DE19619733A1 - Steckbürstenhalter sowie eine Einrichtung und ein Verfahren zum Überwachen der Bürste - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Steckbürstenhalter für eine elektrische Maschine mit Schleifringen oder Kommutatoren und auf eine Einrichtung sowie auf ein Verfahren zum Überwachen wenigstens einer Bürste, ins­ besondere einer Kohlebürste.

Es sind elektrische Maschinen, insbesondere Generato­ ren, bekannt, die eine Feldwicklung auf dem Läufer auf­ weisen. Der Erregerstrom der Feldwicklung wird über Schleifringe mit Kohlebürsten zugeführt. Die Höhe des Erregerstroms ist bei Generatoren, die zur Energiever­ sorgung dienen, von der benötigten Leistung abhängig. Für eine möglichst gute Übertragung des Erregerstroms durch die Kohlebürsten ist eine bestimmte spezifische Strombelastung der Bürsten erforderlich. Die Zuführung des Stroms erfolgt über rotierende Schleifringe und feststehende Kohlebürsten, die die Schleifringe kontak­ tieren. Während des Kontaktes schleifen die Bürsten an den entsprechenden rotationssymmetrischen Flächen der Schleifringe. Hierdurch bedingt, unterliegen die Bür­ sten einem Verschleiß.

Es ist bekannt, Bürsten in sogenannten Steckbürstenhal­ tern anzuordnen, die ihrerseits in stationären Ringen gehaltert werden. Die Steckbürstenhalter und die Ringe sind so ausgestaltet, daß die Steckbürstenhalter rela­ tiv leicht vom Halter entfernt werden können. Die im Steckbürstenhalter angeordnete Bürste, insbesondere Kohlebürste, kann anschließend ausgetauscht werden, wenn die Bürste ihre minimal zulässige Länge erreicht hat.

Neben den bekannten stationären Ringen ist aus der DE 94 00 080.8 U1 eine Trageinrichtung für eine Bürste bekannt, die einen Halter aufweist, an dem eine Bürste angeordnet ist. Der Halter ist in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse eines Schleifrings zwischen einer Arbeitsposition und einer Ruheposition bewegbar, wobei die Bürste in der Arbeitsposition die Fläche des Schleifrings berührt und in der Ruheposition von der Fläche entfernt ist. Eine weitere Ausgestaltung einer Anordnung zur Einspeisung von Regelstrom in rotierende Maschinenwicklungen ist durch die DE 195 05 061 A1 be­ kannt.

Die in einer elektrischen Maschine verwendeten Kohle­ bürsten unterliegen einem Verschleiß. Der Verschleiß der Kohlebürste tritt aufgrund von Reibung während der Relativbewegung zwischen der Kohlebürste und dem Schleifring auf, wenn die Bürste mit dem Schleifring kontaktiert. Eine verschlissene Kohlebürste, die nicht mehr vollständig oder gar nicht mehr mit dem Schleif­ ring in Kontakt ist, führt zu einer erhöhten Strombela­ stung weiterer Kohlebürsten. Der Verschleiß einer Koh­ lebürste darf einen Maximalwert nicht überschreiten. Es ist bekannt, daß der Verschleiß einer Kohlebürste an­ hand einer manuellen Prüfung festgestellt wird. Eine solche Prüfung ist relativ aufwendig. Werden die vom Hersteller vorgegebene Inspektionsintervalle durch das Betriebspersonal nicht ordnungsgemäß eingehalten, so kann es zu erheblichen Schäden und Stillständen der elektrischen Maschinen kommen. Erhebliche Schäden wer­ den beispielsweise durch einen Bürstenbrand verursacht, da auch die weiteren Aggregatteile der elektrischen Maschine durch den Brand selbst oder etwaige Brandlö­ schungsmittel geschädigt werden. Der Stillstand von Generatoren, die zur öffentlichen Energieversorgung verwendet werden, führt darüber hinaus auch zu erhebli­ chen wirtschaftlichen Verlusten.

Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Steckbürstenhalter für elektri­ sche Maschinen mit Schleifringen zu schaffen, durch den eine Gefahr von Schäden an einer elektrischen Maschine, verursacht durch Bürsten, verringert werden soll. Fer­ ner sollen ein Verfahren und eine Einrichtung zur Über­ wachung wenigstens einer Bürste einer elektrischen Ma­ schine mit Schleifringen angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Steckbür­ stenhalter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Eine Einrichtung zum Überwachen wenigstens einer Bürste ist Gegenstand des Anspruchs 14. Zum Lösen der weiteren Aufgabe der Erfindung wird ein Verfahren mit den Ver­ fahrensschritten nach Anspruch 17 vorgeschlagen. Vor­ teilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Ge­ genstand der abhängigen Ansprüche.

Der erfindungsgemäße Steckbürstenhalter für elektrische Maschinen mit Schleifringen zeichnet sich dadurch aus, daß er ein Gehäuse, in dem eine Bürste gegen eine Fe­ derkraft verschieblich anordenbar und in Kontakt mit einem Schleifring bringbar ist, aufweist. Der Steckbür­ stenhalter weist eine Überwachungseinheit auf, die ab einem vorgegebenen Verschiebeweg die Bürste in Richtung des Schleifrings ein Signal auslöst. Durch die erfin­ dungsgemäße Ausgestaltung des Bürstenhalters für elek­ trische Maschinen mit Schleifringen wird eine Beschädi­ gung einer elektrischen Maschine vermieden, da nunmehr sichergestellt wird, daß aufgrund des durch die Über­ wachungseinheit ausgelösten Signals geeignete Vorsorge­ maßnahmen eingeleitet werden, die einen beträchtlichen weitergehenden Schaden an der Maschine verhindern. So kann beispielsweise durch das ausgelöste Signal ein automatisches Abschalten der elektrischen Maschine er­ zwungen werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsge­ mäßen Ausgestaltung des Steckbürstenhalters ist darin zu sehen, daß auf eine manuelle Überprüfung der Bürste verzichtet werden kann. Hierdurch wird auch ein Beitrag zur Vermeidung von Fehlhandhabungen geleistet. Ein wei­ terer Aspekt des erfindungsgemäßen Steckbürstenhalters ist, daß das Gefahrenpotential für das Betriebspersonal verringert wird, da dieses den Steckbürstenhalter nur noch dann aus der Halterung an der elektrischen Maschi­ ne entfernen muß, wenn tatsächlich die Notwendigkeit besteht, die Bürste aufgrund des maximal zulässigen Verschleißes auszutauschen. Die Überwachungseinheit kann ein Signal liefern, welches nur dann ausgelöst wird, wenn der maximal zulässige Verschleiß, oder die minimal zulässige Länge der Bürste, erreicht worden ist. Andererseits kann die Überwachungseinheit auch vor dem Erreichen des maximalen Verschleißes wenigstens ein Signal auslösen, das das Betriebspersonal darauf auf­ merksam macht, daß in absehbarer Betriebszeit ein Aus­ tausch der Bürste notwendig wird, so daß das Betrieb­ spersonal geeignete Vorkehrungen treffen kann, um einen Tausch der Bürste zügig erledigen zu können.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung zeichnet sich der Steckbürstenhalter dadurch aus, daß die Überwa­ chungseinheit durch eine, in dem die Bürste umgebenden Abschnitt des Gehäuses ausgebildete, Durchgangsöffnung, die mit einer Druckfluidleitung verbindbar ist, gebil­ det ist. Die Druckfluidleitung ist hochspannungsiso­ liert ausgebildet, wodurch eine Potentialtrennung zwi­ schen dem Steckbürstenhalter und Erde erreicht wird. Insbesondere ist die Durchgangsöffnung im Gehäuse so ausgebildet, daß diese wenigstens teilweise durch die Bürste freigegeben wird, wenn die Bürste verschleißbe­ dingt ihre minimal zulässige Länge erreicht hat. Dieser Ausgestaltung des Steckbürstenhalters liegt die Über­ legung zugrunde, daß die Freigabe der Durchgangsöffnung eine Druckänderung in der Druckfluidleitung verursacht. Die Änderung des Druckes eines Fluids einer Druckfluid­ leitung kann beispielsweise mittels eines Druckmeßgerä­ tes, insbesondere eines Staudrucksensors festgestellt werden, das dann ein entsprechendes Signal auslöst. Zweckmäßig ist es, wenn es sich bei dem Fluid um ein Gas, vorzugsweise um Luft, handelt. Die Verwendung von Luft ist zweckmäßig, da insbesondere in größeren Be­ trieben, wie dies bei Stromerzeugungsbetrieben der Fall ist, eine Pneumatikquelle bzw. ein Druckluftleitungs­ netz zur Verfügung steht, so daß dieses Druckluftnetz im Zusammenspiel mit dem erfindungsgemäßen Steckbür­ stenhalter einsetzbar ist.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Steckbürstenhalters wird vorgeschlagen, daß die Über­ wachungseinheit wenigstens einen Sensor umfaßt, der die Position der Bürste detektiert. Bei dem Sensor handelt es sich um einen optischen Sensor, vorzugsweise um eine Reflexionssonde. Die Reflexionssonde ist am Gehäuse des Steckbürstenhalters so angeordnet, daß der von der Reflexionssonde emittierte Strahlengang wenigstens teilweise durch die Bürste freigegeben wird, wenn die Bürste verschleißbedingt ihre minimal zulässige Länge erreicht hat.

