WO2001091251A2 - Halte- und kontaktierungsvorrichtung für schleifkontakte; leiterplatten-bürstenblock - Google Patents

Halte- und kontaktierungsvorrichtung für schleifkontakte; leiterplatten-bürstenblock Download PDF

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Herbert Staffler
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    • 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
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    • H01R39/38—Brush holders
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    • 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
    • H01R39/64—Devices for uninterrupted current collection

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the galvanically coupled transmission of electrical signals.
  • Such arrangements are known under the term grinding tracks or, in the case of rotary movements, as slip rings.
  • the contact system mostly consists of metallic slideways, which are in galvanic contact with so-called brushes.
  • These brushes can be simple metal wires, metal braids or also sintered materials, which generally contain electrically conductive and lubricable components.
  • the respective brush types are selected according to the task.
  • Metal wire brushes are generally very well suited for slow running speeds at low currents. At higher currents or at higher speeds, so-called coals are generally used. These usually consist of a sintered material which contains graphite and conductive materials such as copper or silver. Other combinations are known which contain Teflon as a lubricant.
  • quiver stands for a brush holder, which is usually designed as a tube with a rectangular or square cross section and is used to guide the coal so that it can only be moved in one axis.
  • Wire brushes are particularly easy to attach, as these can easily be soldered according to the state of the art in printed circuit boards or 'pressed.
  • the holders for carbon brushes are generally much more complex, since on the one hand they have to be designed for higher currents and on the other hand they should enable the brush to be guided in a stable manner over several axes.
  • An arrangement in which the coal is held in a holder constructed on a plate is described in European patent application EP 0928051 A2. Such arrangements are primarily designed for use in electric motors. In this application, a relatively small number of coals run on a collector. If the coals are worn out, it is easy to replace a few coals individually.
  • a slip ring system can contain well over 100 coals. Does such a large number of coals have to be exchanged and even contacted again, this means a considerable amount of time.
  • the invention is therefore based on the object of presenting an arrangement which enables simple maintenance or simple replacement of the coals even with high numbers of coal.
  • coal holders are arranged on a common carrier plate.
  • the carrier plate itself can be a mechanically stable plate made of electrically conductive material or else made of an insulating material with a device for electrical contacting.
  • the circuit board together with the carbon holders attached to it is arranged in such a way that it can be replaced as an assembly. This significantly reduces the maintenance effort for devices with large numbers of coal.
  • the carrier plate is designed as a printed circuit board.
  • connection element provided for contacting the module.
  • This can be a plug contact or a screw terminal, for example.
  • the carbon holders which are assigned to the carbons for individual slideways or groups of slideways, are arranged together on individual printed circuit boards.
  • sliding contact arrangements in which, for example, energy and low-power signals are transmitted, the lifetimes of the coals differ.
  • the contact carbons used for energy transmission have a much shorter lifespan and must therefore be replaced more often. Therefore, it makes sense to combine the carbon holders of the carbons of individual slideways or individual slideway groups on individual circuit boards.
  • the printed circuit board is arranged in such a way that it takes over the function of mechanical guidance or the electrical contacting of the coal.
  • the circuit board is now designed in such a way that it can come into mechanical or electrical contact with the coal, so a substantial part of the electricity can be transmitted in this way.
  • the printed circuit board is designed in such a way that, in the case of a coal with connecting wire, the connecting wire can be contacted directly with the printed circuit board.
  • the connecting wire can be contacted directly with the printed circuit board.
  • additional guide units of the sliding contacts are attached to the circuit board.
  • B. are U-shaped, so that they represent a mechanical guide of the carbon brush together with the circuit board.
  • this guide surface is in contact with an electrically conductive surface of the printed circuit board.
  • individual printed circuit boards are replaced by mechanical ones Guide elements fixed in their position.
  • Guide rails and / or dowel pins are particularly suitable for this purpose, which enable assembly without additional adjustment effort.
  • individual printed circuit boards are fixed in their position by a latching device or by another mechanical locking system.
  • Locking devices which are only advantageous by means of a tool, such as, for. B. a screwdriver can be solved.
  • a safety screw can also be provided as an additional security element, which prevents the circuit board from being unintentionally released from its holder.
  • the printed circuit boards are arranged in such a way that individual printed circuit boards or groups of printed circuit boards can be exchanged for the replacement of worn contacts.
  • At least one sliding contact has a marking which indicates a measure of the abrasion. This can indicate the wear of the sliding contact. In the case of a group of sliding contacts connected in parallel, these generally have a similar abrasion. thats why it is sufficient to monitor the abrasion of a sliding contact.
  • At least one sliding contact is connected to a mechanical wear indicator.
  • a mechanical wear indicator can be a simple pen, which indicates the remaining height of the sliding contacts, or a complex mechanical structure with feeler levers or the like.
  • electronic components for diagnosis or signaling of the state of the sliding contact arrangement are integrated on the printed circuit board. These electronic components can transmit the state of the sliding contact arrangement by means of numerous measurements, such as measuring the carbon path, the abrasion, the electrical contact resistance, and forward this to a central monitoring unit. The latter is then able to give a signal in good time to replace the contact carbons or individual printed circuit boards.
  • Fig. 1 Exemplary embodiment of an arrangement according to the invention
  • FIG. 8 An arrangement according to the invention is shown as an example in FIG. Eight carbon holders (2) for receiving the contact carbons (3) are mounted on a printed circuit board (1) as an example. By laminating the surface of the circuit board with copper, these carbon holders are all connected to one another and to the connecting element (4). An additional plate (6) made of insulation material provides sufficient dielectric strength to the neighboring assembly. The assembly is locked in an appropriate holder by the catch (5).
  • Figure 2 represents a complete assembly unit, consisting of several modules.
  • a slip ring module carries for example, a slip ring module, several slip tracks (11).
  • coals (17) which are guided in the corresponding coal holders (14).
  • the coal itself is contacted via an electrically conductive surface of the carrier plate (13) into which the carbon holder (14) is pressed by means of the contact pins (16).
  • the electrical insulation from the neighboring assembly is provided by a pane of insulating material (12).
  • the pressure spring (15) presses the carbon (17) against the sliding track (11) with a predetermined force.

