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Die Erfindung betrifft eine Ableitungsvorrichtung zur Ableitung elektrostatischer Ladung von einer Welle mit zwei an einer Schwenkbasis jeweils um eine Schwenkachse verschwenkbar gelagerten Schwenkhebeln, die an ihren freien, radial gegen die Welle verschwenkbaren Kontaktenden jeweils eine elektrisch leitfähige Kontaktvorrichtung aufweisen, wobei die Kontaktvorrichtung über eine an den Schwenkhebeln ausgebildete elektrische Leiteinrichtung mit der Schwenkbasis zur Ladungsableitung in einen mit der Schwenkbasis verbundenen elektrischen Leiter verbunden ist, und mit einer Vorspanneinrichtung zur Erzeugung einer von der Kontaktvorrichtung auf die Welle wirkenden Kontaktkraft, wobei die Kontaktvorrichtung eine Faseranordnung aus einer Vielzahl von gleichgerichteten Kohlenstofffasern aufweist, die mit Kontaktenden zur Anlage gegen eine Kontaktfläche der Welle versehen sind.
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Zur Ausführung von Ableitungseinrichtungen ist es bekannt, eine bürstenförmige Anordnung vorzusehen, bei der eine unter Verwendung von dünnen Kupferdrähten hergestellte Erdungsbürste in Schleifkontakt mit einem Kontaktumfang der Welle angeordnet wird. Eine derartige bürstenförmige Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 100 13 222 A1 bekannt, in der eine Erdungsbürste mit metallischen Borsten beschrieben wird, wobei offensichtlich ist, dass sich aufgrund der an den Kontaktstellen zwischen der Erdungsbürste und der Kontaktoberfläche der Welle ausgebildeten Kontaktpaarung Metall/Metall ein erhöhter Verschleiß im Schleifkontakt mit dem Kontaktpartner einstellt. Darüber hinaus ergibt sich aufgrund der lediglich einen zwischen der Erdungsbürste und der Welle ausgebildeten Kontaktpaarung die Notwendigkeit, eine relativ hohe Kontaktkraft zu realisieren, um sicherzustellen, dass eine hinreichend große Anzahl von Kontaktborsten am Wellenumfang anliegt als Vorraussetzung für eine ausreichende Ableitung der elektrostatischen Ladung.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ableitungseinrichtung der eingangs genannten Art vorzuschlagen, die eine erhöhte Verschleißfestigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Ableitungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Ableitungseinrichtung liegen die an einer Schwenkbasis jeweils um eine Schwenkachse verschwenkbar angeordneten Schwenkhebel mit ihren an den Kontaktenden der Schwenkhebel angeordneten Kontaktvorrichtungen an zwei Kontaktstellen an der Kontaktoberfläche der Welle an, sodass unabhängig von der Ausbildung der Kontaktvorrichtungen aufgrund ihrer doppelten Ausführung bereits für eine Redundanz gesorgt ist. Für eine ausreichende Kontaktausbildung zwischen der Ableitungseinrichtung und der Welle ist es daher nicht mehr notwendig, mit einer überhöhten Kontaktkraft die Kontaktvorrichtungen zur Anlage gegen die Welle zu bringen. Darüber hinaus ermöglicht die jeweils schwenkbare Anordnung der Schwenkhebel an der Schwenkbasis einen Ausgleich der an den Kontaktstellen jeweils ausgebildeten Kontaktkräfte, sodass sichergestellt ist, dass die Kontaktvorrichtungen an beiden Kontaktstellen mit der gleichen Kontaktkraft gegen die Kontaktoberfläche der Welle anliegen.
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Darüber hinaus sind die Kontaktvorrichtungen erfindungsgemäß mit einer Faseranordnung versehen, die Kontaktfasern aufweist, welche als Kohlenstofffasern ausgebildet sind, die neben einer hohen Leitfähigkeit zur effektiven Ableitung elektrostatischer Aufladung eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen, sodass zusätzlich zu der relativ geringen erforderlichen Kontaktkraft aufgrund der besonderen Materialauswahl ein vergleichsweise geringerer Verschleiß der Bürste ermöglicht wird.
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Insgesamt ermöglicht somit die erfindungsgemäße Ableitungseinrichtung aufgrund der zweifachen Ausbildung der Kontaktvorrichtungen, die jeweils an einem Kontaktende eines Schwenkhebels ausgebildet sind, und der Bestückung der Kontaktvorrichtungen der Schwenkhebel mit einer Faseranordnung aus Kohlenstofffasern einen reduzierten Verschleiß und damit eine erhöhte Wartungsfreundlichkeit.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kontaktvorrichtung eine Aufnahmeeinrichtung auf, die die Faseranordnung unter Vorspannung zwischen Klemmbacken aufnimmt, wobei die Kohlenstofffasern der Faseranordnung mit ihren Kontaktenden einen Kontaktüberstand gegenüber der Aufnahmeeinrichtung ausbilden. Optional können die Klemmbacken auch in Art einer gemeinsamen Hülse ausgebildet sein.
