DE3509299C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Überwachung der Kohlebürstenabnutzung bei elektrischen Antrieben gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kohlebürsten, die z. B. bei Kommutatormotoren und Gleichstrommaschinen zur Stromzuführung dienen, müssen zum Schutz der Kollektoren bzw. Schleifringe gegen Beschädigungen vor der vollständigen Abnutzung ersetzt werden. Da die Lebensdauer von Kohlebürsten jeweils von der Betriebsart und den Umgebungsbedingungen des eingesetzten Motors abhängt und ohne Gefahr für den Kollektor weitgehendst ausgenutzt werden soll, ist es zweckmäßig, einen gewissen Abnutzungsgrad der Kohlebürsten außerhalb des Antriebes sichtbar zu machen oder das Erreichen einer vorbestimmten Abnutzungsgrenze dem Bedienungs- bzw. Wartungspersonal als Signal zur Verfügung zu stellen.

Es gibt Abschaltkohlebürsten, die bei abgenutzten Kohlebürsten den Antrieb automatisch abschalten. Ohne aufwendige und zeitraubende Zwischenkontrollen ist jedoch unvorhersehbar, wann die Abschaltung und somit Stillegung des Antriebes erfolgt, so daß ungewollte Stillstandszeiten - ggf. auch zu ungewollter Zeit - zwangsweise in Kauf genommen werden müssen.

Aus der DE-OS 25 24 088 ist eine Vorrichtung zum Fühlen der Abnutzung einer Kohlebürste zur Verwendung in Elektromotoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, die eine Lichtquelle und eine fotoelektrische Zelle aufweist. Die fotoelektrische Zelle ist unmittelbar an der Kohlebürste angeordnet, ebenso die Lichtquelle. Eine Abnutzung der Kohlebürste wird angezeigt, wenn die fotoelektrische Zelle Licht von der Lichtquelle empfängt, das durch ein Loch in der Kohlebürste geleitet wird. Der Nachteil dieser Einrichtung ist die unmittelbare Anordnung dieser hochempfindlichen elektrischen bzw. elektronischen Bauelemente im Bereich des Kollektors, die eine ausreichende Abschirmung zwischen den einzelnen Spannungspotentialen, d. h. zwischen dem Spannungspotential der Kohlebürste und dem Spannungspotential der Lichtquelle bzw. der fotoelektrischen Zelle erforderlich macht. Außerdem führt das in der Kohlebürste angeordnete Loch sowohl zu einer mechanischen Schwächung der Bürste als auch zur Erhöhung des elektrischen Widerstandes.

Die Firma Schmitthammer Elektrokohle GmbH, Walpersdorferstr. 33-39, 8540 Schrobach/Nürnberg, vertreibt Kohlebürsten mit Meldeeinrichtungen, die den durch Verschleiß bedingten bevorstehenden Ausfall der Kohlebürsten frühzeitig melden. Dabei erfolgt der Meldekontakt über eine ins obere Ende der Kohlebürste eingebackene Kupferlitze und den Kollektor oder Schleifring. Der Nachteil dieser Meldeeinrichtung besteht darin, daß die Kohlebürste nach der Meldung möglichst nicht wesentlich länger in Betrieb bleiben soll, da die Kupferlitze eine Störung der Patina oder ein Angreifen des Kollektors oder Schleifringkörpers verursachen kann.

Bei einer anderen Meldeeinrichtung derselben Firma soll dieser Nachteil dadurch vermieden werden, daß der Meldekontakt über eine Kohlehilfsbürste erfolgt, die aus demselben Material wie die Hauptkohlebürste hergestellt und in dieser mittels einer Gießharz-Isolationsschicht eingebettet ist. Da die Spannung des Ankerkreises nicht netzpotentialfrei ist, führt die Kohlehilfsbürste auch Netzpotential, weshalb eine sehr aufwendige Auswerteschaltung erforderlich ist. Beim Durchschleifen der Isolationsschicht kann das Gießharz - je nach Zusammensetzung und Härte - unerwünschte Schmierspuren oder Spurrillen auf dem Kollektor hinterlassen.

