DE3434299C2 - Schleifringanordnung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schleifringanord­ nung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (US-PS 3 314 038).

Bisher wurden Kupferschleifringe in Nuten einer bearbeiteten Aluminiumbasis eingebaut, die aus einer gekneteten Aluminiumplatte oder einem Alumi­ niumgußteil bestand. Zur Befestigung der Kupferschleif­ ringe an der Aluminiumbasis dienten dielektrische Ab­ standshalter aus geeignetem Kunststoff und eingegosse­ ner Epoxyfüllstoff, der als zusätzliches Dielektrikum zwischen den Ringen und als weiteres Mittel zur Befe­ stigung der Ringe an der Basis wirksam war. Es war not­ wendig, die Kupferschleifringe nach der Befestigung auf der Basis zu bearbeiten, um eine Fläche zu erhalten, die eben und zu der Montagefläche auf der Basis paral­ lel ist, damit zur wirksamsten Übertragung von elektri­ scher Energie während der Drehung der Kontakt mit den Bürsten aufrechterhalten bleibt. Durch Verformungen der Aluminiumbasis während der Bearbeitung der Schleifringe haben sich Probleme ergeben. Der Herstellungsprozeß einschließlich des Umgießens der Kupferschleifringe mit Epoxymaterial war kostspielig, weil die Aluminiumbasis spezialbehandelt und die Schleifringe sehr sorgfältig gereinigt werden mußten, um eine ausreichende Haftung und Anordnung der Schleifringe zu erzielen. Das Aushär­ ten des Epoxyharzes in einem Ofen und die Bearbeitung der Ringe nach der Herausnahme aus dem Ofen erhöhten die Herstellungskosten. Außerdem ergaben sich Probleme durch die Verformung der Aluminiumbasis während des Aushärtvorganges. Ferner traten infolge von Kaltlöt­ stellen Schwierigkeiten bei den elektrischen Verbindun­ gen auf.

Die beiden Druckschriften US-PS 3 314 038 und US-PS 3 594 680 beschreiben Schleifringanordnungen, die einan­ der sehr ähnlich sind. Die Basisteile bestehen aus hartem Kunststoffmaterial nicht spezifizierter Zusammensetzung, in dem konzentrische Nuten zur Aufnahme konzentrischer Schleifringe ausgebildet sind. Im Falle der US-PS 3 314 038 erfolgt die Befestigung der Schleifringe in den Nuten durch seitliche Nasen an den Schleifringen, die bajonett­ verschlußartig mit Schlitzungen und Erweiterungen der jeweiligen Nut des Basisteiles zusammenwirken, und durch Festschraubung eines mit dem Schleifring verbundenen An­ satzes in einer nach außen gerichteten Hülse des Basis­ teiles. Die Schraube dient gleichzeitig zur Anklemmung einer elektrischen Leitung. Bei der Schleifringanordnung nach US-PS 3 594 680 ist die bajonettverschlußartige Be­ festigung ersetzt durch Schraubelemente. Jeder Schleif­ ring trägt auf der Oberseite mehrere quaderförmige Klötz­ chen, die in eine Rille der Nut des Basisteiles passen und in deren Innengewindebohrung von außen eine Befesti­ gungsschraube eingeschraubt wird. Einstückig an den Schleifring angeformte kegelstumpfförmige Fortsätze die­ nen in ähnlicher Weise wie zu US-PS 3 314 038 erläutert, zur Einschraubung einer Schraube zur Herstellung der Ver­ bindung zwischen Schleifring und elektrischer Leitung.

Diese beiden bekannten Schleifringanordnungen sind für den Einsatz bei schnellaufenden Maschinenteilen, z. B. dem Haubenboden einer Propelleranordnung, nicht gut geeignet, weil die Schraubverbindung zwischen Basisteil und Schleif­ ringen nicht unbedingt zuverlässig ist. Es besteht die Gefahr, daß während der Relativdrehung von Schleifringen und Bürsten radiale und periphere Kräfte auf die Schleif­ ringe wirken, die auf die Schrauben übertragen und von diesen an das unverstärkte Material des Basisteiles wei­ tergeleitet werden, wodurch es zu Verformungen und/oder Bruchbeschädigungen kommt. Eine korrekte ganzflächige Anlage der Bürsten an die Schleifringe ist nicht mehr gewährleistet und die Stromabnahme wird beeinträchtigt. Bei den bekannten Schleifringanordnungen haben die Mon­ tageteile die Form von vier radial nach außen gerichteten Ohren mit einem Loch. Zur Befestigung der Schleifringan­ ordnungen an einem stationären Maschinenteil mag dies genügen. Die Befestigung an einem rotierenden Maschinen­ teil bedarf haltbarerer und den jeweiligen Verhältnissen anpaßbarer Halteorgane.