Nach einem weiteren vorteilhaften Gedanken wird ein Steckbürstenhalter vorgeschlagen, bei dem die Bürste gegen die Federkraft eines im Gehäuse angeordneten Fe­ derelementes verschieblich ist und das Federelement auf einen Kraftaufnehmer einwirkt. Bei dem Kraftaufnehmer handelt es sich vorzugsweise um einen piezoelektrischen Fühler. Bedingt durch die Federbelastung bzw. Feder­ kraft in dem piezoelektrischen Fühler treten frei Ober­ flächen-Ladungen auf, die der erzeugten Kraft propor­ tional sind. Durch den Verschleiß der Bürste, insbeson­ dere Kohlebürste, ändert sich die Federkraft des Feder­ elementes. Die Änderung der Federkraft ist nach dem Hook′schen Gesetz proportional dem Verschleiß der Bür­ ste. Diese Änderung der Federkraft hat bei einem piezo­ elektrischen Fühler Freiladungen zur Folge, die propor­ tional dem Verschleiß sind.

Alternativ zu einem piezoelektrischen Fühler wird ein Kraftaufnehmer in Form eines Dehnungsmeßstreifens vor­ geschlagen.

Der Steckbürstenhalter kann auch eine Überwachungsein­ heit aufweisen, bei der es sich um an für sich bekannte induktive, kapazitive oder optorelektrische Weggeber handelt. Soll die Überwachungseinheit ein induktiver Weggeber sein, so wird vorgeschlagen, daß die Bürste starr mit einem in wenigstens eine elektromagnetische Spule eintauchbaren Kern verbunden ist. Die Änderung des elektromagnetischen Zustandes der Spule ist ein Indikator für den Verschleißweg.

Der erfindungsgemäße Steckbürstenhalter eignet sich inbesondere zum Nachrüsten von bisher sich im Betrieb befindenden elektrischen Maschinen.

Nach einem anderen erfinderischen Gedanken wird eine Einrichtung zum Überwachen wenigstens einer Bürste, insbesondere einer Kohlenbürste, einer elektrischen Maschine mit Schleifringen, wobei die Bürste gegen eine Federkraft verschieblich und in Kontakt mit einem Schleifring bringbar ist, vorgeschlagen. Die Einrich­ tung umfaßt eine Überwachungseinheit, die ein dem Ver­ schiebeweg der Bürste in Richtung des Schleifrings pro­ portionales Signal erzeugt, und eine Auswerteeinheit, die das Signal oder eine aus dem Signal abgeleitete Größe mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht und ein Überwachungssignal erzeugt, wenn die Abweichung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Bei der Aus­ werteeinheit handelt es sich vorzugsweise um eine pro­ grammierbare Datenverarbeitungseinheit. Während des Betriebs einer elektrischen Maschine wird die Bürste zu einem Schleifring hin bewegt und mit diesem in Kontakt gebracht. Die Überwachungseinheit erzeugt eine dem Ver­ schiebeweg der Bürste in Richtung des Schleifrings pro­ portionale Größe. Diese Größe wird einer Auswerteein­ heit zugeleitet, wobei die Auswerteeinheit die Größe oder eine aus dieser Größe abgeleitete Kenngröße mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht. Wird durch die Auswerteeinheit festgestellt, daß die Abweichung einen vorgegebenen Wert überschreitet, so wird ein Signal erzeugt. Bei diesem Signal kann es sich um ein akusti­ sches oder optisches Signal handeln. Das Signal kann auch als Eingangsgröße für eine Maschinensteuerung ver­ wendet werden. Bevorzugt wird die Überwachung einer Bürste innerhalb vorgegebener Zeitintervalle durchge­ führt. Hierzu wird die Überwachungseinheit in vorgege­ benen Zeitabständen aktiviert. Neben einer diskontinu­ ierlichen Überwachung der Bürste kann auch eine konti­ nuierliche Überwachung der Bürste erfolgen. Vorzugswei­ se werden die zeitlichen Änderungen der durch die Über­ wachungseinheit gelieferten Größen oder einer aus die­ ser abgeleiteten Kenngrößen gespeichert. Die Auswertung der Größe oder der Kenngröße der Überwachungseinheit wird innerhalb vorbestimmter Zeitabstände durchgeführt.

