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) .