US-PS 3 590 171 beschreibt rotierende und stationäre Kol­ lektorringe, die von Schraubenfedern gegeneinanderge­ drückt werden. Die Kollektorringe des rotierenden Teiles sind in einem Trägerkörper aus Polyesterkunststoff ein­ geformt. Die Formhaltigkeit einer solchen Anordnung ist insbesondere bei schnellaufenden Aggregaten unzureichend und der Verschleiß ist enorm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleif­ ringanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so zu optimieren, daß sie sich durch hohe Festigkeit des Basisteiles und zuverlässigen Zusammenhalt von Basisteil und Schleifringen sowie Basisteil und rotierendem Träger­ teil der Maschine auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichne­ ten Merkmale gelöst.

Die Erfindung schafft eine Schleifringanordnung mit hoch­ festem Basisteil aus einem dielektrischen Material. Ein von den Schleifringen radial gerichteter Flansch des Ba­ sisteiles dient der Befestigung des Basisteiles an einem rotierenden Element und die elektrischen Leitungsanschlüs­ se der Schleifringe ragen durch den Basisteil aus dielek­ trischem Material hindurch und tragen zur Befestigung der Schleifringe auf dem Basisteil bei. Die elektrischen Lei­ tungsanschlüsse können aus zusammensteckbaren Stift- und Paßteilverbindungen bestehen. Durch Formung des Basistei­ les aus Verbundmaterial, das durch kreuzweise geschichte­ tes Textilgewebe verstärkt sein kann, ist der Basisteil während der Installation oder während einer eventuellen Bearbeitung unverformbar. Die erfindungsgemäße Schleif­ ringanordnung zeichnet sich durch hervorragende Festig­ keitseigenschaften aus und genügt höchsten Belastungsan­ sprüchen.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 8 definiert.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf das Verfahren nach Anspruch 9 zur Herstellung der Schleifringanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 8.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Schleifringan­ ordnung gemäß der Erfindung, wobei Teile weggebrochen sind, um die Verlegung der Kordfäden in den Textilver­ stärkungslagen zu veranschaulichen,

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linien 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 ist eine geschnittene Teilansicht der Schleifringanordnung nach Fig. 1 und 2, die in einer zweiteiligen Form hergestellt wird,

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf eine abgewandelte Schleifringanordnung gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ist eine vergrößerte Teilansicht im Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 4 und

Fig. 6 ist eine geschnittene Teilansicht ähnlich Fig. 2 zur Darstellung eines abgewandelten elektrischen Anschlusses gemäß der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 bis 3 weist eine Schleifringanordnung 10 einen Basisteil, z. B. einen Schleifringhalter 12 auf, der im wesentlichen Kreisform hat und um eine Drehachse 14 drehbar ist. Der Schleifringhalter 12 ist in einer Frontfläche 18 mit konzentrischen Nuten 16 zur Aufnahme von Schleifringen 20, 22 und 24 versehen. Montageteile, z. B. Flansche 26 und 28, erstrecken sich von den Schleifringen 20, 22 und 24 radial und dienen der Befe­ stigung des Schleifringhalters 12 auf einem rotierenden Teil, z. B. dem Haubenboden einer nicht gezeigten Pro­ pelleranordnung.