Hierzu wird vorgeschlagen, auch die aktuelle Größe bzw. Kenngröße mit wenigstens einer zeitlich vorhergehend ermittelten Größe oder Kenngröße zu vergleichen. Hat sich beispielsweise innerhalb eines vorbestimmten Zeit­ intervalls die Größe nicht verändert, so kann daraus gefolgert werden, daß die Bürste festsitzt.

Wird eine quasi kontinuierliche oder kontinuierliche Überwachung durchgeführt, so liefert die Überwachungs­ einheit unter Umständen schwankende Größen. Die Schwan­ kung der Größe kann auf Schwingungen der Bürsten zu­ rückgeführt werden. Solche Schwingungen der Bürsten kann auf eine zu geringe spezifische Strombelastung der Bürste zurückgeführt werden. Das Schwingen der Bürsten ist mit einem erhöhtem Verschleiß verbunden. Um ein Schwingen bzw. Rattern der Bürsten zu vermeiden, können einzelne Bürsten vom Schleifring weg bewegt werden, so daß die spezifische Strombelastung der Bürste erhöht wird.

Weitere Merkmale und Vorteile des Steckbürstenhalters und der Einrichtung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Steckbürstenhalters mit einer Druckfluid­ leitung in der Vorderansicht im Voll­ schnitt,

Fig. 2 einen Steckbürstenhalter nach Fig. 1 in einer Bürstenhalterklemme in der Vorder­ ansicht im Vollschnitt,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Steckbürstenhalters in der Vorderansicht im Vollschnitt,

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Steckbürstenhalters in der Vorderansicht im Vollschnitt,

Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel eines Steckbürstenhalters in der Vorderansicht im Vollschnitt und

Fig. 6 schematisch den Aufbau einer Einrichtung zum Überwachen wenigstens einer Bürste.

Fig. 1 stellt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Steckbürstenhalters 1 im Vollschnitt dar. Der Steckbür­ stenhalter 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 hat einen ersten Gehäuseabschnitt 3 und einen sich an die­ sen anschließenden zweiten Gehäuseabschnitt 4. In dem ersten Gehäuseabschnitt 3 ist eine Kohlebürste 5 ange­ ordnet. Der Querschnitt der Kohlebürste 5 kann bei­ spielsweise kreisförmig oder quadratisch sein. Der In­ nenquerschnitt des ersten Gehäuseabschnitts 3 ent­ spricht der Außenkontur der Kohlebürste 5. Die Kohle­ bürste 5 ist in Kontakt mit einem Schleifring 6 einer elektrischen Maschine bringbar. In der Darstellung nach Fig. 1 besteht zwischen der Kohlebürste 5 und dem Schleifring 3 kein elektrischer Kontakt.

Die Kohlebürste 5 ist über ein Verbindungselement 7 mit einer Stirnseite einer Hülse 8 verbunden. Die Hülse 8 ist verschieblich in dem zweiten Gehäuseabschnitt 4 angeordnet. Der zweite Gehäuseabschnitt 4 ist im we­ sentlichen zylinderförmig ausgebildet. Der zweite Ge­ häuseabschnitt 4 ist mit dem ersten Gehäuseabschnitt 3 mittels einer Schraubverbindung 9 verbunden. In dem, der Kohlebürste 5 benachbarten Endbereich des zweiten Gehäuseabschnitts 4 ist ein ringförmiges Dicht- und Führungselement 10 angeordnet. Das Dicht- und Führungs­ element 10 umfaßt teilweise den Außenmantel der Hülse 8.

