EP0360197B1 - Bürstenhalter - Google Patents
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- EP0360197B1 EP0360197B1 EP89117238A EP89117238A EP0360197B1 EP 0360197 B1 EP0360197 B1 EP 0360197B1 EP 89117238 A EP89117238 A EP 89117238A EP 89117238 A EP89117238 A EP 89117238A EP 0360197 B1 EP0360197 B1 EP 0360197B1
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
- H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
- H01R39/02—Details for dynamo electric machines
- H01R39/58—Means structurally associated with the current collector for indicating condition thereof, e.g. for indicating brush wear
Definitions
- the invention relates to a brush holder according to the preambles of claims 1 and 3.
- Brush holders are intended for electrical machines, with a pressure lever, a roller belt, spiral, screw tension or helical compression spring ensures that the carbon brushes are constantly in contact with a commutator or a slip ring.
- the wear of the carbon brushes must be monitored.
- signal generators on the brush holders in the form of switching elements which emit a signal when there is a certain amount of wear (DE-A-30 13 758, DE-U -87 14 263). So there is a punctual monitoring of the time when the carbon brushes are so worn that a change is necessary.
- measures cannot be ascertained whether the machine itself is working properly, since, as mentioned, only a very specific point in time of carbon brush wear is recorded.
- the object of the present invention is to develop brush holders according to the preambles of claims 1 and 3 so that permanent monitoring of carbon brush wear can be carried out without requiring additional space.
- the pressure element such as the pressure lever or the roller conveyor spring, acts essentially continuously on the signal transmitter, so that signals are dependent on the position of the pressure element, which is a measure of the wear of the carbon brush to obtain, which not only allow statements about the wear, but also about the function of the machine itself.
- Remote monitoring can be carried out using the signals obtained inductively, capacitively or via a resistor, the current signals possibly being compared with stored signals in order to be able to recognize errors occurring in good time.
- wear and therefore machine monitoring does not need to be carried out over the entire travel of the pressure element. Rather, it is possible to carry out monitoring in areas, but then continuously.
- translation elements such as intermeshing toothed rings can be present between the shaft having the tension element or the bracket and the signal transmitter. This results in an increased signal resolution.
- a brush holder 1 which has a brush guide 7, in which a carbon brush 13 is slidably arranged.
- a pressure lever 2 which can be rotated or pivoted about an axis 14, acts with its front end 12 on the carbon brush 13, so that its opposite end 8 continuously abuts the collectors or slip rings of an electrical machine.
- a tension spring 9 acts on the pressure lever 2, which is fastened on the one hand to the housing 6 of the brush holder 1 and on the other hand to the pressure lever 2, for example on pins not specified in any more detail.
- the pressure lever 2 is preferably connected to the housing 6 of the brush holder 1 via journal 16.
- a bracket 3 also extends from the bearing pin 16 and is subjected to a force by means of a spring element, which counteracts the rotary or pivoting movement of the pressure lever 2 in the direction of the carbon brush 13.
- the bracket 3 preferably has a driver such as a toothed ring 4 in the region of the pin 16, which cooperates directly or indirectly with a signal transmitter 11 in the form of, for example, a rotary potentiometer, so as to deliver a signal depending on the position of the bracket 3
- a driver such as a toothed ring 4 in the region of the pin 16
- a signal transmitter 11 in the form of, for example, a rotary potentiometer
- the bracket 3 is preferably U-shaped, with side legs extending from the bearing journal and the web interacting with the pressure lever 2, as is particularly illustrated in FIG. 2.
- FIG. 3 shows a further embodiment of a brush holder 20 which has a carbon brush 22 which is displaceably arranged in a brush guide 21 and on which acts a pressure lever 23 which can be rotated or pivoted about an axis 24.
- a spring element extends from the housing 25 of the brush holder 20, which in e.g. is set in a not shown recess on the pressure lever 23. The direction of pull of the spring element is indicated by the dashed line 26.
- the pressure lever 23 has a section 27 from which a tension element 28 extends, which is connected to a shaft 29 extending from the housing 25, via which a signal transmitter, not shown, such as e.g. Rotary potentiometer can be actuated.
- the shaft 29 can be spring-biased.
- the tension element 28 is designed as a roller band spring. If the pressure lever 23 is now rotated or pivoted in the direction of the brush guide, the pulling element 28 appears to be lengthened, which is noticeable by rotating the shaft 29.
- the teaching according to the invention can also be used to monitor a plurality of brush holders arranged next to one another and to wear the carbon brushes which are displaceably arranged in them, as will be illustrated purely schematically with reference to FIG. 4.