Bei der in den Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichten Ausführungsform besteht der Schleifringhalter 12 aus warmhärtbarem Kunststoffverbundmaterial, das in einer geeigneten Form, z. B. einer zweiteiligen Form 30 mit einer oberen Hälfte 32 und einer unteren Hälfte 34, geformt wird. In der unteren Hälfte 34 der Form 30 be­ finden sich Nuten 36, 38, 40, die zu der Drehachse 14 des Schleifringhalters 12 konzentrisch verlaufen und der Positionierung der Schleifringe 20, 22 und 24 die­ nen. Der Schleifringhalter 12 ist ein verstärkter Kör­ per aus Verbundmaterial, der harzimprägnierte Textilla­ gen 42, 44 und 46 enthalten kann, die in gegenseitiger Überlappung aufeinander und in der Form 30 um die Schleifringe 20, 22 und 24 herumgelegt sind. Vorzugs­ weise ist das Harz ein Epoxyharz und die Lagen 42, 44 und 46 bestehen aus einem Glasgewebe mit Kettfäden 48 bzw. 50 bzw. 52. Die Lagen 42, 44 und 46 sind zu den Kordfäden 50 der Lage 44 kreuzweise geschichtet, die in einer anderen Richtung unter einem Winkel von etwa 90° zu der Richtung der Kettfäden 48 und 52 der Lagen 42 und 46 verläuft.

Die Schleifringe 20, 22 und 24 weisen Leitungsanschlüs­ se aus Metall, z. B. Stifte 54 auf, die an den Schleif­ ringen festgeschweißt sein können.

Fig. 3 zeigt, daß die obere Hälfte 32 der Form 30 Öff­ nungen 56 aufweist, durch die die Stifte 54 hindurchra­ gen. Die Stifte 54 können an Stellen, die sich nach der Formung innerhalb des Schleifringhalters 12 befinden, mit Oberflächenprofilierungen, z. B. Gewinden 58, verse­ hen sein, in die während des Formvorganges Harz ein­ dringt, um die Schleifringe 20, 22 und 24 in den Nuten 16 zu halten.

Die Schleifringanordnung 10 wird bei erhöhten Tempera­ turen und Drücken in der Form 30 geformt. Ein geeigne­ tes Material ist ein NEMA (National Electrical Manufac­ turers Association), Qualität G-10 Glasgewebe und Epoxyharzverbundmaterial mit folgenden physikalischen und elektrischen Eigenschaften gemäß ASTM (American Society for Testing Materials, Philadelphia) - Verfah­ ren D229: Rockwell "M" Härte 115, Zugfestigkeit in Fa­ serrichtung 50,000 psi (3,515.4 kg/cm²), spezifischer Widerstand 6×10⁶ megohm-cm, spezifischer Oberflächenwi­ derstand 1×10⁶ megohm.

Während des Formvorganges verklebt das Kupfermaterial der Schleifringe 20, 22 und 24 mit dem Schleifringhal­ ter 12. Wenn die Anordnung 10 aus der Form 30 herausge­ nommen wird, sind die Schleifringe 20, 22 und 24 zu der Drehachse 14 präzise konzentrisch angeordnet. Kontakt­ flächen 60, 62 und 64 der Ringe 20 bzw. 22 bzw. 24 sind eben und zu einer Montagefläche 66 des Schleifringhal­ ters 12 parallel, so daß während des Betriebes bei der Rotation Kontakt mit den Bürsten aufrechterhalten und die Übertragung elektrischer Energie in wirksamster Weise erzielt wird.

Die Stifte 54 besitzen an den außerhalb des Halters 12 befindlichen Enden axial gerichtete zentrale Öffnungen 68 zur Aufnahme von Anschlußdrähten, die dann innerhalb der Stiftwände festgeklemmt werden können, um eine elektrische Verbindung zwischen den Schleifringen 20, 22 und 24 und dem Enteisungsgerät oder dem Kabelge­ schirr herzustellen. Durch den direkten Anschluß wird auch eine separate Klemmleiste überflüssig. Der Schleifringhalter 12 dieser Ausführungsform kann aus dem gleichen Verbundmaterial wie der Haubenboden beste­ hen, so daß der Halter auf dem Propellerhaubenboden durch Verklebung mit dem Verbundmaterial des Bodens befestigt wird.