Die Hülse 8 ist an ihrem, der Kohlebürste 5 gegenüber­ liegenden Ende offen. In der Hülse 8 ist ein Federele­ ment 11 angeordnet, welches sich eines Ends an einer Stirnseite 12 des zweiten Gehäuseabschnitts 4 und ande­ ren Ends an der Stirnseite 13 der Hülse 8 abstützt. Bei dem Federelement 11 handelt es sich um eine Druckfeder, die mit Vorspannung in die Hülse 8 eingebracht wird. Zur Erhöhung der Knicksicherheit der Feder 11 ist an der Stirnseite 12 ein in das Federelement 11 hineinra­ gender Vorsprung 14 ausgebildet.

Der Steckbürstenhalter 1 weist einen Griffhebel 15 auf, der um eine Schwenkachse 16 verschwenkbar ist. Die Schwenkachse 16 ist am ersten, dem Schleifring 6 be­ nachbarten Abschnitt des Gehäuses 2 angeordnet. Zwi­ schen dem Griffhebel 15 und dem ersten Gehäuseabschnitt 3 ist eine Druckfeder 17 so angeordnet, daß diese den Griffhebel 15 vom Gehäuse 2 des Steckbürstenhalters 1 wegschwenkt. In der Nähe der Schwenkachse 16 weist der Griffhebel 15 eine Ausnehmung 18 auf, in der ein Klemm­ körper 19 angeordnet ist. Der Klemmkörper 19 ragt durch die Wandung 20 des ersten Gehäuseabschnitts 3 hindurch. Wird der Griffhebel 15 zum Gehäuse 2 des Steckbürsten­ halters 1 verschwenkt, so schwenkt der Klemmkörper 19 in den ersten Gehäuseabschnitt 3 hinein und klemmt die Kohlebürste 5 fest. In diesem Zustand kann der Steck­ bürstenhalter 1 aus einer Halterung, die nicht darge­ stellt ist, entnommen bzw. in diese eingesteckt werden, ohne daß der Klemmkörper 5 sowie die Hülse 8 aus dem Gehäuse 2 des Steckbürstenhalters 1 aufgrund der vor­ gespannten Feder 11 herausgedrückt werden. Ist der Steckbürstenhalter 1 in einem entsprechenden Halter angeordnet, so wird der Griffhebel 15 freigegeben, wo­ durch auch die Kohlebürste 5 freigegeben wird. Zur Her­ stellung eines elektrischen Kontaktes weist der erste Gehäuseabschnitt 3 eine Kontaktfläche 21 und der Griff­ hebel 15 eine Kontaktfläche 22 auf.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, weist der erste Gehäuseabschnitt 3 eine Durchgangsöffnung 23 auf, in die eine Druckfluidleitung 24 hineinragt. Die Durch­ gangsöffnung 23 ist so ausgebildet, daß diese wenig­ stens teilweise durch die Bürste 5 freigegeben wird, wenn die Bürste 5 verschleißbedingt ihre minimal zuläs­ sige Länge erreicht hat. In der Fig. 1 ist die minimal zulässige Länge der Bürste 5 mit dem Bezugszeichen 25 gekennzeichnet. Ist die Bürste 5 so weit verschlissen, daß sie ihre minimale Länge 25 erreicht hat, so wird die Öffnung 23 der Drückfluidleitung 24 freigegeben. Die Druckfluidleitung 24 ist mit einem nicht darge­ stellten Druckmesser versehen, so daß nach erfolgter Freigabe der Durchgangsöffnung 23 eine Druckänderung in der Druckfluidleitung 24 eintritt, die gemessen und in einer Auswerteeinheit ausgewertet wird.