- four brush holders 30, 31, 32 and 33 are arranged side by side.
- the carbon brushes shown act in each case separate pressure elements such as pressure levers, spring elements such as a roller-type spring of a known type.
- the wear of the carbon brushes can now be monitored via tension elements 34, 35, 36 and 37 starting from these pressure elements.
- the tension elements 34, 35, 36, 37 are connected to a shaft 38, which in the exemplary embodiment interacts with a rotary potentiometer 39 in such a way that different signals are obtained depending on the position of the shaft 38.
- the shaft 38 can be spring-biased.
- the tension elements 34, 35, 36, 37 can be designed as band springs.
- FIG. 5 shows a brush holder 40 with a brush guide 42 running in a housing 41, in which a carbon brush 43 is slidably arranged.
- the pressure element acting on the carbon brush 43 is a roller band spring 44, which starts from a U-shaped or V-shaped bracket 46 which is latched into a pocket 45 of the housing 41.
- a traction element 47 extends from the roller band spring 44 and acts on a signal transmitter such as a rotary potentiometer 48 so as to obtain different signals from the signal transmitter 48 depending on the position of the roller belt spring, which is a measure of the wear of the carbon brush 43 which enables monitoring of the wear of the carbon brush 43.
- a leg 49 of the holder 46 from which the roller band spring 44 extends, which acts on the carbon brush 43, not shown.
- the traction element starting from the roll band spring 44 such as, for example, rope, cord, roll band or the like, is in the form of the signal generator 48 Rotary potentiometer connected.
- this takes place in that a spring-biased disc-shaped element 51 is arranged on a shaft 50 of the rotary potentiometer 48 and is connected to the roller band spring 44 via the tension element 47.
- the disc element 51 with the tension element 47 can of course also be replaced by a roller band spring that starts directly from the shaft 50 or the roller band spring 44.
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- Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Bürstenhalter nach den Oberbetriffen der Ansprüche 1 und 3.
- Bürstenhalter sind für elektrische Maschinen bestimmt, wobei ein Druckhebel, eine Rollband-, Spiral-, Schraubenzug- oder Schraubendruckfeder sicherstellt, daß die Kohlebürsten ständig gegen einen Kommutator oder einen Schleifring anliegen. Um einen Stillstand oder eine Beschädigung des Motors zu unterbinden, muß der Verschleiß der Kohlebürsten überwacht werden. Um aufwendige Zwischenkontrollen zu vermeiden, durch die ein rechtzeitiges Wechseln der Kohlebürsten erkannt wird, ist es bekannt, an den Bürstenhaltern Signalgeber in Form von Schaltelementen vorzusehen, die bei einem bestimmten Verschleiß ein Signal abgeben (DE-A-30 13 758, DE-U-87 14 263). Es erfolgt also eine punktuelle Überwachung des Zeitpunktes, wann die Kohlenbürsten so abgenutzt sind, daß ein Wechsel erforderlich ist. Durch entsprechende Maßnahmen kann jedoch nicht festgestellt werden, ob die Maschine selbst ordnungsgemäß arbeitet, da erwähntermaßen nur ein ganz bestimmter Zeitpunkt des Kohlebürstenverschleisses erfaßt wird.
- Aus der DE-C 662 780 bzw. DE-A 25 38 922 sind Elektromotoren mit einer optischen Bürstenverschleißanzeige bekannt. Allerdings kann der Veischleiß nur unmittelbar an dem Motor, also vor Ort kontrolliert werden. Dies ist jedoch nur möglich, wenn die Elektromotoren frei zugänglich sind.
- Aus dem "Patent Abstracts of Japan", Vol 10, No. 113 (E-433) (2311) vom 2. September 1986 ist eine Verschleißanzeige zur gleichzeitigen Überwachung mehrerer Kohlebürsten gemaß den Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 3 bekannt. Hierzu wird ein Draht über auf die Kohlebürsten einwirkende Stäbe gespannt, der mit einem Gewicht beschwert ist, dessen Verstellung ein Maß für den Verschleiß ist.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Bürstenhalter nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3 so weiterzubilden, daß eine permanente Überwachung des Kohlebürstenverschleißes vorgenommen werden kann ohne daß ein zusätzlicher Raumbedarf besteht.
