DE4028491A1 - Schleifringsatz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schleifringsatz, bestehend aus einem eine Anzahl Schleifringbahnen aufweisenden Ro­ tor und einem Stator mit einer Ausnehmung, in der ein Bürstenblock, der die Schleifringbahnen federnd kontak­ tierende Bürsten trägt, mittel in den Stator eingedreh­ ter Schrauben befestigt ist.

Schleifringsätze dieser Gattung sind allgemein bekannt. Sie dienen zur Übertragung von analogen oder auch digi­ talen elektrischen Signalen zwischen einem drehbewegli­ chen Teil, mit dem der Rotor des Schleifringsatzes ver­ bunden ist und einem feststehenden Geräte- oder Vorrich­ tungsteil, an dem der Stator befestigt ist. Aus Platz­ gründen sind die Schleifringbahnen und die diese kontak­ tierenden Bürsten häufig sehr schmal und folgen in einem engen Raster von z. B. 1,25 oder 2,5 mm aufeinander. Schleifringsätze mit 20 und mehr Schleifringbahnen sind keine Seltenheit. Es gibt Anordnungen mit außenliegendem Stator und mit innenliegendem Stator. Trotz der durch die genannten, geringen Abstände zwischen den Schleif­ ringbahnen erforderlichen, hohen Positioniergenauigkeit bereitet die Montage der den Schleifringsatz bildenden Teile gewöhnlich keine Schwierigkeiten, vor allem, wenn es sich um einen Schleifringsatz mit außenliegendem Stator handelt, denn die Justierung des Bürstenblocks im Stator kann mittels geläufiger Montagelehren oder -hilfsvorrichtungen, z. B. Führungsstiften, Paßstiften oder dergl. erfolgen, unter der einzigen Voraussetzung, daß die Lage des Rotors relativ zu dem Stator hinrei­ chend genau, also beispielsweise mit einer Toleranz von besser als ±0,1 mm, festliegt.

Erhebliche Schwierigkeiten bereitet allerdings die Mon­ tage des Bürstenblocksträgers, wenn die vorstehend ge­ nannte Voraussetzung nicht erfüllt ist, vor allem dann, wenn es sich um einen Schleifringsatz mit innenliegendem Stator handelt und der Bürstenblock nur von einer Seite her in den von dem Stator umschlossenen, zylindrischen Raum eingeführt werden kann und dann in der in dem Stator vorgesehenen Ausnehmung so fixiert werden muß, daß sich die richtige Zuordnung von Schleifringbahnen zu Bürsten ergibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Schleifringsatz der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, bei dem die korrekte Positionierung des Bür­ stenblocks in Bezug auf die Schleifringbahnen auch dann gewährleistet ist, wenn die Toleranz der axialen Lage des Stators in Bezug auf den Rotor in der Größenordnung des Abstandes der Schleifringbahnen liegt und/oder die Montage des Bürstenblocks "blind", also ohne direkte op­ tische Kontrolle, erfolgen muß.

Eine erste Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 angegeben. Sie beruht auf der Verwendung von zwei in den Rotor eingedrehten Zen­ trierstiften und mit dem Bürstenblock einstückigen Füh­ rungshülsen. Diese stellen sicher, daß der Bürstenblock in Bezug auf den Rotor richtig positioniert ist, bevor die Bürsten zur Auflage auf die Schleifringbahnen gelan­ gen. Eine Beschädigung der empfindlichen Bürsten im Zuge der Montage des Bürstenblocks ist damit ausgeschlossen. Dies ist sehr wichtig, da der Zustand der Bürsten nach erfolgter Montage des Bürstenblocks nicht mehr optisch kontrolliert werden kann. Nach dem Verschrauben des Bür­ stenblocks mit dem Stator werden die Zentrierstifte ent­ fernt.