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  • Mounting Of Printed Circuit Boards And The Like (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)
  • Measuring Leads Or Probes (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Contacts (AREA)

Abstract

Beschrieben wird eine Schleifkontaktanordnung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen mindestens zwei gegeneinander angeordneten Einheiten, wobei mindestens eine Einheit entlang der Trajektorie der Bewegung angeordnete Schleifbahnen aus elektrisch leitendem Material und eine zweite Einheit mit dieser in elektrischem Kontakt stehende Schleifkontakte besitzt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß bei der zweiten Einheit mehrere Kohlehalter auf einer Trägerplatte mit Leiterbahnen zur Kontaktierung der Kohlen angeordnet sind.

Description

BESCHREIBUNG
Halte- und Kontaktierungsvorrichtunq für Schleifkontakte; Le terplatten-Bürstenblock
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur galvanisch gekoppelten Übertragung elektrischer Signale. Derartige Anordnungen sind unter dem Begriff Schleifbahnen oder auch, im Falle von Drehbewegungen, als Schleifringe bekannt. Das Kontaktsystem besteht meistens aus metallischen Schleifbahnen, welche in galvanischem Kontakt mit sogenannten Bürsten stehen. Diese Bürsten können einfache Metalldrähte, Metallgeflechte oder auch Sintermaterialien sein, welche in der Regel elektrisch leitende und schmierfähige Komponenten enthalten. Entsprechend der Aufgabenstellung werden die jeweiligen Bürstentypen ausgewählt. So sind Metall- drahtbürsten in der Regel für langsame Ablaufgeschwindigkeiten bei niedrigen Stromstärken sehr gut geeignet. Bei höheren Stromstärken bzw. bei höheren Geschwindigkeiten werden in der Regel sogenannte Kohlen eingesetzt. Diese bestehen in der Regel aus einem Sintermaterial welches Graphit und leitfähige Materialien, wie Kupfer bzw. Silber, enthält. Es sind auch andere Kombinationen bekannt, welche als Schmiermittel Teflon enthalten.
In der folgenden Darstellung wird zwischen Kontaktkohlen und Bürsten bzw. Kohlebürsten nicht unterschieden, da diese hauptsächlich im technischen Sprachgebrauch gleichwertig nebeneinander verwendet werden. Weiterhin steht der Begriff Köcher für einen Bürstenhalter, welcher in der Regel als Rohr mit rechteckigem oder quadratischem Querschnitt ausgebildet ist und dazu dient, die Kohle zu führen, so dass sie nur noch in einer Achse beweglich ist.
Metalldrahtbürsten sind besonders einfach zu befestigen, da diese entsprechend dem Stand der Technik problemlos in Leiterplatten eingelötet bzw. ' eingepreßt werden können. Die Halterungen für Kohlebürsten sind in der Regel wesentlich aufwendiger, da diese zum einen für höhere Stromstärken ausgelegt sein müssen und zum anderen eine mehrachsige stabile Führung der Bürste ermöglichen sollen. Eine Anordnung,* bei der die Kohle in einer auf einer Platte aufgebauten Halterung gehalten wird, ist in der Europäischen Patentanmeldung EP 0928051 A2 beschrieben. Derartige Anordnungen sind primär für den Einsatz in Elektromotoren ausgelegt. Bei dieser Anwendung l uft eine relativ geringe Anzahl von Kohlen auf einem Kollektor. Sind die Kohlen verschlissen, so ist es einfach, wenige Kohlen einzeln auszutauschen. Bei hochwertigen Schleifkontakt-Anordnungen, bei denen Signale mit hoher Qualität übertragen werden müssen und ein niedriges Kontaktrauschen unabdingbar ist, • werden meist sehr viele Kohlen eingesetzt. So kann ein Schleifringsystem bis weit über 100 Kohlen enthalten. Muß eine derart hohe Anzahl von Kohlen einzeln ausge- tauscht und sogar wieder kontaktiert werden, so bedeutet dies einen erheblichen Zeitaufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung darzustellen, welche selbst bei hohen Kohlezahlen eine einfache Wartung bzw. einen einfachen Austausch der Kohlen ermöglicht.
Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch l angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche .
Entsprechend der Erfindung werden mehrere Kohlehalter auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet . Die Trägerplatte selbst kann eine mechanisch stabile Platte aus elektrisch leitfähigem Material oder aber auch aus einem Isoliermaterial mit Vorrichtung zur elektrischen Kontaktierung sein. Die Leiterplatte mitsamt den darauf angebrachten Kohlehaltern ist derart angeordnet, dass sie als eine Baugruppe ausgetauscht werden kann. Dadurch reduziert sich der Wartungsaufwand von Geräten mit großen Kohlezahlen wesentlich.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Trägerplatte als Leiterplatte ausgeführt .
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist mindestens ein. mit den Kohlen bzw. Kohlehaltern elektrisch verbundenes Anschlusselement zur Kontaktierung der Baugruppe vorgesehen. Dies kann beispielsweise ein Steckkontakt oder eine Schraubklemme sein.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Kohlehalter, welche den Kohlen für einzelne Schleifbahnen bzw. Gruppen von Schleifbahnen zugeordnet sind, auf einzelnen Leiterplatten gemeinsam angeordnet. In Schleifkontaktanordnungen, in denen beispielsweise Energie sowie Signale kleiner Leistung übertragen werden, sind die Lebensdauern der Kohlen unterschiedlich. Im Regelfalle haben die zur Energieübertragung eingesetzten Kontaktkohlen eine wesentlich geringere Lebensdauer und müssen daher öfters ausgetauscht werden. Daher ist es sinnvoll, die Kohlehalter der Kohlen einzelner Schleifbahnen bzw. einzelner Schleifbahngruppen auf individuellen Leiterplatten zusammenzufassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterplatte derart angeordnet, dass sie die Funktion der mechanischen Führung bzw. der e- lektrischen Kontaktierung der Kohle übernimmt. Wie Untersuchungen gezeigt haben, fließt bei Silbergraphit- kohlen mit Anschlußlitze, welche in einem elektrisch leitfähigen Köcher angebracht sind, ca. 1/3 des Stromes über die Anschlußlitze, während der überwiegende Anteil des Stromes über den Köcher selbst fließt. Wird nun die Leiterplatte derart gestaltet, dass sie in mechanischen bzw. elektrischen Kontakt mit der Kohle treten kann, so kann auf diesem Weg ein wesentlicher Teil des Stromes übertragen werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Leiterplatte derart gestaltet, dass, im Falle einer Kohle mit Anschlußlitze, die Anschlußlitze direkt mit der Leiterplatte kontaktiert werden kann. Eine solche Anordnung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn kein elektrischer Kontakt zwischen der Kohlehalterinnenwand und der Kohle hergestellt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung werden an der Leiterplatte zusätzliche Führungseinheiten der Schleifkontakte angebracht, welche z. B. u-förmig ausgestaltet sind, so dass diese zusammen mit der Leiterplatte eine mechanische Führung der Schleifkohle darstellen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind im Falle von Kohlen mit mindestens einer seitlichen Füh- rungsflache diese so angeordnet, dass diese Führungs- flache mit einer elektrisch leitfähigen Fläche der Leiterplatte in Kontakt steht. Bei quaderförmigen Kohlen bedeutet dies, dass z. B. eine Seitenfläche parallel zur Leiterplatte an einer Leiterbahn, welche der elektrischen Kontaktierung dient, angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden einzelne Leiterplatten durch mechanische Führungselemente in ihrer Position fixiert. Besonders gut geeignet