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Mit dieser bevorzugten Ausführungsform kann auf besondere Mittel, die einen Verbund zwischen den einzelnen Kontaktfasern der Faseranordnung herstellen, verzichtet werden. Vielmehr wird ein unmittelbarer leitfähiger Verbund zwischen den einzelnen Kontaktfasern der Faseranordnung allein aufgrund des Berührungskontakts zwischen den Kontaktfasern hergestellt. Für den notwendigen Kontaktdruck zur Ausbildung des Berührungskontakts sorgen dabei die Klemmbacken der Klemmbackenanordnung, die die Faseranordnung unter Vorspannung zwischen sich aufnehmen und so einen in Faserrichtung relativ steifen Verbund ausbilden.
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Darüber hinaus ermöglichen die Klemmbacken eine Verbindung der Faseranordnung mit den Kontaktenden der Schwenkhebel, ohne dass hierzu weitere Elemente notwendig wären. Alternativ kann der leitende Verbund zwischen den einzelnen Kontaktfasern der Faseranordnung auch über eine zwischen den Fasern ausgebildete leitende Matrix, die vorzugsweise aus Kohlenstoff ausgebildet ist, hergestellt werden.
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Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn zumindest die Aufnahmeeinrichtung als kohlenstofffaserverstärkter Verbundkörper ausgebildet ist, wobei es sich bei dem Verbundkörper um einen kohlenstofffaserverstärkten Kohlenstoff-Verbundkörper (CFC-Verbundkörper) oder auch um einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff-Verbundkörper (CFK-Verbundkörper) handeln kann. In jedem Fall ermöglicht die Verwendung eines kohlenstofffaserverstärkten Verbundkörpers für die Aufnahmeeinrichtung eine Reduzierung der Masse der Ableiteinrichtung, sodass insbesondere bei schnellen drehenden Wellen die auftretenden Massenkräfte bzw. Fliehkräfte gering gehalten werden können und nur entsprechend geringe Kontaktkräfte aufgebracht werden müssen.
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Insbesondere, betreffend die vorstehend bereits erwähnte Reduktion von Massenkräften, erweist es sich als vorteilhaft, wenn nicht nur die Aufnahmeeinrichtung sondern darüber hinaus auch die Schwenkhebel aus einem kohlenstofffaserverstärkten Verbundkörper hergestellt sind.
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Eine besondere Vereinfachung im Gesamtaufbau der Ableitungseinrichtung sowie eine Reduktion der zum Aufbau der Ableitungseinrichtung notwendigen Teileanzahl ergeben sich, wenn die Kontaktvorrichtung als integraler Bestandteil der Schwenkhebel ausbildet ist.
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Eine noch weitergehende Vereinfachung im Aufbau der Ableitungseinrichtung sowie darüber hinaus eine weitergehende Reduzierung von Übertragungs- bzw. Übergangswiderständen innerhalb der Ableitungseinrichtung lässt sich erreichen, wenn die Faseranordnung der Kontaktvorrichtungen durch Kohlenstofffasern des kohlenstofffaserverstärken Verbundkörpers des Schwenkhebels gebildet ist, wobei die Kohlenstofffasern mit Kontaktenden aus einer Körperkante des Verbundkörpers hervorragen.
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Mit dieser besonders vorteilhaften Ausführungsform wird allein über die Kohlenstofffasern ein elektrisch leitender Kontakt zwischen einer Welle, an deren Kontaktumfang die Kontaktenden der Kohlenstofffasern anliegen, und der Schwenkbasis der Ableitungseinrichtung möglich.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 Eine Ableitungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in Schleifkontakt zum Kontaktumfang einer Welle;
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2 eine Ableitungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
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1 zeigt eine Ableitungseinrichtung 10, die an einer Schwenkbasis 11 zwei jeweils um eine Schwenkachse 12 bzw. 13 verschwenkbar angeordnete Schwenkhebel 14, 15 aufweist. Die Schwenkhebel 14, 15 sind jeweils an einem freien Kontaktende 16 mit einer Kontaktvorrichtung 17 versehen, die in einer Aufnahmeeinrichtung 18 eine Faseranordnung 32 aus einer Vielzahl im Verbund angeordneter Kohlenstofffasern 33 aufweist, die zwischen Klemmbacken 29, 30 einer Klemmbackenanordnung 31 aufgenommen sind.
