DE2301029A1 - Vorrichtung zur ueberwachung von buerstenverschleiss - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Überwachung von Bürstenverschleiß Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des Verschleisses der Bürsten von elektrischen Naschinen, bei der mindestens einer Bürste ein aus leitfähigem Naterial bestehender Verschleißfühler'zugeordnet ist, der erst bei einer bestimmten Abnutzung der Bürste in Kontakt mit dem Schleifring oder Kommutator der Maschine kommt und dabei einen Uberwachungastrom kreis schließt.
• Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (Zeitscbrift "Elektrotechnik", Jg. 53, Nov. 1971, Seite 20) ist ein Überwachungsstromkreis vorgesehen, in den die Spule eines Meßrelais zwischengeschaltet ist, wobei in diesem Uberwachungsstromkreis mittels eines Transformators ein Fremdpotential eingespeist ist, welches unabhängig von dem Ankerspannungspotential, d.h. dem Bürstenspannungspotential ist, um ein sichere Ansprechen des Meßrelais zu gewährleisten. Diese Vorrichtung ist baulich aufwendig und in der herstellung teuer. Infolge des erforderlichen hohen baulichen Aufwandes wird auch nur eine einzige Bürste der betreffenden Maschine überwacht. Dies bringt jedoch keine ausreichende Sicherheit, da die Abnutzung der Bürsten oft sehr unterschiedlich ein kann. Wenn man alle Bürsten einer Maschine mit dieser bekannten Vorrichtung überwachen wollte, würden sich die Kosten entsprechend vervielfachen, was untragbar ist.
• Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die baulich einfach und betriebssicher ist, es auf wirtschaftliche Weise ermöglicht, sämtliche Bürsten einer elektrischen Maschine zu überwachen, die sich auch für nachträgliche Umrüstung oder Ausrüstung von vorhandenen elektrischen Maschinen eignet und sich für alle denkbaren elektrischen Maschinen mit Bürsten eignet, bspw. für Gleichstrommaschinen, Synchronmaschinen, Schleifring-Maschinen, oder dergleichen.
• Erfindungsgemäß ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen, daß der Überwachungsstromkreis einem fremdpotentialfreien Kurzschlußstromkreis von der Bürste zu einem der Wechselstrom- oder Drehstromphasenzuleiter der Maschine entspricht und in ihn die Magnetspule einer Abschaltvorrichtung zwischengeschaltet ist, die bei jedem Ansprechen den Kurzschlußstroinkreis öffnet.
• Diese tsrrichtung hat im Überwachungsstromkreis kein Fremdpotential, d.h., in den Überwachungsstromkreis ist keine Fremdspannung eingespeist, sondern es werden eine oder mehrere Phasen des Wechselstrom- oder Drehstromspeisespannungsnetzes als UbeIwachungsspannung verwendet. Dies hat auch den Vorteil, daß die Überwachungsspannung stets vorhanden ist und nicht ausfallen kann, wogegen im Falle der vorbekannten Einspeisung einer Fremdspannung in den Überwachungsstromkreis diese Fremdspannung durch eine Störung wegfallen kann und damit unbemerkt die Überwachung nicht stattfindet.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein solcher Fehler nicht auftreten.
• Indem der Überwachungsstromkreis ein Kurzschlußstromkreis ist, besteht ferner der Vorteil, daß man als Abschaltvorrichtung eine handelsübliche Abschaltvorrichtung verwenden kann, die auf Auftreten von Kurz schlüssen anspricht. Vorzugsweise kann die Abschaltvorrichtung vorzugsweise ein Schloßschalter ein handelsüblicher Motorschutzschalter/sein, vorzugsweise derart, daß sein mittlerer Ansprechstrom der nicht verzögerten elektromagnetischen Überstromauslöser maximal 2,5 Ampere, vorzugsweise ungefähr 1 Linpc're beträ Derartige Vjotorschutzschalter mit solch gEr3ngen mittleren Ansprechströmen haben infolge ihrer geringen Trägheit ein beliebig hohes Ausschaltvermögen und müssen deshalt nicht durch Sicherungen abgesichert werden, sind auch sehr preiswert und arbeiten von niedrigen bis zu hoher Spannungen gleichermaßen zuverlässig.
