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Schleifringbürstenübertrager für Meßzwecke Die Übertragung von geringen
Strömen und Spannungen zu Meßzwecken bei relativ zueinander beweglichen Kontaktträgern
ist insofern ein Problem als daß die Übergangswiderstände an den Kontaktstellen
im allgemeinen Größenordnungen erreichen, die die zu übertragenden Werte erheblich
verfälschen.
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Es kommt hinzu, daß die Übergangswiderstände nicht konstant bleiben
und somit übertragene Meßwerte vortäuschen. Besonders bei schneller, vorzugsweise
rotierender Bewegung des einen Kontaktträgers treten Unzuträglichkeiten auf, die
mit den bisher bekannten einfachen Schleifringbürstenübertragern nicht zu beseitigen
waren.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifringhürstenübertrager
für zu Meßzwecken bzw. Meßwertübertragungen vorgesehene geringe Ströme und Spannungen,
bei dem sich mindestens der eine Kontaktträger, z. B. der Schleifring, schnell,
vorzugsweise rotierend, bewegt mit einer sich an einem unter Federdruck stehenden
Halteglied ganz oder teilweise über ihren Rand abstützenden Blattfeder.
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Derartige Schleifringbürstenübertrager für Motorantriebszwecke sind
bekannt. Eine Übertragung von für zu Meßzwecken geeigneten geringen Strömen und
Spannungen ist jedoch mit dem bekannten Motorschleifringbürstenübertrager nicht
ohne weiteres möglich, da es bei dieser Art der Übertragung auf die größte Konstanz
der Kontaktwiderstände ankommt, die bei den Motorbürstenschleifringen nicht gewährleistet
ist.
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Die Erfindung beseitigt die erwähnten Nachteile bei Schleifringbürstenübertragern
dadurch, daß zwischen dem Halteglied und der Blattfeder angeordnetes Dämpfungsmaterial
vorgesehen und eine an der Blattfeder befestigte U-förmige Bürste, deren Drahtborsten
mit ihren Spitzen den Schleifring berühren, angeordnet ist.
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Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar.
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Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht, Fig. 2 eine Einzelheit
der Abnahmebürste, Fig. 3 eine schematisierte Wirkungsdarstellung.
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Die Bürste besteht immer aus einem massebehafteten Metallteil, das
mit einer Feder angedrückt wird.
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Sie stellt also ein schwingungsfähiges Gebilde mit einer bestimmten
Resonanzfrequenz dar. Diese Erkenntnis bildet die Grundlage der Erfindung. Die Bürste
wird die Bewegungen, die durch die Unebenheit des Schleifringes bedingt sind, mitmachen,
sofern sie unterhalb ihrer eigenen Resonanzfrequenz liegen.
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Im Bereich oberhalb ihrer Resonanz kann sie der Unebenheit nicht mehr
folgen und verliert daher zeitweise die Berührung mit dem Schleifring.
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Für das Verhalten der Bürste in der Nähe ihrer Resonanzfrequenz ist
ihre Dämpfung entscheidend.
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Ein völlig ungedämpftes System wird von Unebenheiten zu Eigenschwingungen
angeregt. Im wesentlichen führt die ungedämpfte Bürste sogenannte Prellungen aus,
das sind nichtlineare Schwingungen, da die Federkonstante im Zustand des Berührens
sehr viel größer ist als im Zustand des Nichtberührens.
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Charakteristisch für diese Prellungen ist, daß das Zeitverhältnis
zwischen Berühren und Nichtberühren mit zunehmender Amplitude immer ungünstiger
wird.
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Es wurde nun gefunden, daß für die einwandfreie Funktion eines Schleifringbürstenübertragers
eine entsprechende Dämpfung der Bürste unerläßlich ist.
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Gemäß Fig. list 1 ein als Haltebügel ausgebildetes Halteglied aus
Stahlblech. An diesem ist eine verhältnismäßig weiche Blattfeder 2 aus Bruchteilen
von Millimeter starkem Phosphorbronzeblech an den Enden befestigt. Die Blattfeder
2 kann sich bei einem kreisförmigen Halteglied auch mit ihrem ganzen Rand an diesem
Halteglied abstützen. Die Blattfeder trägt in der Mitte die eigentliche U-förmige
Bürste 3, die aus einem Büschel aus etwa 0,1 mm starken, hartgezogenen Silberdrähten
besteht. Das Drahtbüschel wird mit einer Blechlasche4 an die Blattfeder 2 angepreßt
und an beiden Seiten rechtwinklig nach unten gebogen, so daß sich zwei bis zu einem
gewissen Grade unabhängig voneinander federnde Pinsel 3 a, 3 b ergeben, die auf
einem rotierenden Schleifring vorzugsweise mit Goldauflage schleifen. Zwischen der
Blattfeder 2 und dem Haltebügel 1 ist ein Stück Schaumgummi 5, das z. B. auch aus
PVC mit offenen Poren bestehen kann, angeordnet, vorzugsweise eingeklebt.
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Dadurch wird die gewünschte dämpfende Federeigenschaft erhalten. Damit
unabhängig von einer eventuellen Abnutzung der Bürstenpinsel 3 a, 3 b eine genaue
konstante Andruckkraft gewährleistet wird, ist die ganze Bürste 3 noch einmal mit
zwei Gleithülsen 6 auf Bolzen 7 verschiebbar gelagert. Die Andruckkraft
wird
von zwei vorgespannten Federn 8 ausgeübt, deren Vorspannung gegebenenfalls einstellbar
ist.