Außerdem sind elektrische Bürstenüberwachungen bekannt - beispielsweise aus der DE-OS 25 27 303 - bei denen am Kohlebürstenhalter mechanische Kontakte angebracht sind, die über eine elektronische Schaltung abgefragt werden und bei bestimmter Bürstenlänge den Antrieb abschalten. Abgesehen vom erforderlichen Schaltungsaufwand für die Auswertung können die, mechanisch an der Kohlebürste reibenden oder auf diese drückenden Kontakte das automatische Nachschieben der Kohlebürste beeinträchtigen, z. B. durch Verklemmen derselben oder durch Veränderung der Kennlinie der Anpreßfeder.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine automatische, kontinuierliche und absolut verschleißfreie Kontrolle der Kohlebürsten von Antrieben - insbesondere an Druckmaschinen - zu schaffen, mit welcher die Abnutzungs- und Verschleißzustände der Kohlebürsten vor Erreichen ihrer Abnutzungsgrenze zwecks Vermeiden jeglicher Beschädigung des Kollektors bzw. Schleifringes derart rechtzeitig signalisiert werden, daß ein unmittelbares Abschalten des Antriebes nicht erforderlich ist und der Austausch der Kohlebürsten noch während des laufenden Antriebes vorbereitet werden kann.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Vorrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die kontinuierliche kontaktlose Überwachung der Kohlebürsten erlaubt deren Zustandserkennung ohne aufwendige Zwischenkontrolle und eine frühestmögliche Signalisierung der höchstzulässigen Kohlebürstenabnutzung bei schaltungsmäßig einfachster Auswertung, wodurch jegliche Beschädigung des Kollektors wirkungsvoll ausgeschlossen wird und genügend Zeitreserve zur Vorbereitung des Kohlebürsten-Austausches ohne das Erfordernis eines antriebsbedingten Maschinenstillstandes verbleibt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Erfindungsgedankens zeichnet sich dadurch aus, daß die Signaleinrichtung optoelektrischer Bauart ist, und die Überwachung der Kohlebürste kontaktlos mittels eines Lichtsignales erfolgt.

Damit eine klare Potentialtrennung zwischen Anker- und Meldekreis erreicht wird, ist in besonderer Ausgestaltung der Erfindung die optische Signaleinrichtung als Lichtleiteroptik ausgebildet. Da die Lichtleiter elektrisch nicht leitend sind, können sie deshalb problemlos an die im allgemeinen hohe elektrische Spannung führenden Kohlebürsten herangeführt werden. Außerdem können sie unmittelbar zur Lichtsignalabgabe an das Wartungs- bzw. Bedienungspersonal benutzt werden, so daß zusätzliche Signaleinrichtungen nicht vonnöten sind.

In zweckmäßiger Fortführung des Erfindungsgedankens ist zur Spannungsversorgung der Lichtquelle der optoelektrischen Signaleinrichtung eine motorinterne Spannungsquelle vorgesehen, wodurch man vollkommen unabhängig von einer externen Spannungsversorgung ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das eine Ende der Lichtleiteroptik in dem seitlichen Durchbruch des Kohlebürstenhalters der Kohlebürste gegenüberstehend angeordnet, wobei ein Lichtleiter mit der über eine Feldwicklung des zu überwachenden Motors spannungsgespeisten Lichtquelle verbunden und der andere Lichtleiter als an die Oberfläche des Motorgehäuses führende Reflexlichtsonde ausgebildet ist. Die Lichtleiter ermöglichen einerseits die entfernte Anbringung der Lichtquelle von der Kohlebürste und andererseits die Ausführung der Reflexlichtsonde aus dem Motorgehäuse an jeder von außen gut einsichtigen Stelle.

Um eine zeitlich klar definierte Signalabgabe bei Erreichen der vorbestimmten Kohlerestlänge zu erzielen, ist in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die der Signaleinrichtung zugewandte Oberfläche der Kohlebürste und/oder Innenseite des Kohlebürstenhalters zumindest teilweise reflexlichtfördernd ausgebildet, vorzugsweise gefärbt.

Je nach Bedarfsfall ist es möglich, daß das Warnsignal optischer und/oder akustischer Art ist.

Die Erfindung sowie deren Vorteile sind in der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels im einzelnen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Signaleinrichtung nach der Erfindung mit einer neuen Kohlebürste und

Fig. 2 einen Ausschnitt aus Fig. 1, jedoch mit abgenutzter Kohlebürste zum Zeitpunkt der Signalabgabe.

Wie in Fig. 1 vereinfacht dargestellt, ist in bekannter Weise beispielhaft an einem Kollektor 1 eines Gleichstrommotors eine in einem Kohlebürstenhalter 2 allseitig geführte Kohlebürste 3 angestellt. Die Kohlebürste 3 wird mittels einer Druckfeder 4 an den Kollektor 1 angepreßt. Der Kohlebürstenhalter 2 ist auf einer Seite mit einem Durchbruch 5 versehen, in dem eine kontaktlos arbeitende Signaleinrichtung 6 optoelektrischer Bauart angeordnet ist.

Als Signaleinrichtung 6 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Lichtleiteroptik vorgesehen, deren einer Lichtleiter 7 von einer Lichtquelle 8 gespeist wird und deren anderer Lichtleiter 9 als Reflexlichtsonde ausgebildet ist, der an jeder beliebigen, vom Wartungspersonal gut einsichtigen Stelle aus einem Motorgehäuse 10 herausgeführt werden kann. Vorzugsweise wird dabei eine flexible Faseroptik zum Einsatz kommen. Alternativ oder zusätzlich kann eine akustische Warneinrichtung 11 am Motorgehäuse 10 vorgesehen werden. Zwecks Unabhängigkeit von einer äußeren Spannungsversorgung wird die Lichtquelle 8 vorzugsweise von einer motorinternen Spannungsquelle 12 gespeist. Hierzu wird die Feldwicklung des zu überwachenden Motors abgegriffen, wobei ein Widerstand 13 der Lichtquelle 8 vorgeschaltet ist.