Wir nehmen nunmehr Bezug auf die Fig. 2, in der ein Steckbürstenhalter nach Fig. 1 dargestellt ist. Der Steckbürstenhalter 1 ist in einem Halter 26 angeordnet. Der Halter 26 weist eine Aufnahme 27 auf, in die der Steckbürstenhalter 1 einsteckbar ist. Die Aufnahme 27 ist durch die im wesentlichen parallel zueinander an­ geordneten Wände 28, 29 begrenzt. Der Abstand der Wände 28, 29 ist so bemessen, daß im eingesteckten Zustand die Feder 17 zusammengedrückt und der Griffhebel 15 zum Gehäuse 2 des Steckbürstenhalters hin verschwenkt wird, wodurch der Klemmkörper 19 die Bürste 5 freigibt. Die Kontaktflächen 21, 22 stehen im elektrischen Kontakt mit der Wand 28 bzw. 29. Wie insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Wand 29 einen Anschluß an eine Druckleitung 30 auf. Die Druckleitung 30 ist über eine Kupplung 31 mit der Druckfluidleitung 24 koppel­ bar. Die Druckleitung 30 ist mit einem nicht darge­ stellten Druckmeßsystem verbunden.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Steckbürstenhalters. Der prinzipielle Aufbau des Steckbürstenhalters entspricht dem in der Fig. 1 dargestellten Steckbürstenhalters. Insoweit wird, um Wiederholungen zu vermeiden, auf die Beschrei­ bung der Fig. 1 und 2 verwiesen.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich ist, weist der erste Gehäuseabschnitt 3 eine Durchgangsöffnung 23 auf. Der erste Gehäuseabschnitt 3 weist eine Reflexionssonde 33 auf, die so angeordnet ist, daß die Sonde 33 eine Strahlung durch die Durchgangsöffnung 32 hindurch emit­ tiert, die von der Bürste 5 reflektiert wird. Die Sonde 33 ist elektrisch mit einer nicht weiter dargestellten Auswerteeinrichtung verbunden. Die Position der Durch­ gangsöffnung 32 ist so gewählt, daß wenn die Bürste ihre verschleißbedingte minimal zulässige Länge er­ reicht hat, keine Strahlung der Reflexionssonde re­ flektiert. Der Zustand, daß keine Reflexion mehr meß­ bar ist, wird von einer nicht dargestellten Auswerte­ einheit ausgewertet.

In der Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel ei­ nes erfindungsgemäßen Steckbürstenhalters dargestellt. Der prinzipielle Aufbau des Steckbürstenhalters 1 ent­ spricht der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ form des Steckbürstenhalters. Im folgenden wird auf die Unterschiede zwischen dem in der Fig. 1 und in der Fig. 4 dargestellten Steckbürstenhalters eingegangen. Wie bereits zum Ausdruck gebracht, entspricht der kon­ struktive Aufbau des Steckbürstenhalters nach Fig. 4 dem Steckbürstenhalter nach Fig. 1. Unterschiede be­ stehen in der Ausgestaltung der Überwachungseinheit, die wenigstens bei einem vorgegebenen Verschiebeweg der Bürste in Richtung des Schleifrings ein Signal auslöst. Bei der in der Fig. 4 dargestellten Ausgestaltung des Steckbürstenhalters wird die Überwachungseinheit durch einen Kraftaufnehmer 34 gebildet. Bei dem Kraftaufneh­ mer 34 kann es sich um einen piezoelektrischen Fühler oder einen Dehnungsmeßstreifen handeln, der auf einem Hilfskörper angeordnet ist.

Der Kraftaufnehmer 34 ist im oberen Endabschnitt des zweiten Gehäuseabschnitts 4 angeordnet. Auf den Kraft­ aufnehmer 34 wirkt die Druckfeder 11 ein. Mit steigen­ dem Verschleiß der Bürste 5 verringert sich die von der Feder 11 auf den Kraftaufnehmer 34 ausgeübte Kraft. Hat die Bürste 5 ihre minimal zulässige Länge erreicht, so hat die Feder 11 einen entspannten Zustand eingenommen, so daß von der Feder 11 auf den Kraftaufnehmer 34 keine Kraft-ausgeübt wird. Der Kraftaufnehmer 34 ist mit ei­ ner nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden, die die Änderung der auf den Kraftaufnehmer 34 ausgeübten Kraft aufnimmt. Die auf den Kraftaufnehmer ausgeübte Kraft ist umgekehrt proportional zum Verschleiß der Bürste 5.