- Die Aufgabe wird durch die den Kennzeichen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 3 zu entnehmenden Maßnahmen gelöst. Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Erfindungsgemäß wirkt das Druckelement wie Druckhebel oder Rollbandfeder im wesentlichen fortwährend auf den Signalgeber ein, um so in Abhängigkeit von der Position des Druckelements, die ein Maß des Verschleisses der Kohlebürste ist, Signale zu erhalten, die nicht nur über den Verschleiß, sondern auch über die Funktion der Maschine selbst Aussagen ermöglichen. Durch die induktiv, kapazitiv oder über einen Widerstand gewonnenen Signale kann eine Fernüberwachung erfolgen, wobei die aktuellen Signale gegebenenfalls mit gespeicherten verglichen werden, um rechtzeitig auftretende Fehler erkennen zu können. Selbstverständlich braucht die Verschleiß- und damit Maschinenüberwachung nicht über den gesamten Stellweg des Druckelementes erfolgen. Vielmehr kann eine bereichsweise, dann jedoch kontinuierliche Überwachung durchgeführt werden.
- Um auf einfache Weise genaue Aufschlüsse über den Verschleiß der Kohlebürste zu erhalten, können zwischen der das Zugelement aufweisenden Welle bzw. den, Bügel und dem Signalgeber Übersetzungselemente wie kämmende Zahnkränze vorhanden sein. Hierdurch erfolgt eine erhöhte Signalauflösung.
- Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen -für sich und/oder in Kombination-, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht eines Bürstenhalters mit unverbrauchter Kohlebürste,
- Fig. 2
- eine Seitenansicht des Bürstenhalters nach Fig. 1 mit teilweise verschlissener Kohlebürste,
- Fig. 3
- eine weitere Ausführungsform einer Kohlebürste mit Verschleißüberwachung,
- Fig. 4
- eine Rückenansicht eines Mehrfachbürstenhalters im Ausschnitt,
- Fig. 5
- eine weitere Ausführungsform eines Bürstenhalters mit Verschleißüberwachung,
- Fig. 6
- eine Detaildarstellung der Kohlebürstenverschleißüberwachung nach Fig. 5 und
- Fig. 7
- eine Draufsicht auf den Ausschnitt nach Fig. 6.
- In den Figuren, in denen gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, sind verschiedene Bürstenhalter in an und für sich bekannter Bauart dargestellt, die mittels erfindungsgemäß vorgeschlagener konstruktiver Änderungen die Möglichkeit bieten, den Verschleiß der Kohlebürsten im gewünschten Umfang permanent zu überwachen bzw. zu verfolgen.
- In den Fig. 1 und 2 ist ein Bürstenhalter 1 dargestellt, der eine Bürstenführung 7 aufweist, in der eine Kohlebürste 13 verschiebbar angeordnet wird. Dabei wirkt ein um eine Achse 14 dreh- oder verschwenkbarer Druckhebel 2 mit seinem vorderen Ende 12 auf die Kohlebürste 13, damit diese mit ihrem abgewandten Ende 8 fortwährend an den Kollektoren bzw. Schleifringen einer elektrischen Maschine anliegen. Um den Druck auszuüben, wirkt auf den Druckhebel 2 eine Zugfeder 9 ein, die zum einen an dem Gehäuse 6 des Bürstenhalters 1 und zum anderen an dem Druckhebel 2 z.B. an nicht näher bezeichneten Zapfen befestigt ist. Der Druckhebel 2 ist vorzugsweise über Lagerzapfen 16 mit dem Gehäuse 6 des Bürstenhalters 1 verbunden. Von den Lagerzapfen 16 geht ferner ein Bügel 3 aus, der mittels eines Federelementes eine Krafteinwirkung erfährt, die der Dreh- bzw. Schwenkbewegung des Druckhebels 2 in Richtung auf die Kohlebürste 13 entgegengerichtet ist. Der Bügel 3 weist vorzugsweise im Bereich des Zapfens 16 einen Mitnehmer wie z.B. Zahnkranz 4 auf, der mittelbar oder unmittelbar mit einem Signalgeber 11 in Form von z.B. eines Drehpotentiometers zusammenwirkt, um so in Abhängigkeit von der Stellung des Bügels 3 ein Signal zu liefern, das Aufschluß über den Verschleiß der Kohlebürste 13 gibt; denn je weiter der Druckhebel 2 gedreht bzw. verschwenkt ist, also sich in Richtung der Bürstenführung 7 bewegt bzw. in diese eintaucht (Fig. 2), um so mehr wird der Bügel 3 entgegen der auf diesen eingreifenden Federkraft -im Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn-verschwenkt, wodurch wiederum der Signalgeber 11 aufgrund des Zusammenwirkens mit dem Übertragungselement 4 beeinflußt wird. Durch diese Maßnahmen ist eine kontinuierliche Überprüfung der Kohlebürste 13 möglich, so daß nicht nur rechtzeitig erkannt wird, wann ein Auswechseln der Kohlebürste 13 erforderlich ist, sondern auch z.B. bei einem ungewöhnlichen hohen Verschleiß Rückschlüsse auf Fehler der elektrischen Maschine gewonnen werden können.