sind hierzu Führungsschienen und/oder Paßstifte, welche eine Montage ohne zusätzlichen Justieraufwand ermöglichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden einzelne Leiterplatten durch eine Rast- vorrichtung oder durch ein anderes mechanisches Verschlußsystem in ihrer Position fixiert. Besonders vorteilhaft sind Rastvorrichtungen, welche nur mittels eines Werkzeuges, wie z. B. eines Schraubendrehers, gelöst werden können. Als zusätzliches Sicherheitselement kann auch eine Sicherungsschraube vorgesehen werden, welche ein unbeabsichtigtes Lösen der Leiterplatte aus ihrer Halterung verhindert .
In einer weiteren vorteilhaf en Ausgestaltung der Erfindung werden die Leiterplatten so angeordnet, dass einzelne Leiterplatten oder Gruppen von Leiterplatten zum Ersatz von verschlissenen Kontakten ausgetauscht werden können.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt mindestens ein Schleifkontakt eine Markierung, welche ein Maß für den Abrieb angibt. Dadurch kann der Verschleiß des Schleifkontaktes angezeigt werden. Bei einer Gruppe parallelgeschalteter Schleifkontakte haben diese im allgemeinen einen ähnlichen Abrieb. Daher ist es ausreichend, den Abrieb eines Schleifkontaktes zu überwachen .
In einer anderen Ausgestaltung ist mindestens ein Schleifkontakt mit einer mechanischen Abriebanzeige verbunden. Eine solche Abriebanzeige kann ein einfacher Stift, welcher die noch verbliebene Höhe der Schleifkontakte anzeigt, oder auch ein komplexes mechanisches Gebilde mit Fühlerhebeln oder ähnlichem, sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind elektronische Komponenten zur Diagnose bzw. der Signalisierung des Zustands der Schleifkon- taktanordnung auf der Leiterplatte integriert . Diese elektronischen Komponenten können durch zahlreiche Messungen, wie Messung des Kohleweges, des Abriebes, des elektrischen Übergangswiderstandes, den Zustand des Schleifkontaktanordnung übermitteln und diesen an eine zentrale Überwachungseinheit weiterleiten. Diese ist dann in der Lage, rechtzeitig ein Signal zum Austausch der Kontaktkohlen bzw. einzelner Leiterplatten zu geben.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten er- findungsge äßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1) Beispielhafte Ausführung einer erfindungsgemäßen Anordnung
Fig: 2) Beispielhafte Ausführung einer Anordnung mit mehreren Baugruppen
In Figur 1) ist beispielhaft eine erfingungsgemäße Anordnung dargestellt. Hier sind beispielhaft acht Kohlehalter (2) zur Aufnahme der Kontaktkohlen (3) auf einer Leiterplatte (1) montiert. Durch die Kaschierung der Oberfläche der Leiterplatte mit Kupfer sind diese Kohlehalter alle miteinander und mit dem Anschlußelement (4) verbunden. Eine zusätzliche Platte (6) aus Isolationsmaterial stellt eine hinreichende Spannungsfestigkeit zur benachbarten Baugruppe her. Die Arretierung der Baugruppe in einen entsprechenden Halter erfolgt durch die Rast- nase (5) .
Figur 2) stellt eine komplette Montageinheit, bestehend aus mehreren Baugruppen, dar. In der Schnittdarstellung wird der innere Aufbau der Kohlehalter, sowie deren Verbindung zur Trägerplatte besonders deutlich. Hier trägt beispielsweise ein Schleifringmodul mehrere Schleifbahnen (11) . Diese werden kontaktiert durch Kohlen (17) , welche in den entsprechenden Kohlehaltern (14) geführt werden. Die Kontaktierung der Kohle selbst erfolgt über eine elektrisch leitende Oberfläche der Trägerplatte (13) in welche der Kohlehalter (14) mittels der Kontaktstifte (16) eingepreßt ist. Die elektrische Isolation zur Nachbarbaugruppe erfolgt über eine Scheibe aus Isoliermaterial (12) . Die Andruckfeder (15) preßt die Kohle (17) mit einer vorgegebenen Kraft gegen die Schleifbahn (11) .