• Bei einer anderen bevorzugter Ausführungsform ist die Abschaltvorrichtung als ein handelsüblicher Sicherurgsautomat ausgebildet, der mindestens einen Hilfskontakt aufweist.- Mittels des oder der Hilfskontakte kann die Uberwachungsfunktion geschaltet werden.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ohne Schwierigkeiten so ausgebildet werden, daß sie irgendwelche gewünschten Uberwachungsfunktionen einzeln oder in Kombination bei jedesmaligem Ansprechen ausübt. In manchen Fällen ist es zweckmäßig, sie so auszubilden, daß sie bei bed,esmaligem Ansprechen die Energiezufuhr zur Maschine sofort unterbricht. Bei Verwendung von handelsüblichen Motorschutz schaltern bzw.Sicherungsautomaten als Abschaltvorrichtung kann dann die Bedienungsperson sofort aufgrund des oder der herausgesprungenen Druckknöpfe des Ectorschutzschalters bzw. Sicherungsautomaten ersehen, daß dieser das Abschalten bewirkt hat und demzufolge die Bürsten ausgewechselt werden müssen.
• In manchen Fällen ist es nicht erwünscht, daß die Abschaltvorrichtung bei jedesmaligem Ansprechen sofert die betreffende elektrische Maschine abschaltet, da hierdurch unter Umständen unerwünschte Produktionsunterbrechnungen eintreten können. In solchen Fällen kann mit besonderem Vorteil vorgesehen sein, daß die Abschaltvorrichtung im Gefolge ihres Ansprechen einen Stromkreis beeinflußt, der ein Wiedereinschalten der Maschine nach normalem, betriebsmäßigem Abschalten verhindert. Die Maschine wird in diesem Fall bei Ansprechen der Abschaltvorrichtung nicht sofort abgeschaltet, diese Abschaltvorrichtung bewirkt vielmehr, daß ein Stromkreis so vorbereitet wird, daß die Hasdine, nachdem sie zu einem späteren Zeitpunkt aufgrund normaler betriebsmäßiger Vorgänge abgeschaltet wurde, arsch' ieeLP nicht mehr eingeschaltet werden kann.
• Die Abschaltvorrichtung kann auch einen Neldestromkrels allein oder in Verbindung mit vorgenannten Funktionen einschalten, der optischeund/oder akkustische oder sonstige Signale gibt.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispielc der Erfindung dargestellt.
• Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer elektrischen C-lenchstromaschine mit zugeordneter Überwachungsvorrichtung, Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine Borste der Maschine nach Fig. 1 in Vergrößerter Darstellung, Fig. 3 eine Variante einer schaltungstechnischen Eirzelheit der Fig. 1.
• Der in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Gleichstrommotor kann bspw. der Antriebsmotor einer i'ertigungsnaschire sein, vorzugsweise einer Streckzwirnmaschine. Dieser Motor 10 weist zwei Bürsten 11, 12 auf, von deren der gemäß Fig. 2 mit einem in sie eingesetzten Verschleißfühler 13 versehen ist, der aus elektrisch leitfähigem Material, bspw. Kupfer oder dergleichen besteht und gegenüber der Bürste durch eine Isolation 14 elektrisch isoliert ist. Dieser Verschleißfühler 17 ist ein Metallstift oder Metalldraht. Die Bürsten 11, "2 werden von einen Drehstromnetz 15 aus über eine Gleichrichtelschaltung 16 mit positiver bzw. negativer Spannung beaufschlagt. Jeder der beiden Verschlei~fühler ist an je einen Kurzschlußstromkreis 17, 17' angeschlossen, von denen jeder zu einem unterschiedlichen der drehstromführenden PhasenleihaS, T, R des Speisespannungsnetzes führt, und zwar durch die durch die Pfeile 19, 19' angedeuteten Stromspulen (Kurzschlußspulen) eines handelsüblichen Motorschutzschalters 20 hindurch, wobei die Stromführung auch über die Kontakt 21, 21 dieses Motorschutzschalters führt, so daß bei nedesmaligem Ansprechen dieses Notorschutzschalters die seinen Schaltvorgang bewirkenden KurzschlußleitunEcn durch Öffnen der Kontakte 21, 21' unterbrochen werden. Dieser Schalter 20 hat handelsüblieh drei Hauptschaltglieder, von denen für die vorliegende Überwachung nur zwei benutzt werden. Da dieser Motorschutzschalter von üblicher Bauart ist, ist er nicht in aller Einzelheiten dargestellt. Mit 22 ist das Schloß (Schaltschloß) und mit ?7 ein Hilfskontakt dieses Schalters 20 bezeichnet. Das Schloß 22 dient dem Offenhalten der kontakte dieses Sotorschutzschalters, wenn sie durch einen Kurzschlußstrom geöffnet wurden. Der Hilfskontakt 23'dient dem Auslösen einer Überwachungsfunktion hier dem Ausschalten des Motors 10.