Fig. 4 und 5 zeigen eine abgewandelte Schleifringanord­ nung 70, bei der ein Basisteil, z. B. ein Schleifring­ halter 72, um eine Drehachse 74 drehbar ist und in ei­ ner Frontfläche 78 konzentrische Nuten 76 aufweist, die Schleifringe 80, 82 und 84 aufnehmen. Der Schleif­ ringhalter 72 kann einen Montageteil in Form eines Flansches 86 aufweisen, der von den Schleifringen 80, 82 und 84 radial einwärts gerichtet ist und der Befe­ stigung des Halters auf einem rotierenden Teil, z. B. dem Haubenboden einer nicht gezeigten Flugzeugpropel­ leranordnung, dient. In den Halter 72 gebohrte Bolzen­ löcher 88 können zur Befestigung des Halters an dem Haubenboden mit Hilfe von Bolzen benutzt werden.

Der Schleifringhalter 72 kann aus dem in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 vorstehend beschriebe­ nen Verbundmaterial geformt sein, wobei die Textilver­ stärkungslagen 90, 92, 94 und 96 mit einem Harz impräg­ niert und unter erhöhten Temperaturen und Drücken ge­ formt werden, wie unter Bezug auf den Schleifringhalter 12 der Ausführungsform der Fig. 1, 2 und 3 erläutert worden ist. Die Schleifringe 80, 82 und 84 sind in die Nuten 76 eingesetzt und in diesen mittels eines geeig­ neten Klebers und metallischer Befestigungsteile, z. B. mit den Schleifringen verschweißter und durch gebohrte Löcher 100 in dem Halter 72 hindurchragender Gewinde­ stifte 98 befestigt. Auf die Stifte 98 sind Flansch­ buchsen 102 aufgeschraubt, deren Flansch 104 in ausge­ kehlte Einsätze 106 in einer Montagefläche 108 des Hal­ ters 72 einfügbar ist. Die Stifte 98 und die Flansch­ buchsen 102 sind Teil metallischer Leitungsanschlüsse für die Schleifringanordnung 70. Wie Fig. 5 zeigt, be­ sitzt jeder Stift 98 eine Öffnung 109 und jede Flansch­ buchse 102 weist eine Öffnung 110 zur Aufnahme eines Drahtes 112 auf, der in die Buchse 102 und den Stift 98 eingeklemmt ist, um eine zuverlässige elektrische Ver­ bindung zwischen den Schleifringen 80, 82, 84 und dem Enteisergerät oder dem Kabelgeschirr zu vermitteln.

Fig. 6 zeigt einen abgewandelten Anschluß mit einem positiven Stiftverbinder 114, der an jeden Schleifring 116, 118 und 120 angeschweißt ist und einen Gewindean­ satz 122 mit Stift 124 aufweist. Eine negative Stift­ aufnahme 126 weist eine Innenöffnung 127 zur Aufnahme des Stiftes 124 auf und ist mit einer Flanschmutter 128 versehen, die auf den Gewindeansatz 122 des positiven Stiftverbinders 114 aufschraubbar ist, um den Stift im Eingriff zu halten. In der negativen Stiftaufnahme 126 ist außerdem eine äußere Öffnung 129 zur Aufnahme eines Anschlußdrahtes 130 ausgebildet, der in den Wänden der Stiftaufnahme 126 festgeklemmt werden kann, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Schleifring 118 gemäß Fig. 6 und dem Enteisungsgerät herzustellen.

Mit der vorstehend erläuterten Konstruktion durchge­ führte Versuche haben gezeigt, daß die Schleifringan­ ordnungen 10 und 70 ausreichende Festigkeit aufweisen, um den während der Drehung der Anordnungen auftretenden Radial- und Ringkräften zu widerstehen. Es ergibt sich eine etwa 20%ige Gewichtsverringerung im Vergleich zu der Anordnung mit einem Schleifringhalter aus Aluminium und Formänderungen infolge von maschineller Bearbeitung entfallen im wesentlichen. Die elektrischen Anschlüsse sind ebenfalls stark verbessert und es ist möglich, das Verbundmaterial des Schleifringhalters 12 mit dem Ver­ bundmaterial des Haubenbodens zu verkleben.