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1.Schleifkontaktanordnung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen mindestens zwei gegeneinander angeordneten Einheiten, wobei mindestens eine Einheit entlang der Trajektorie der Bewegung angeordnete Schleifbahnen aus elektrisch leitendem Material und eine zweite Einheit mit dieser in elektrischem Kontakt stehende Schleifkontakte besitzt; dadurch gekennzeichnet, dass bei der zweiten Einheit mehrere Kohlehalter auf einer Trägerplatte mit Leiterbahnen zur Kontaktierung der Kohlen angeordnet sind.
2.Anordnung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte als kupferkaschierte Leiterplatte mit
Leiterbahnen ausgeführt ist.
3.Anordnung nach Anspruch 1 - 2 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Anschlußelement vorhanden ist, welches mittels der Leiterbahnen elektrisch mit den Kohlehaltern bzw. Kohlen verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 - 3 dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer mehrkanaligen Anordnung zur gleichzeitigen' Übertragung mehrerer Signale die Schleifkontakte für einzelne Signale oder Gruppen von Signalen auf einzelnen Leiterplatten angeordnet sind.
5. Anordnung nach Anspruch 1 - 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte derart ausgebildet ist',- dass sie gleichzeitig die Funktion der mechanischen Führung und/oder der elektrischen Kontaktierung der Schleifkontakte wahrnimmt .
6.Anordnung nach Anspruch 1 - 5 dadurch gekennzeichnet, dass im Falle des Einsatzes von Kohlen mit Kontaktlitze in der Trägerplatte eine Anschlußmöglichkeit für die Kontaktlitze vorgesehen ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 - 6 dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zu den Schleifbahnen angeordnete Trägerplatten vorhanden sind, an denen parallel zur Leiterfläche angebracht die Führungseinheiten der Schleifkontakte angeordnet sind, so dass diese zusammen mit der Trägerplatte einen Kohlehalter darstellen.
8. Anordnung nach Anspruch 1 - 7 dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Schleifkontakten mit mindestens einer seitlichen Führungsfläche diese derart angeordnet ist, dass sie durch eine elektrisch leitende Fläche der Trägerplatte kontaktiert wird.
9 . Anordnung nach Anspruch 1 - 8 dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Trägerplatten durch mechanische Führungselemente vorzugsweise durch Führungsschienen und/oder Paßstifte in ihrer Position fixiert sind.
10. Anordnung nach Anspruch 1 - 9 dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Trägerplatten durch eine Rastvorrichtung oder durch ein anderes mechanisches Verslußsystem in ihrer Position fixiert sind.
11. Anordnung nach Anspruch 1 - 10 dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Trägerplatten oder Gruppen von Trägerplatten derart angeordnet sind, dass sie zum Ersatz von verschlissenen Schleifkontakten ausgetauscht werden können.
12. Anordnung nach Anspruch 1 - 11 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schleifkontakt eine Markierung zur Anzeige des Abriebs besitzt.
13. Anordnung nach Anspruch 1 - 12 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schleifkontakt mit einer mechanischen Verschleißanzeige verbunden ist.
14. Anordnung nach Anspruch 1 - 13 dadurch gekennzeichnet, dass elektronische bzw. elektromechanische Komponenten zur Diagnose und/oder Signalisierung des Zustands der Schleifkontaktanordnung auf der Leiterplatte integriert sind.
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