Fig. 5 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbei­ spiel eines Steckbürstenhalters in der Vorderansicht im Vollschnitt. Der Steckbürstenhalter 1 weist ein Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 hat einen ersten Gehäuseabschnitt 3 und einen sich an diesen anschließenden zweiten Ge­ häuseabschnitt 4. In dem ersten Gehäuseabschnitt 3 ist eine Kohlebürste 5 angeordnet. Die Kohlebürste 5 ist über ein Verbindungselement 7 mit einer Stirnseite ei­ ner Hülse 8 verbunden. Die Hülse 8 ist verschieblich in dem zweiten Gehäuseabschnitt 4 angeordnet. Hierzu ist der zweite Gehäuseabschnitt 4 im wesentlichen zylinder­ förmig ausgebildet. In der Hülse 8 ist ein Federelement 11 angeordnet, welches sich eines Ends mit einer Stirn­ seite 12 des zweiten Gehäuseabschnitts 4 und anderen Ends an der Stirnseite 13 der Hülse abstützt. Bei dem Federelement 11 handelt es sich um eine Druckfeder, die mit Vorspannung in die Hülse 8 eingebracht wird. Mit der Stirnseite 12 des zweiten Gehäuseabschnitts 4 ist ein induktiver Weggeber 35 verbunden. Der induktive Weggeber 35 ist von der Feder 11 umgeben. Er erstreckt sich in axialer Richtung der Hülse 8. Der induktive Weggeber 35 umfaßt eine fest mit der Stirnseite 12 ver­ bundene Spule 40, in der ein verschieblich gelagerter Kern 41 angeordnet ist. Der Kern 41 ist in Längsrich­ tung der Hülse 8 verschieblich. Er ist über einen Stift 41 mit der Stirnseite 13 der Hülse 8 verbunden. In der Fig. 5 ist der elektrische Anschluß des Weggebers 35 nicht dargestellt. Der Kern 41 folgt der Lageverände­ rung der Kohlebürste 5, wodurch ein elektrisches Signal im Weggeber 35 erzeugt wird. Dieses Signal ist propor­ tional der Wegänderung der Kohlebürste.

Die vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsbei­ spiele des Steckbürstenhalters sind besonders zur Nach­ rüstung von bereits sich im Betrieb befindenden elek­ trischen Maschinen geeignet.

In der Fig. 6 ist schematisch eine Einrichtung 39 zum Überwachen wenigstens einer Bürste, insbesondere einer Kohlebürste einer elektrischen Maschine mit Schleifrin­ gen, dargestellt. Die Einrichtung 39 umfaßt eine Über­ wachungseinheit 35, die am Steckbürstenhalter angeord­ net ist. Die Überwachungseinheit 35 ist über wenigstens eine Leitung 38 mit einer Auswerteeinheit 37 verbunden. Die Überwachungseinheit liefert ein dem Verschiebeweg der Bürste in Richtung des Schleifrings proportionales Signal, welches in der Auswerteeinheit 37 ausgewertet wird. Die Auswerteeinheit 37 hat einen Ausgang 36, an dem ein Überwachungssignal abgreifbar ist. Das Überwa­ chungssignal kann zur Erzeugung beispielsweise eines optischen oder akustischen Signals dienen, durch wel­ ches das Betriebspersonal zum Austausch der Bürste auf­ gefordert wird. Vorzugsweise handelt es sich bei der Auswerteeinheit 37 um eine programmierbare Datenverar­ beitungseinheit.

Das am Ausgang 36 anliegende Signal kann auch zur Steuerung der Maschine genutzt werden. Wird beispiels­ weise innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne kein Aus­ tausch der verschlissenen Bürste durchgeführt, so kann eine Zwangsabschaltung der elektrischen Maschine auto­ matisch durchgeführt werden. Die Auswerteeinheit 37 kann auch mit mehreren Überwachungseinheiten verbunden sein, wobei jede Bürste eine gesonderte Überwachungs­ einheit vorgesehen ist.

Claims (22)

1. Steckbürstenhalter (1) für eine elektrische Ma­ schine mit Schleifringen mit einem Gehäuse (2), in dem eine Bürste (5) gegen eine Federkraft verschieblich anordenbar und in Kontakt mit ei­ nem Schleifring (6) bringbar ist, und mit einer Überwachungseinheit (35), die ab einem vorgege­ benen Verschiebeweg der Bürste (5) in Richtung des Schleifrings (6) ein Signal auslöst.

2. Steckbürstenhalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß in dem die Bürste (5) umgebendem Abschnitt (3) des Gehäuses (2) eine Durchgangsöffnung (23) ausgebildet ist, die mit einer, insbesondere einer hochspannungsisolierten, Druckfluidleitung (24) verbindbar ist.