Eine zweite Lösung der angegebenen Aufgabe ist im Patent­ anspruch 2 angegeben. Sie unterscheidet sich von der ersten Lösung vor allem durch die Verwendung eines Bür­ stenblockhilfsträgers, der die Führungshülsen für die Zentrierstifte aufweist und nach erfolgter Montage ebenso wie die Zentrierstifte entfernt wird. Der Vorteil dieser zweiten Lösung besteht im Verhältnis zu der ersten Lösung darin, daß nach erfolgter Montage kein zusätzlicher Raum oberhalb des Bürstenblocks benötigt wird, dieser Raum also zur Aufnahme weiterer, in keinem Zusammenhang mit der Erfindung stehender Teile frei ist.

In den Ansprüchen 3 bis 6 sind vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Schleifringsätze nach den Ansprüchen 1 und/ oder 2 angegeben.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, geeig­ nete Montageverfahren für diese Schleifringsätze anzuge­ ben.

Der Anspruch 7 bezieht sich auf ein Montageverfahren für einen Schleifringsatz nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 6.

Der Anspruch 8 bezieht sich auf ein Montageverfahren für einen Schleifringsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 6.

In der Zeichnung sind Schleifringsätze nach der Erfin­ dung, hier mit innenliegendem Stator, beispielhaft und vereinfacht dargestellt. Die Fig. 1 bis 3 haben einen Schleifringsatz nach der vorgeschlagenen ersten Lösung zum Gegenstand, die Fig. 4 bis 6 einen Schleifring­ satz nach der vorgeschlagenen zweiten Lösung. Im einzel­ nen zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt entsprechend der Linie A-B in Fig. 2,

Fig. 2 einen Teillängsschnitt entsprechend einer Auf­ sicht auf den Bürstenträger,

Fig. 3 einen Teillängsschnitt entsprechend der Linie C-D in Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt entsprechend der Linie E-F in Fig. 5,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt entsprechend einer Auf­ sicht auf den Bürstenblock und den Bürsten­ blockhilfsträger und

Fig. 6 einen Teillängsschnitt entsprechend der Linie G-H in Fig. 5.

Der in den Fig. 1 bis 3 in verschiedenen Schnitten dargestellte Schleifringsatz umfaßt einen außenliegenden Rotor 1 und einen von diesem konzentrisch umschlossenen, also innenliegenden Stator 2. Der Rotor einerseits und der Stator andererseits sind mit unterschiedlichen, hier nicht dargestellten, weiteren Vorrichtungsteilen verbun­ den. Durch eine geeignete Lagerung, die in Fig. 2 nur schematisch durch das Kugellager 30 symbolisiert ist, ist dafür gesorgt, daß der Rotor und der Stator konzen­ trisch bzw. koaxial zueinander gehalten und geführt sind. Die axiale Positionierung dieser beiden Teile relativ zueinander ergibt sich hingegen erst nach dem Einbau, das heißt nach dem Verbinden mit den genannten, nicht dargestellten, weiteren Vorrichtungsteilen. Die mögliche Abweichung von der Sollposition kann in axialer Richtung im Bereich von Millimetern liegen.

Der Rotor 1 weist innenseitig eine Ausnehmung 1a auf. In dieser Ausnehmung sind eine Anzahl paralleler Schleif­ ringbahnen 3 angeordnet, die durch eine Vergußmasse 40 voneinander elektrisch isoliert sind und mechanisch ge­ halten werden. Die Schleifringbahnen 3 werden durch fe­ dernd vorgespannte, drahtförmige Bürsten 6 elektrisch kontaktiert, die in einem Bürstenblock 5 aus Isolierstoff mechanisch gehalten sind. Jede Bürste 6 ist elektrisch mit einem Schraub- oder Lötanschluß 51 verbunden, der sich auf der zugänglichen Innenseite des Bürstenblocks 5 befindet. Aus Platzgründen sind die zahlreichen Schraub- oder Lötanschlüsse 51 in zwei Reihen versetzt gegenein­ ander angeordnet. Der Bürstenblock 5 ist in einer Aus­ nehmung 2a des Stators 2 befestigt. Wegen der genannten, axialen Lagetoleranz ist die Ausnehmung 2a in axialer Richtung entsprechend größer als die Länge des Bürsten­ blocks 5 bemessen. Aus dem gleichen Grund hat der Bür­ stenblock Langlöcher 8 (siehe Fig. 2), deren lange Achsen parallel zu der Mittelachse des Schleifringsatzes liegen und deren Länge entsprechend dem maximal zulässigen Wert des axialen Versatzes zwischen dem Rotor und dem Stator bemessen ist. Diese Langlöcher 8 werden von Schrauben 7 durchgriffen, die in entsprechende Gewindelöcher des Stators 2 eingedreht sind.