Die Funktionsweise der zuvor beschriebenen Einrichtung ist nachfolgend näher erläutert.

Die Lichtquelle 8, die von der Erregerspannung der Feldwicklung 12 versorgt wird, sendet Licht in den einen Lichtleiter 7 der Lichtleiteroptik 6. Solange das Ende der Lichtleiteroptik 6 bzw. deren Reflexlichtsonde 9 der graphitfarbenen Kohlebürste 3 gegenübersteht, wird das von der Lichtquelle 8 ausgesandte Licht von der Kohlebürstenoberfläche relativ stark absorbiert, so daß kein Licht in die an die Oberfläche des Motorgehäuses 10 führende Reflexlichtsonde 9 gelangen kann. Mit zunehmender Abnutzung wird die Kohlebürste 3 kürzer und deren oberes Ende verschiebt sich in Richtung gegen den Kollektor 1.

Sobald jedoch die Kohlebürste 3 bis zu einer vorbestimmten Kohlebürstenrestlänge 14 verbraucht ist, die man zweckmäßigerweise ein gewisses Maß vor deren absolute Abnutzungsgrenze legen wird, bei der der Antrieb zwecks Vermeidung von Zerstörungen zwangsweise abgeschaltet werden muß, nimmt die Kohlebürste 3 die in Fig. 2 gezeichnete Stellung unterhalb des Durchbruchs 5 im Kohlebürstenhalter 2 ein. Dadurch kann das von der Lichtquelle 8 erzeugte Licht in den Innenraum des Kohlebürstenhalters 2 oberhalb der verbrauchten Kohlebürste 3 gelangen und wird dort auf der gegenüberliegenden Innenseite des Kohlebürstenhalters 2 reflektiert.

Zwecks besserer Reflexion der von der Lichtleiteroptik ausgesandten Lichtstrahlen kann die die Lichtstrahlung reflektierende Innenseite des Kohlebürstenhalters 2 reflexlichtfördernd ausgebildet, vorzugsweise hell eingefärbt sein.

Das reflektierte Licht wird über die Reflexlichtsonde 9 an die Oberfläche des Motorgehäuses 10 übertragen, so daß an der dort herausragenden Reflexlichtsonde 9 ein heller Lichtpunkt erscheint. Selbstverständlich ist es möglich, das Lichtsignal zu verstärken, bzw. alternativ oder zusätzlich in ein akustisches Signal umzusetzen und mittels der akustischen Warneinrichtung 11 dem Wartungspersonal zu signalisieren.

Es ist weiterhin möglich, daß anstelle der Lichtleiteroptik ein einfaches optisches Plexiglasformteil zur Anwendung kommt; bei beiden ist die Auswerteschaltung unabhängig vom Netzpotential. Ebenso ist es möglich, anstatt der Reflexlichtsonde 9 im Durchbruch 5 ausschließlich einen optoelektrischen Sender und in einem weiteren Durchbruch auf der gegenüberliegenden Seite des Kohlebürstenhalters 2 den zugehörigen optoelektronischen Empfänger, z. B. eine Fotodiode, vorzusehen. Außerdem deckt der Rahmen der Erfindung die Spannungsversorgung der Lichtquelle 8 über eine motorexterne Spannungsquelle ab.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur berührungslosen Überwachung der Kohlebürstenabnutzung bei elektrischen Antrieben, mit einem optischen Schaltelement, enthaltend eine Lichtquelle zur Erzeugung eines Warnsignals, dadurch gekennzeichnet, daß diese Überwachung an zumindest einer Kohlebürste (3) vorgesehen ist und eine Lichtanzeige sowie wenigstens einen Lichtleiter (7, 9) zur Führung des von der Lichtquelle (8) erzeugten Lichts zu dem die zu überwachende Kohlebürste (3) enthaltenden Bürstenhalter (2) und zur Führung des von dem Bürstenhalter (2) zur Lichtanzeige verlaufenden Lichts aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seitlich in einem Durchbruch (5) eine die Lichtleiter (7, 9) beinhaltende Signaleinrichtung (6) des Kohlebürstenhalters (2) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Spannungsversorgung der Lichtquelle (8) der Signaleinrichtung (6) eine motorinterne Spannungsquelle (12) vorgesehen ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der Signaleinrichtung (6) in dem seitlichen Durchbruch (5) des Kohlebürstenhalters (2) der Kohlebürste (3) gegenüberstehend angeordnet ist, wobei ein Lichtleiter (7) mit der über eine Feldwicklung (12) des zu überwachenden Motors spannungsgespeisten Lichtquelle (8) verbunden und der andere Lichtleiter (9) als an die Oberfläche des Motorgehäuses (10) führende Reflexlichtsonde ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die der Signaleinrichtung (6) zugewandte Oberfläche der Kohlebürste (3) und/oder Innenseite des Kohlebürstenhalters (2) zumindest teilweise reflexlichtfördernd ausgebildet, vorzugsweise gefärbt ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warnsignal optischer und/oder akustischer Art ist.