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Die Bürste ist demnach als Ganzes verschiebbar gelagert. Die Federn
8 zum Andrücken sind soweit vorgespannt, daß sie zusammen die vorgeschriebene Andruckkraft
erzeugen und daß sich diese Kraft innerhalb des Weges, der für die Verschiebung
zur Verfügung steht, praktisch nicht ändert. Wenn nun der Schaumgummi 5 oder der
Schaumkunststoff fließen sollte, so bewirkt dies keine Änderung der Andruckkraft,
sondern nur eine leichte Verschiebung des Verhältnisses von federnder zu dämpfender
Komponente des Andrucks. Ebenso kann sich durch eine Verkürzung der Bürstendrähte
infolge der Abnutzung die Andruckkraft nicht wesentlich ändern. Die gesamte Bürstenanordnung
stellt ein zusammengesetztes Federsystem gemäß Fig. 3 dar. M3 ist die Masse des
Drahtpinsels, C1 die Blattfeder, an welcher der Drahtpinsel befestigt ist. B ist
in erster Näherung die Dämpfung des Schaumkunststoffes unter Vernachlässigung seiner
federnden Komponente. M2 ist die Masse des Haltegliedes mit den Führungshülsen und
C2 sind die beiden Andruckfedern.
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Das System Mt, C1, B ist hoch abgestimmt und läßt nur sehr geringe
Wegdifferenzen zu. Es nimmt die Unebenheiten des Schleifringes auf. Das System (Mo+M2),
C2 hat eine verhältnismäßig tiefe Resonanzfrequenz. Einer eventuellen Exzentrizität
des ganzen Schleifringes kann es noch ohne weiteres folgen. In erster Linie nimmt
es die Wegdifferenzen auf, die durch Abnutzung der Bürsten und Verformung des Schaumgummis
entstehen, wobei ein Weg von mehreren Millimetern die Kraft nur um einige Prozent
ändern würde.
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Der Winkel, unter dem die Bürstendrähte die Schleifringoberfläche
berühren, läßt sich durch entsprechendes Abbiegen der Borsten der Pinsel 3 a, 3
b beliebig einstellen. Er hat eine gewisse Bedeutung für die Funktion der Bürste.
Eine echte Vielpunktherührung findet nur statt, wenn die Borsten der Bürste infolge
ihrer Durchbiegung federn können.
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Eine solche Durchbiegung tritt aber nur auf, wenn die Borsten einen
Anstellwinkel a (Fig. 2) zum Schleifring haben, der nicht gleich 900 ist; anderenfalls
werden die Borsten nur auf Druck bzw. Knickung beansprucht. Die Arbeitsweise der
Schleifringbiirste mit hinreichend großem Neigungswinkel ist elektrisch und mechanisch
entschieden am günstigsten.
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Wenn der Neigungswinkel fi (von der Senkrechten aus gemessen), größer
ist als der Reibungswinkel (arctg1), spielt die Drehrichtung keine Rolle mehr, d.
h. die Bürste kann ohne weiteres auch »geschoben« werden.
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Wenn man bei beliebiger Drehrichtung einen stoßhehafteten Schleifring
verwenden will, sind senkrecht stehende Borsten am zweckmäßigsten. Für eine Ab-
nutzung
sind hierbei die Dimensionen der Stoßstelle von Bedeutung.
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Man kommt mit der geringsten Andruckkraft aus, wenn der Schaumgummi
5 einen möglichst großen Anteil der Andruckkraft übernimmt, also die Dämpfung groß
ist. Bei einem Andruck von z. B. 50 g waren bei beliebigen Geschwindigkeiten keine
Unterbrechungen mehr auf einem Oszillographen zu erkennen, der für die Messung henutzt
wurde. Im Oszillographen können Kontaktunterbrechungen und Prellungen als steile
kurze Impulse sichtbar gemacht werden.
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Bei einer Untersuchung des mechanischen Verhaltens der Bürsten mit
dem Stroboskop wurde gefunden, daß bei einer künstlich angebrachten, besonders hohen
Stoßstelle die neue Bürste eine vollkommen aperiodische Bewegung ausführt.
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Bei Benutzung einer Dehnungsmeßbrücke zum Zwecke der Torsionsmessung
an Schiffswellen beträgt der Vollausschlag des Meßwertes nur einige Millivolt.
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Für diese Spannungs- bzw. Stromübertragungen ist der neue Schleifringübertrager
gemäß der Erfindung sehr vorteilhaft geeignet.
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FATENTANSPROCHE: 1. Schleifringbürstenübertrager für zu Meßzwecken
bzw. bei Meßwertübertragungen vorgesehene geringe Ströme und Spannungen, bei dem
sich mindestens der eine Kontaktträger, z. B. der Schleifring, schnell, vorzugsweise
rotierend, bewegt mit einer sich an einem unter Federdruck stehenden Halteglied
ganz oder teilweise über ihren Rand abstützenden Blattfeder, gekcnnzeidinet dadurch
zwischen dem Halteglied und der Blattfeder angeordnetes Dämpfungsmaterial und einer
an der Blattfeder befestigten U-förmigen Bürste, deren Drahtborsten mit ihren Spitzen
den Schleifring berühren.