Vor dem Eindrehen der Schrauben 7 muß der Bürstenblock 5 jedoch in seine exakte Position gegenüber dem Rotor 1 gebracht werden, also in diejenige Stellung, in der die Bürsten 6 genau mittig auf die zugehörigen Schleifring­ bahnen 3 zur Auflage gelangen. Hierzu ist der Rotor 1 an einer Stelle 1b (vergl. Fig. 2 und 3), an der sich keine Schleifringbahnen befinden, mit zwei umfangsmäßig beabstandeten Gewindebohrungen 12 (vergl. Fig. 1) ver­ sehen. Der Bürstenblock 5 weist im Abstand der Gewinde­ bohrungen 12 zwei Führungshülsen 9 und 9a auf, unterhalb derer der Stator 2 mit Öffnungen 11 (vergl. Fig. 1) ver­ sehen ist, deren Durchmesser entsprechend dem Maximal­ wert des axialen Versatzes zwischen dem Rotor und dem Stator bemessen ist. Wird nun der Rotor 1 in die in den Figuren gezeigte Drehstellung gebracht, so lassen sich durch die Öffnungen 11 in dem Stator 2 hindurch Zentrier­ stifte 10 in die Gewindebohrungen 12 eindrehen. Erleich­ tert wird dies durch an den Zentrierstiften 10 vorgesehe­ ne Zentrierspitzen und/oder einen Zentrieransatz an jeder der Gewindebohrungen 12. Die Zentrierstifte 10 sind durch die zeichnerisch angedeutete Rändelung so ausgebil­ det, daß sie werkzeuglos ein- und ausgedreht werden können, weisen jedoch zur Vorsorge einen Sechskantkopf auf, der bei Schwergängigkeit das Ausdrehen mittels eines entsprechenden Werkzeuges vereinfacht.

Werden nun die Führungshülsen 9 und 9a des Bürstenblocks 5 zur Deckung mit den Zentrierstiften 10 gebracht, und wird der Bürstenblock 5 sodann in radialer Richtung bis zum Anliegen an dem Stator 1 aufgeschoben, so gelangt der Bürstenblock 5 zwangsläufig in die vorgeschriebene Lage relativ zu dem Rotor 1, in der die Bürsten 6 mittig auf den entsprechenden Schleifringbahnen 3 aufliegen. Erleichtert wird dies noch dadurch, daß die Führungsboh­ rung 10a der Führungshülse 9a das Profil eines Langloches hat, dessen lange Achse in einer Durchmesserebene liegt. Die Schrauben 7 können nun eingedreht werden. Nach dem Ausdrehen der Zentrierstifte 10 ist die Montage abge­ schlossen.

Die Lage der Gewindebohrungen 12 in dem Rotor 1 (und da­ mit der entsprechenden Führungshülsen 9, 9a des Bürsten­ blocks 5) richtet sich selbstverständlich nach den kon­ struktiven Gegebenheiten. Insbesondere muß die Ausnehmung 1a des Rotors 1 (und damit das Raster der Schleifring­ bahnen 3) nicht notwendigerweise an der Stelle 1b (Fig. 2) unterbrochen sein. Vielmehr können die Gewindebohrungen 12 auch außerhalb des von den Schleifringbahnen 3 einge­ nommenen Raumes angeordnet sein, vorzugsweise vor der ersten und nach der letzten Schleifringbahn, in welchem Fall sich die entsprechenden Führungshülsen näherungs­ weise diagonal auf dem Bürstenblock 5 gegenüberstehen.