3. Steckbürstenhalter nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Durchgangsöffnung (23) im Gehäuse (2) so ausgebildet ist, daß diese wenigstens teilweise durch die Bürste (5) freigeben wird, wenn die Bürste (5) verschleißbedingt ihre minimal zuläs­ sige Länge (25) erreicht hat.

4. Steckbürstenhalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (35) wenigstens einen Sensor (33, 34) umfaßt, der die Position der Bürste (5) detektiert.

5. Steckbürstenhalter nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor (33) ein optischer Sensor ist.

6. Steckbürstenhalter nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Reflexionssonde (33) ist.

7. Steckbürstenhalter nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Reflexionssonde (33) am Gehäuse (3) so an­ geordnet ist, daß der Strahlengang der Refle­ xionssonde (33) wenigstens teilweise durch die Bürste (5) freigeben wird, wenn die Bürste (5) verschleißbedingt ihre minimal zulässige Länge erreicht hat.

8. Steckbürstenhalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bürste (5) gegen die Federkraft eines im Gehäuse (1) angeordneten Federelementes (11) verschieblich ist und das Federelement (11) auf einen Kraftaufnehmer (34) einwirkt.

9. Steckbürstenhalter nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (34) ein piezoelektrischer Fühler ist.

10. Steckbürstenhalter nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (34) ein Dehnungsmeßstreifen ist.

11. Steckbürstenhalter nach Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Kraftaufnehmer (34) ein magnetoelastischer Sensor ist.

12. Steckbürstenhalter nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Überwachungseinheit (35) ein induktiver, kapazitiver oder optoelektrischer Weggeber ist.

13. Steckbürstenhalter nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß der induktiver Weggeber einen mit der Bürste (5) starr verbundenen in wenigstens eine elektroma­ gnetische Spule eintauchbaren Kern umfaßt.

14. Einrichtung zum Überwachen wenigstens einer Bür­ ste (5), insbesondere einer Kohlebürste, einer elektrischen Maschine mit Schleifringen (6), wobei die Bürste (5) gegen eine Federkraft ver­ schieblich und in Kontakt mit einem Schleifring (6) bringbar ist, und die Einrichtung jeweils eine einer Bürste (5) zugeordnete Überwachungs­ einheit (35), die ein dem Verschiebeweg der Bür­ ste (5) in Richtung des Schleifrings (6) propor­ tionales Signal erzeugt, und eine Auswerteein­ heit (37) umfaßt, die das Signal oder eine aus dem Signal abgeleitet Größe mit einem vorgege­ benem Sollwert vergleicht und ein Überwachungs­ signal erzeugt, wenn die Abweichung einen vor­ gegebenen Wert überschreitet.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, da­ durch gekennzeichnet, daß die Bürste (5) in einem Steckbürstenhalter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 angeordnet ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15, da­ durch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (37) eine programmierbare Datenverarbeitungseinheit umfaßt.

17. Verfahren zum Überwachen wenigstens einer Bürste (5), insbesondere einer Kohlebürste, einer elek­ trischen Maschine mit Schleifringen (6), bei dem

• - die Bürste (5) zu einem Schleifring (6) hin­ bewegt und mit diesem in Kontakt gebracht wird,
• - eine Überwachungseinheit (35), die eine dem Verschiebeweg der Bürste (5) in Richtung des Schleifrings (6) proportionale Größe erzeugt,
• - eine Auswerteeinheit (37), die diese Größe oder eine aus dieser abgeleitete Kenngröße mit einem vorgegebenem Sollwert vergleicht, und
• - ein Signal erzeugt wird, wenn die Abweichung einen vorgegebenen Wert überschreitet.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem in vorgege­ benen Zeitintervallen die Überwachungseinheit (35) aktiviert wird.

19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem eine konti­ nuierliche Bestimmung der Größe oder der Kenn­ größe erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem die zeitliche Änderung der Größe oder Kenngröße ge­ speichert wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem die Auswertung in vorbestimmten Zeitab­ ständen erfolgt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem die aktuelle Größe oder Kenngröße mit wenigstens einer zeitlich vorhergehend ermittel­ ten Größe oder Kenngröße verglichen und ein Stö­ rungssignal erzeugt wird, wenn eine vorgegebene Abweichung überschritten wird.