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Die Kontaktvorrichtungen 17 liegen bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Kontaktoberfläche 19 einer Welle 20 an und ermöglichen somit eine Ableitung einer elektrostatischen Aufladung aus der rotierenden Welle 20 über die Schwenkhebel 14, 15 und die Schwenkbasis 11 in einen im dargestellten Ausführungsbeispiel als Stableiter ausgebildeten elektrischen Leiter 23, der gleichzeitig zur Klemmbefestigung der Schwenkbasis 11 dient, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Art einer Klemmschelle ausgeführt ist und mittels einer Klemmschraube 24 so an dem Leiter 23 befestigt werden kann, dass sowohl eine mechanische Befestigung als auch eine elektrisch sichere Kontaktierung zwischen der Schwenkbasis 11 und dem Leiter 23 gegeben ist.
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Zur Erzeugung der für eine sichere Kontaktierung der Kontaktvorrichtungen 17 gegen die Kontaktoberfläche 19 der Welle 20 notwendigen Kontaktkraft ist an der Ableitungseinrichtung 10 eine Vorspanneinrichtung 25 ausgebildet, die im vorliegenden Fall zwei Zugfedern 26, 27 umfasst, welche jeweils zwischen der Schwenkbasis 11 und einem Schwenkhebel 14, 15 wirken. Zur Einstellung der gewünschten Kontaktkraft sind die Schwenkhebel 14, 15 mit in ihrer Positionierung an den Schwenkhebeln 14, 15 veränderbaren Krafteinleitungen 27 versehen.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sowohl die Klemmbacken 29, 30 der Klemmbackenanordnung 31 der Aufnahmeeinrichtung 18 als auch die Schwenkhebel 14, 15 aus einem kohlenstofffaserverstärkten Verbundkörper, also beispielsweise aus einem CFK-Körper hergestellt, der aus Kohlenstofffasern besteht, die in eine Kunstharzmatrix eingebettet sind, wobei zur Ausbildung eines elektrisch leitenden Kontakts in einem Kontaktbereich zwischen den Klemmbacken 29, 30 und den Kohlenstofffasern 33 der Faseranordnung 32 sowie in einem Kontaktbereich zwischen den Klemmbacken 29, 30 und den Kontaktenden 16 der Schwenkhebel 14, 15 die Kohlenstofffasern 33 der Klemmbacken 29, 30 und der Schwenkhebel 14, 15 durch eine geeignete Oberflächenbearbeitung der Klemmbacken 29, 30 und der Kontaktenden 16 freigelegt sind, sodass sowohl ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Kohlenstofffasern 33 der Klemmbacken 29, 30 und den Kohlenstofffasern der Schwenkhebel 14, 15 als auch zwischen den Kohlenstofffasern 33 der Faseranordnung 32 und den Kohlenstofffasern der Klemmbacken 29, 30 besteht. Zur Ausbildung eines Kontakts mit der Kontaktoberfläche 19 der Welle 20 bilden Faserenden der Kohlenstofffasern 33 einen Kontaktüberstand 22 gegenüber den Klemmbacken 29, 30 aus.
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Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die Klemmbacken 29, 30 sowie die Schwenkhebel 14, 15 aus einem CFC-Verbundkörper auszubilden, der die Kohlenstofffasern in einer Kohlenstoffmatrix aufweist, die beispielsweise durch Karbonisierung des in einer Kunstharzmatrix enthaltenen Kohlenstoffs erzeugt werden kann. In einer hier nicht gezeigten Ausführungsform können die Schwenkhebel auch aus Metall ausgebildet sein.
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In der 2 ist in einer Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform ein Schwenkhebel 34 einer Ableiteinrichtung 35 dargestellt, der ein Kontaktende 36 aufweist, das aus einem Verbund von Kohlenstofffasern 37 gebildet ist, wobei eine integrale Kontaktvorrichtung 38 dadurch ausgebildet ist, dass die Kohlenstofffasern 37 mit Kohlenstofffasern 39 einer Faseranordnung 40, einen Faserverbund ausbilden, der in eine mit dem Schwenkhebel 34 gemeinsame Trägermatrix aus Kunstharz eingebettet ist. Zur Ausbildung eines Kontakts mit der Kontaktoberfläche 19 der Welle 20 bilden Faserenden der Kohlenstofffasern 40 einen Kontaktüberstand 41 gegenüber einer Körperkante 42 des Schwenkhebels 34 aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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