Messung zu ermöglichen, ist wenigstens ein weiterer Druck- beziehungsweise Strömungssensors vorgesehen, welcher an einer Stelle näher an der Pumpe als der zuvor beschriebene Abgriff angeordnet ist. Durch Auswertung der Differenzsignale zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor kann nun der strömungsbedingte Druckabfall in der Druckluftleitung gemessen werden. Damit ist eine Messung der Verhältnisse des Druckabfalls in der Druckleitung zum Druckabfall an der Düse möglich. Dadurch ist die Messung unabhängig von Druckschwankungen beziehungsweise Druckänderungen der Pumpe möglich. Anstelle eines T-Stücks kann auch eine zweite Düse, die mit dem Sensor verbunden ist, eingesetzt werden.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Regelkreis vorgesehen, welcher das Signal des näher an der Pumpe angebrachten Drucksensors dazu verwendet, ein entsprechendes Korrektursignal für die Pumpe zu erzeu gen, so dass diese Pumpe Drucksignale mit konstanter Druckdifferenz erzeugt.
• Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Messung durch Ermittlung der Energieaufnahme der Pumpe vor. Wird beispielsweise die Pumpe als eine durch elektrische Signale bewegbare Piezomembran ausgestaltet, welche sogar idealerweise in eine Bürstenhalterung für Kohlebürsten integriert werden kann, so ist die Stromaufnahme der Piezomembran ein Maß für den Strömungswiderstand, welcher aufgrund der unterschiedlichen Kohlelängen an die Düse entgegengesetzt wird und kann somit direkt zur Auswertung herangezogen werden.
• Um nun wie in 1 dargestellt ein Messsignal, welches positionsabhängig (Position S) ist, zu erzeugen, wird die Kohle vorzugsweise nach hinten angeschrägt, so dass bei zunehmenden Abrieb der Abstand zum Rand des Kohlehalters größer wird. Alternativ hierzu kann die Düse statt seitlich auch in Längsrichtung angeordnet werden. Ebenso wäre auch eine Kodierung der Länge durch unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten des zu untersuchenden Objektes beziehungsweise der Kohle möglich. So kann beispielsweise zum Ende der Kohle hin die Oberflächenrauhigkeit gegenüber der Anfangsposition vergrößert werden. Der durch die veränderte Oberflächenrauhigkeit veränderte Oberflächenwiderstand kann nun auch zur Längenerkennung herangezogen werden. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise auch zur Ermittlung des Rundlaufs von Schleifbahnen eingesetzt werden.
• Anstelle einer Pumpe kann zur Erzeugung jede andere Vorrichtung zur Erzeugung von Druckschwankungen, wie beispielsweise ein Druckbehälter mit nachgeschalteten Ventilen eingesetzt werden.
• Durch Auswertung der Druckluft-Wechselsignale können nun verschiedene Rückschlüsse gezogen werden. Dies sind beispielsweise Rückschlüsse auf den Abstand zwischen Düse und Messobjekt, so wie daraus folgend geometrieabhängig Rückschlüsse auf die Länge einer noch verbliebenen Kontaktbürste. Ebenso kann auch auf die Oberflächenbeschaffenheit in allgemeiner Form geschlossen werden.
• 2 zeigt den zeitlichen Verlauf des Druckes in der Druckluftleitung 3, der zwischen einem unteren Wert p1 und einem oberen Wert p2 schwankt.
• 3 zeigt den zeitlichen Verlauf des Druckes in der Druckluftleitung 9, der zwischen einem unteren Wert p1' und einem oberen Wert p2' schwankt.

1

Schleifkontakt-Bürste

2

Pumpe

3

Druckluftleitung

4

Düse

5

Drucksensor

6

Messverstärker

7

Auswerteschaltung

8

Druckluft-T-Stück

9

Druckluftleitung

10

Elektrische Versorgung

11

Ansaugung von Raumluft

12

Elektrisches Signal

13

Kohlehalter

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Ermittlung der Abrieblänge von Schleifkontakt-Bürsten, die in je einem Kohlehalter aufgenommen sind dadurch gekennzeichnet, dass – eine Pumpe zur Erzeugung eines wechselnden Luftdrucks vorgesehen ist, und – der Kohlenhalter in der unmittelbaren Nähe einer Bürste eine Düse aufweist, so daß sich dem Luftstrom durch die Düse ein positionsabhängiger Widerstand entgegensetzt, und – daß die Pumpe und die Düse miteinander durch eine Druckluftleitung verbunden sind, und – daß die Vorrichtung eine elektronische Auswerteeinheit zur Ermittlung der Abrieblänge aus einer Messung der Stromaufnahme und/oder des Energieverbrauchs der Pumpe umfasst.
2. Vorrichtung zur Ermittlung der Abrieblänge von Schleifkontakt-Bürsten, die in je einem Kohlehalter aufgenommen sind dadurch gekennzeichnet, dass – eine Pumpe zur Erzeugung eines wechselnden Luftdrucks vorgesehen ist, und – der Kohlenhalter in der unmittelbaren Nähe einer Bürste eine Düse aufweist, so daß sich dem Luftstrom durch die Düse ein positionsabhängiger Widerstand entgegensetzt, und – daß die Pumpe und die Düse miteinander durch eine Druckluftleitung verbunden sind, – die Vorrichtung mindestens einen Druckluftsensor und/oder Strömungssensor enthält, welcher Druck-, bzw. Strömungsänderungen in der Druckluftleitung und/oder der Düse ermittelt und ein Signal an eine Auswerteeinheit zur Ermittlung der Abrieblänge übermittelt.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Bürste an mindestens einer Seite, welche der Düse zugewandt ist, angeschrägt ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass eine Bürste an mindestens einer Seite, welche der Düse zugewandt ist, eine Codierung in der Oberflächenbeschaffenheit, beispielsweise einen Gradienten der Rauhigkeit, aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet daß, die Pumpe ein beliebiges Mittel zur Erzeugung eines wechselnden Luftdrucks sein kann, wie beispielsweise Kolbenpumpen, Membranpumpen, insbesondere mit einer Piezomembran oder aber auch ein Druckbehälter mit nachgeschalteten Ventilen sein kann.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet daß, die Auswerteeinheit die Amplitudenwerte der Schwankungen des Luftdrucks, und vorzugsweise die Differenz zwischen minimalem und maximalem Luftdruck auswertet.