• Die Arbeitsweise dieser Überwachungsvorrichtung 20 ist wie folgt: Wenn einer der Verschleißfühler 13 in Kontakt mit einem Schleifring oder Kollektor des Gleichstrommotors 1C kommt, dann entsteht ein Kurzschluß über die an den hetreffenden Verschleißfühler 13 angeschlossene Kurzschlußleitung 17 oder 17', d.h.,es wird die betreffende, nicht dargestellte, durch den Pfeil 19 bzw. 19' symbolisierte Magnetspule des Fiotorschutzschalters 20 von dem Kurzschlußstrom durchflossen und hierdurch sämtliche dargestellten Kontakte des Motorschutzschalters 20 geöffnet und mittels des Schlosses 22 mcchanisch in der Offenstellung gehalten, dh., bleibend geöffnet.
• In diesem Ausführungsbeispiel ist der Hilfskontakt 2T des Schalters 20 ein normalerwise geschlossener Kontakt des Steuerspannungskreises 25 des Hauptschützen 26 Ges Motors 10, und, sobald dieser Hilfskontakt 23 geöffnet wird, wird der Steuerstromkreis 25 unterbrochen und der Gleichstrommotor durch öffnen der Kontakte des Schützen 26 abgeschaltet. Um den Ltotor 10 in diesem Falle wieder anlassen zu können, ist es notwendig, zumindest diejenige Bürste auszuwechseln, deren Verschleißfühler den Kurzschluß verursachte. ran wird doch hierbei zweckmäßig sämtliche Bürsten auswechseln. Van kann esin den Motor-schutzschalter 20 von Rand wieder in die Stellung schalten, in der seine Kontakte geschlosser sind, worauf man den Motor 10 wieder anlassen kann.
• In vielen Fällen ist es zweckmäßig, vorzusehen, daP der Gleichstrommotor 10 bei jedesmaligem Ansprechen des Motorschutzschalters 20 nicht sofort abgeschaltet wird, sondern das Ansprechen des Schalters 20 nur gemeldet wird und/oder ein Wiederanlaufen des Glcickstrommotors 10 nach dem nächsten normalen, betrnebsmäßigen Abschalten verhindert wird. Für letztercn Fall ist in Fig. 3 eine einfache Schaltung als Variante einer Einzelheit der Fig. 1 dargestellt. In den Steuerstromkreis 25 des Hauptschützen 26, dessen Magnet spule mit 30 bezeichnet ist, ist der Hilfskontakt 23 des Schalters 20 (Fig. 1) in Reihe mit je einen Ein-Schalter 31 und Aus-Schalter 32 zwischengeschaltet.
• Der Ein-Schalter 31 und der Hilfskontakt 23 sind durch einen lialtestronkreis 33 überbrückt, dessen Haltekontakt 34- von der Magnetspule 30 betätigt wird. Der Hilfskontakt 23 wird bei jedesmaligem Ansprechen des Motorschutzschalters 20 geöffnet. Er ist folglich normalerweise ständig geschlossen. Der Gleichstrommotor 10 (Fig. 1, wird mittels des Ein-Schalters 31 eingeschaltet, woe im Gefolge jedes Einschaltens der Haltekontakt 34 geschlossen wird und bis zum Ausschalten des Motors geschlossen gehalten wird. Durch Betätigung des Aus-Schalters 32 wird der Motor 10 wieder abgeschaltet, wobei auch der Haltekontakt 34 geöffnet wird. Der Ein-Schalter 31 ist ein Taster. Wenn während des Betriebs des Gleichstrommotors 10 der Verschleißfühler 5 in Kontakt mit dem Schleifring oder Kollektor des Gleichstrommotors kommt, öffnet der Notorschutzachalter 20 den Hilfskontakt 23 und hält ihn mittels des chlosres 22 geöffnet. Hierdurch wird der Gleichstrommotor 10 jedoch nicht abgeschaltet, da der Haltekontakt 34 geschlossen bleibt. Wenn die Maschine auf normale Weise mittels des Auschalters 32 ausgeschaltet wird, dann bleibt der Hilfskontakt 23 weiterhin geöffnet und verhindert beim nächsten Betätigen des Einschalters 31 das Einschalten des Motors 10.