- Der Bügel 3 ist vorzugsweise U-förmig ausgebildet, wobei Seitenschenkel von den Lagerzapfen ausgehen und der Steg in Wechselwirkung mit dem Druckhebel 2 tritt, wie insbesondere die Fig. 2 verdeutlicht.
- In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Bürstenhalters 20 dargestellt, der eine in einer Bürstenführung 21 verschiebbar angeordnete Kohlebürste 22 aufweist, auf die ein Druckhebel 23 einwirkt, der um eine Achse 24 dreh- bzw. verschwenkbar ist. Um eine Kraft von dem Druckhebel 23 auf die Kohlebürste 22 hervorzurufen, um also sicherzustellen, daß diese permanent an den Kollektoren bzw. Schleifringen einer elektrischen Maschine anliegen, geht von dem Gehäuse 25 des Bürstenhalters 20 ein Federelement aus, das in z.B. in einer nicht dargestellten Aussparung an dem Druckhebel 23 festgelegt wird. Die Zugrichtung des Federelementes ist durch die gestrichelte Linie 26 angedeutet. Der Druckhebel 23 weist in dem der Kohlebürste 22 abgewandten Bereich einen Abschnitt 27 auf, von dem ein Zugelement 28 ausgeht, das mit einer von dem Gehäuse 25 ausgehenden Welle 29 verbunden ist, über die ein nicht dargestellter Signalgeber wie z.B. Drehpotentiometer betätigbar ist. Die Welle 29 kann dabei federvorgespannt sein. Alternativ besteht die Möglichkeit, daß das Zugelement 28 als Rollbandfeder ausgebildet ist. Wird nun der Druckhebel 23 in Richtung der Bürstenführung gedreht bzw. verschwenkt, so verlängert sich scheinbar das Zugelement 28, was sich durch ein Drehen der Welle 29 bemerkbar macht.
- Mittels der erfindungsgemäßen Lehre kann auch eine Überwachung mehrerer nebeneinander angeordneter Bürstenhalter und der Verschleiß der in diesen verschiebbar angeordneten Kohlebürsten erfolgen, wie anhand der Fig. 4 rein schematisch verdeutlicht werden soll. Im Ausführungsbeispiel sind vier Bürstenhalter 30, 31, 32 und 33 nebeneinander angeordnet. Auf die nicht dargestellten Kohlenbürsten wirken jeweils getrennte Druckelemente wie Druckhebel, Federelemente wie Rollbandfeder bekannter Art. Über von diesen Druckelementen ausgehende Zugelemente 34, 35, 36 und 37 kann nun der Verschleiß der Kohlebürsten überwacht werden. Hierzu sind die Zugelemente 34, 35, 36, 37 mit einer Welle 38 verbunden, die im Ausführungsbeispiel mit einem Drehpotentiometer 39 derart zusammenwirkt, daß in Abhängigkeit von der Stellung der Welle 38 unterschiedliche Signale gewonnen werden. Die Welle 38 kann dabei federvorgespannt sein. Alternativ hierzu können die Zugelemente 34, 35, 36, 37 als Bandfedern ausgebildet sein. Mittels der Ausführungsform entsprechend der Fig. 4 können folglich mehrere parallel zueinander angeordnete Bürstenhalter gemeinsam über einen einzigen Signalgeber überprüft werden, wobei das von dem Signalgeber 39 gewonnene Signal dem Stellweg des Druckelementes entspricht, das auf die Kohlebürste einwirkt, die am meisten verschlissen ist.
- In Fig. 5 ist ein Bürstenhalter 40 mit einer in einem Gehäuse 41 verlaufenden Bürstenführung 42 dargestellt, in dem eine Kohlebürste 43 verschiebbar angeordnet ist. Das auf die Kohlebürste 43 einwirkende Druckelement ist im Ausführungsbeispiel eine Rollbandfeder 44, die von einer in einer Tasche 45 des Gehäuses 41 eingerasteten U- bzw. V-förmig gebogenen Halterung 46 ausgeht. Von der Rollbandfeder 44 geht ein Zugelement 47 aus, das auf einen Signalgeber wie Drehpotentiometer 48 einwirkt, um so in Abhängigkeit von der Stellung der Rollbandfeder, die ein Maß für den Verschleiß der Kohlebürste 43 darstellt, unterschiedliche Signale von dem Signalgeber 48 zu gewinnen, durch die eine Überwachung des Verschleisses der Kohlebürste 43 ermöglicht wird.