Der in den Fig. 4 bis 6 dargestellte Schleifringsatz stimmt mit demjenigen nach den Fig. 1 bis 3 überein, mit der Maßgabe, daß zur Montage des Bürstenblocks 5 ein Bürstenblockhilfsträger 20 vorgesehen ist. Dieser ist mit Führungshülsen 22, 22a versehen, die die Aufgabe der Führungshülsen 9 und 9a des Bürstenblocks des Schleif­ ringsatzes nach den Fig. 1 bis 3 übernehmen. Da der Bürstenblockhilfsträger 20 nur zur Montage des Bürsten­ blocks 5 benötigt wird, ragt der Bürstenblock 5 nach ab­ geschlossener Montage praktisch nicht in den Innenraum des Stators 1. Zur Montage des Bürstenblocks 5 wird der Bürstenblockhilfsträger 20 mit diesem über zwei Paßstifte 23 und zwei Rändelschrauben 21 verbunden. Die letzteren durchgreifen je eine Bohrung 20a in dem Bürstenblock­ hilfsträger 20 und sind in ein entsprechendes Gewinde 5a in dem Bürstenblock 5 eingedreht. Die aus dem Bürsten­ block 5 und dem Bürstenblockhilfsträger 20 bestehende Montageeinheit wird dann in gleicher Weise wie im Zusam­ menhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben auf die Zen­ trierstifte 10 aufgeschoben. Nach dem Eindrehen der Schrauben 7 in die Langlöcher 8 des Bürstenblocks 5 wer­ den die Zentrierstifte 10 entfernt und der Bürstenblock­ hilfsträger 20 wird nach dem Ausdrehen der Rändelschrau­ ben 21 von dem Bürstenblock 5 abgenommen.

Claims (8)

1. Schleifringsatz, bestehend aus einem eine Anzahl Schleifringbahnen (3) aufweisenden Rotor (1) und einem Stator (2) mit einer Ausnehmung, in der ein Bürsten­ block (5), der die Schleifringbahnen federnd kontak­ tierende Bürsten (6) trägt, mittels in den Stator eingedrehter Schrauben (7) befestigt ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die von den Schrauben (7) durch­ griffenen Löcher des Bürstenblocks (5) als Langlöcher (8), deren lange Achsen parallel zu der Mittelachse des Schleifringsatzes liegen, ausgebildet sind, daß der Bürstenblock (5) an wenigstens zwei voneinander beabstandeten Stellen, denen keine Schleifringbahnen gegenüberliegen, zwei durchgehende, zueinander parallele Führungshülsen (9, 9a) zur Aufnahme je eines Zentrierstiftes (10) aufweist, und daß jeder der Zen­ trierstifte, eine Öffnung (11) in dem Stator (2) durchgreifend, in eine Gewindebohrung (12) in dem Ro­ tor (1) eindrehbar ist, wobei der Durchmesser der Öffnungen (11) mindestens um den maximal zulässigen Wert des axialen Versatzes zwischen dem Rotor und dem Stator größer als der Durchmesser der Zentrierstifte ist.