• Wie in der Zeichnung dargestellt, kann bevorzugt vorgesehen sein, daß die Verschleißfühler 13 der beiden verschiedenpoligen Bürsten 11, 12 an unterschiedliche Phasenleiter angeschlossen sind. Dies hat unter anderein den Vorteil, daß bei gleichzeitigem Ansprechen der beiden Verschleißfühler die Entstehung eines generatorlschen Bremsstromes in dem Überwachungsstromkreis verhindert wird. Wenn man diese Gefahr des gleichzeitigen Ansprechens von zwei Verschleißfühlern als extrem unwahrscheinlich außer Acht lassen wili, kann man zweckmäßig orseher., daß man die beiden Verschleißfühler an denselben Phasenleiter anschließt, was eine schaltungstechrische Vereirfachung mit sich bringt. Auch kann man in solcher Fällen vorsehen, daß man alle Verschleißfühler über denselben Kontakt des Notorschutzschalters oder sicherungsautomaten führt, das heißt, daß ein einpoliger Motorschutzschalter oder Sicherungsautomat verwendet werden kann, was schon im Hinblick auf den geringen baulichen Aufwand und den geringeren Preis vorteilhaft ist.
• Wie vorstehend beschrieben, ist für die Abschaltvorrichttinr magnetische Auslösung vorgesehen. Diese ist zwar besonders zweckmäßig, doch ist es denkbar, daß man in mancher Fällen auch vorsehen kann, daß die Abschaltvorrichtung anstelle der Magnetspule oder zusätzlich zu der Magnetspule einen thermischen Auslöser aufweist. Die Abschaltvorrichtung kann vorzugsweise als Schloßschalter mit einen oder mehreren thermischen Auslösern ausgebildet sein. Der thermische Auslöser kann von irgendeiner üblichen Bauart sein, bspw.
• ein beheizter Bimetallstreifen sein, der mit dem Schloß zusammenwirkt, oder ein Heißleiter sein, der bei leitend werden die Abschaltung auslöst oder dergleichen.
• Einen solchen Heißleiter kann man, falls erwünscht, in die Motorwicklung mit einwickeln entsprechend wie die eine thermische Überlastung verhindernden Heißleiter.
• Die thermische Auslösung hat vor allen Dingen dann Vortei l.rwenn ein verzögertes Ansprechen erwünscht sein sollte, bspw. um die Ab'schaltvorrichtung nur dann auszulösen, wenn der Überwachungsstromkreis nicht nur kurzzeitig vorübergehend mit Spannung besufsehiagt wird.

Claims (10)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Überwachung des Verschleisses der Bürsten von elektrischen Maschinen, bei der mindestens einer Bürste ein aus leitfähigem. Material bestehender Verschleißfühler zugeordnet ist, der erst bei einer bestimmten Abnutzung der Bürste in Kontakt mit dem Schleifring oder Kommutator der Maschine kommt und dabei einen Überwachungsstromkreis schließt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Überwachungsstromkreis (17,17') einem fremdpotentialfreien Kurzsch1ußstromkreis von der Bürste (11, 12) zu eine: der 'çJechselstrom- oder Drehstromphasenzuleiter (R, S.T ) der maschine entspricht und in ihn die Magnetspule einer Abschaltvorrichtung (20) zwischengeschaltet ist, die bei jedem Ansprechen den Kurzschlußstromkreis öffnet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß allen Bürsten (11, t der Maschine (10) Verschleißfühler (13) zugeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Verschleißfühlern von mindestens zwei Bürsten getrennte Kurzschlußstromkreise zugeordnet sind, die mittels derselben Abschaltvorrichtung (20) abschaltbar sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung ein handelsüblicher Motorschutzechalter (20) ist, vorzugsweise eines mittleren Ansprechatromes der nicht verzögerten elektromagnetischen Uberstromauslöser von maximal 2,5 Ampere.

'5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung ein handelsüblicher Sicherungsautomat ist, der mindestens einen Hilfskontakt aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung bei jedesmaligem Ansprechen die Energie zufuhr zur Maschine sofort unterbricht (Fig. 1).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung (20) im Gefolge ihres Ansprechens einen Stromkreis beeinflußt, der ein Wiedereinschalten der Maschine nach normaler, betriebsmäßigen Abschalten verhindert (Fig. 3).

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dai3 die Abschaltvorrichtung bei jedesmaligem Ansprechen ein optisches und/oder akkustisches Signal auslöst.

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gelrennze-cEnet, dr.1P.

der Motorschutzschalter ein Schloßschalter ist.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehender Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltvorrichtung anstelle der Magnetspule oder zusätzlich zu der Nagnetspule einen thermischen Auslöser aufweist.

L e e r s e i t e