- Detaildarstellungen einer diesbezüglichen Konstruktion sind den Fig. 6 und 7 zu entnehmen. Man sieht einen Schenkel 49 der Halterung 46, von denen die Rollbandfeder 44 ausgeht, die auf die nicht dargestellte Kohlebürste 43 einwirkt. Das von der Rollbandfeder 44 ausgehende Zugelement wie z.B. Seil, Schnur, Rollband oder ähnliches ist mit dem Signalgeber 48 in Form des Drehpotentiometers verbunden. Dies erfolgt im Ausführungsbeispiel dadurch, daß auf einer Welle 50 des Drehpotentiometers 48 ein federvorgespanntes scheibenförmiges Element 51 angeordnet ist, das über das Zugelement 47 mit der Rollbandfeder 44 verbunden ist. Das Scheibenelement 51 mit dem Zugelement 47 kann selbstverständlich auch durch eine Rollbandfeder ersetzt werden, die unmittelbar von der Welle 50 bzw. der Rollbandfeder 44 ausgeht.
Claims (7)
- Bürstenhalter (1, 20) mit zumindest einer eine Kohlebürste (13, 22) aufnehmenden Bürstenführung (7, 21), einen die Kohlebürste (13, 22) druckbeaufschlagenden Druckelement (2, 23) sowie einem die Abnutzung der Kohlebürste (13, 22) im wesentlichen kontinuierlich erfassenden und über die Bewegung des Druckelements (2, 23) betätigbaren, elektrische Signale erzeugenden Signalgeber (11 39),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckelement als Druckhebel (2, 23) ausgebildet ist, der auf einen gegen die Schwenkbewegung des Druckhebels vorgespannten Bügel (3) oder ein Zugelement (28) einwirkt, der bzw. das seinerseits mit dem induktiv, kapazitiv oder widerstandabhängig arbeitenden oder als Folgeschalter, Drehgeber, Potentiometer oder Weggeber ausgebildeten Signalgeber (11) zusammenwirkt. - Bürstenhalter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenhalter (1, 20) mehrere nebeneinander angeordnete Bürstenführungen (7, 21) mit diesen zugeordneten Druckhebeln (2, 23) aufweist, und daß sämtlichen Druckhebeln (2, 23) ein in den Dreh- bzw. Schwenkweg der Druckhebel (2, 23) sich erstreckender Bügel zugeordnet ist, der auf den Signalgeber (11) einwirkt. - Bürstenhalter (40) mit zumindest einer eine Kohlebürste (43) aufnehmenden Bürstenführung (42), einem die Kohlebürste (43) druckbeaufschlagenden Druckelement (44) sowie einem die Abnutzung der Kohlebürste (43) im wesentlichen kontinuierlich erfassenden, elektrische Signale erzeugenden Signalgeber (48),
dadurch gekennzeichnet,
daß das Druckelement eine Rollbandfeder (44) ist, von der ein Zugelement (47) ausgeht, und daß das Zugelement (47) mit einer drehbar gelagerten Welle (50) verbunden ist, über die der induktiv, kapazitiv oder widerstandsabhängig arbeitende oder als Folgeschalter, Drehgeber, Potentiometer oder Weggeber ausgebildete Signalgeber (39, 48) betätigbar ist. - Bürstenhalter nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (50) federvorgespannt ist. - Bürstenhalter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stellweg des Druckelements (2, 23) über Übersetzungselemente (4, 11) wie kämmende Zahnkränze bzw. -scheiben auf den Signalgeber übertragbar ist. - Bürstenhalter nach zumindest einem der Ansprüche 3 - 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Bürstenhalter (40) mehrere nebeneinander angeordnete Bürstenführungen (42) mit diesen zugeordneten Rollbandfedern (44) aufweist, und daß senkrecht zum Verschiebeweg der Kohlebürste eine Welle (38) verläuft, von denen mit denk Rollbandfedern (44) verbundene Zugelemente (34, 35, 36, 37) ausgehen, über die in Abhängigkeit voll dem Verstellweg der Rollbandfedern (44) die mit einem Signalgeber (39) zusammenwirkende Welle (38) drehbar ist. - Bürstenhalter nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Fernüberwachung für die von dem Signalgeber (11, 39, 48) erzeugten Signale vorgesehen ist.
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