Claims (13)

1. Schleifringanordnung mit einem kreisringförmigen Basisteil aus dielektrischem Kunststoffmaterial, mindestens zwei zum Zentrum des Basisteiles koaxialen Schleifringen, die in je einer Nut des Basisteiles angeordnet und fixiert sind,
elektrischen Anschlüssen, die die Schleifringe mit elektrischen Leitungen verbinden,
und mit einem zu den Schleifringen radial gerichteten Montageteil am Basisteil zu dessen Anbringung an einem um eine Drehachse rotierenden Teil,
dadurch gekennzeichnet, daß der Basisteil (12) ein Verbundmaterial-Formkörper aus durch Textillagen (42, 44, 46) verstärktem Harzmaterial ist, in dessen Nuten (16) die Schleifringe (20, 22, 24) haftend befestigt sind,
daß die elektrischen Leitungsanschlüsse an den Schleifringen (20, 22, 24) angeschweißte Stifte (54) aufweisen, die durch den Basisteil hindurchragen und an einer innerhalb des Basisteiles (12) befindlichen Stelle eine profilierte Oberfläche (58) besitzen, und daß der Montageteil einen kreisförmigen Flansch (26, 28) am inneren und/oder äußeren Umfang des Basis­ teiles (12) aufweist.

2. Schleifringanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Textillage (42, 44, 46) Kettfäden (48, 50, 52) auf­ weist und daß die sich mit den Kettfäden (48, 50, 52) wenigstens einer der Textillagen (42, 44, 46) überlap­ penden Textillagen (42, 44, 46) zu den Kettfäden (48, 50, 52) einer anderen Textillage (42, 44, 46) in an­ derer Richtung verlaufen.

3. Schleifringanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettfäden (48, 50, 52) wenigstens einer der Textil­ lagen (42, 44, 46) in eine Richtung unter einem Winkel von etwa 90° zu den Kettfäden (48, 50, 52) einer anderen Textillage (42, 44, 46) verlaufen.

4. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leitungsanschluß an seinem außerhalb des Basis­ teiles (12) befindlichen Ende eine Öffnung (68) zum Festklemmen von Anschlußdrähten aufweist.

5. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leitungsanschlüsse mit den Schleif­ ringen (80, 82, 84) verschweißte Gewindestifte (98) und Flanschbuchsen (102) aufweisen, die auf die Gewinde­ stifte (98) aufgeschraubt sind.

6. Schleifringanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Flanschbuchse (102) an ihrem dem Flansch (104) entgegengesetzten Ende eine Öffnung (110) zum Fest­ klemmen von Anschlußdrähten aufweist.

7. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder elektrische Leitungsanschluß an dem mit dem Schleifring (116, 118, 120) verschweißten Stift (114) einen positiven Stiftverbinder (124) aufweist, mit dem eine negative Stiftaufnahme (126) passend zusammen­ steckbar ist.

8. Schleifringanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die profilierte Oberfläche des Stiftes (54; 98; 114) gerillt ist.

9. Verfahren zur Herstellung einer Schleifringanord­ nung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der auf einem kreisringförmigen Basisteil konzen­ trische Schleifringe angeordnet und befestigt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) zur Bildung des Basisteiles harzimprägnierte Textilverstärkungslagen in gegenseitiger Überlappung aufeinanderlegt,
• b) zur Schaffung eines einheitlichen Körpers aus dielektrischem Verbundmaterial die harzimprägnierten Textilverstärkungslagen des Basisteiles bei erhöhten Temperaturen aushärtet,
• c) die Schleifringe auf dem Basisteil konzentrisch anordnet und
• d) die Schleifringe an dem Basisteil haftend befe­ stigt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungstextilie Glasfaserfäden enthält und daß als Harz ein Epoxyharz verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schleifringe in konzentrische Nuten einer Form einsetzt, die harzimprägnierten Textilverstärkungsla­ gen in gegenseitiger Überlappung aufeinander und in der Form um die Schleifringe herum legt und den Basis­ teil bei erhöhten Temperaturen und Drücken in der Form aushärtet.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man in den ausgehärteten Basisteil konzentrische Nuten einarbeitet und daß man die Schleifringe in die Nuten einsetzt und in diesen mittels eines Klebers haftend befestigt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Schaffung elektrischer Leitungsanschlüsse die Stifte an die Schleifringe anschweißt und daß zur Be­ festigung der Schleifringe an dem Basisteil die Stifte während des Aushärtens des Basisteiles in diesen ein­ gesetzt werden, damit das Harz in die vertieften Pro­ filierungen auf der Oberfläche der Stifte einfließen kann.