2. Schleifringsatz, bestehend aus einem eine Anzahl Schleifringbahnen (3) aufweisenden Rotor (1) und einem Stator (2) mit einer Ausnehmung, in der ein Bürstenblock (5), der die Schleifringbahnen federnd kontaktierende Bürsten (6) trägt, mittels in den Stator eingedrehter Schrauben (7) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Schrauben (7) durchgriffenen Löcher des Bürstenblocks (5) als Lang­ löcher (8), deren lange Achsen parallel zu der Mittel­ achse des Schleifringsatzes liegen, ausgebildet sind, daß der Bürstenblock (5) auf seiner den Schleifring­ bahnen abgewandten Großfläche mit Befestigungsmitteln (21, 23) für einen Bürstenblockhilfsträger (20) ver­ sehen ist, daß der Bürstenblockhilfsträger (20) den Bürstenblock (5) an wenigstens zwei voneinander beab­ standeten Stellen, denen keine Schleifringbahnen ge­ genüberliegen, überkragt, daß an den überkragenden Stellen zwei beabstandete, durchgehende, zueinander parallele Führungshülsen (22, 22a) zur Aufnahme je eines Zentrierstiftes (10) angeordnet sind, und daß jeder der Zentrierstifte, eine Öffnung (11) in dem Stator (2) durchgreifend, in eine Gewindebohrung (12) in dem Rotor (1) eindrehbar ist, wobei der Durchmes­ ser der Öffnungen (11) mindestens um den maximal zu­ lässigen Wert des axialen Versatzes zwischen dem Ro­ tor und dem Stator größer als der Durchmesser der Zentrierstifte ist.

3. Schleifringsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Befestigungsmittel für den Bürstenblock­ hilfsträger (20) aus Paßstiften (23) und mindestens einer Schraube (21) bestehen, die eine Bohrung (20a) in dem Bürstenblockhilfsträger (20) durchgreift und in ein Gewinde (5a) in dem Bürstenblock (5) eindreh­ bar ist.

4. Schleifringsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zentrierstifte (10) werkzeuglos ein- und ausdrehbar ausgebildet sind.

5. Schleifringsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die beiden Führungshülsen (9, 9a; 22, 22a) in derselben Durchmesserebene liegen, und daß die Führungsbohrung (10a) einer der Führungs­ hülsen (22a) das Profil eines Langloches hat, dessen lange Achse ebenfalls in der genannten Durchmesser­ ebene liegt.

6. Schleifringsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Gewindebohrungen (12) in dem Rotor (1) zur Aufnahme der Zentrierstifte (10) einen Zentrieransatz aufweisen.

7. Verfahren zur Montage eines Schleifringsatzes nach einem der Ansprüche 1, oder 4, oder 5, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Positionieren des Rotors in eine Drehstellung relativ zu dem Stator, in der die zur Aufnahme der Zentrierstifte bestimmten Gewindebohrungen in dem Rotor mit den für den Durchtritt der Zentrierstifte vorgesehenen Öffnungen in dem Stator fluchten,
• - Eindrehen der Zentrierstifte in die Gewindeboh­ rungen in dem Rotor,
• - Aufschieben des Bürstenblocks auf die Zentrier­ stifte, bis zum Anschlag des Bürstenblocks an dem Stator,
• - Einsetzen der Befestigungsschrauben für den Bürstenblock in dessen Langlöcher und Eindrehen in die Gewindelöcher des Stators,
• - Ausdrehen der Zentrierstifte aus dem Rotor.

8. Verfahren zur Montage eines Schleifringsatzes nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Positionieren des Rotors in eine Drehstellung relativ zu dem Stator, in der die zur Aufnahme der Zentrierstifte bestimmten Gewindebohrungen in dem Rotor mit den für den Durchtritt der Zentrierstifte vorgesehenen Öffnungen in dem Stator fluchten,
• - Eindrehen der Zentrierstifte in die Gewindeboh­ rungen in dem Rotor,
• - Verbinden des Bürstenblocks mit dem Bürsten­ blockhilfsträger,
• - Aufschieben der Montageeinheit aus Bürstenblock und Bürstenblockhilfsträger auf die Zentrierstifte bis zum Anschlag des Bürstenblocks an dem Stator,
• - Einsetzen der Befestigungsschrauben für den Bürstenblock in dessen Langlöcher und Eindrehen in die Gewindelöcher des Stators,
• - Lösen des Bürstenblockhilfsträgers von dem Bürstenblock,
• - Ausdrehen der Zentrierstifte aus dem Rotor.