DE10026176A1 - Halte- und Kontaktierungsvorrichtung für Schleifkontakte; Leiterplatten-Bürstenblock - Google Patents

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. DOLLAR A 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

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur gal­ vanisch gekoppelten Übertragung elektrischer Signale. Derartige Anordnungen sind unter dem Begriff Schleif­ bahnen oder auch, im Falle von Drehbewegungen, als Schleifringe bekannt. Das Kontaktsystem besteht meis­ tens aus metallischen Schleifbahnen, welche in galvani­ schem Kontakt mit sogenannten Bürsten stehen. Diese Bürsten können einfache Metalldrähte, Metallgeflechte oder auch Sintermaterialien sein, welche in der Regel elektrisch leitende und schmierfähige Komponenten ent­ halten. Entsprechend der Aufgabenstellung werden die jeweiligen Bürstentypen ausgewählt. So sind Metall­ drahtbürsten in der Regel für langsame Ablaufgeschwin­ digkeiten bei niedrigen Stromstärken sehr gut geeignet. Bei höheren Stromstärken bzw. bei höheren Geschwindig­ keiten werden in der Regel sogenannte Kohlen einge­ setzt. Diese bestehen in der Regel aus einem Sinterma­ terial welches Graphit und leitfähige Materialien, wie Kupfer bzw. Silber, enthält. Es sind auch andere Kombi­ nationen bekannt, welche als Schmiermittel Teflon ent­ halten.

In der folgenden Darstellung wird zwischen Kontaktkoh­ len und Bürsten bzw. Kohlebürsten nicht unterschieden, da diese hauptsächlich im technischen Sprachgebrauch gleichwertig nebeneinander verwendet werden. Weiterhin steht der Begriff Köcher für einen Bürstenhalter, wel­ cher in der Regel als Rohr mit rechteckigem oder quad­ ratischem Querschnitt ausgebildet ist und dazu dient, die Kohle zu führen, so dass sie nur noch in einer Ach­ se beweglich ist.

Metalldrahtbürsten sind besonders einfach zu befesti­ gen, da diese entsprechend dem Stand der Technik prob­ lemlos in Leiterplatten eingelötet bzw. eingepreßt wer­ den 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 er­ möglichen 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 pri­ mär für den Einsatz in Elektromotoren ausgelegt. Bei dieser Anwendung läuft eine relativ geringe Anzahl von Kohlen auf einem Kollektor. Sind die Kohlen verschlis­ sen, so ist es einfach, wenige Kohlen einzeln auszutau­ schen. Bei hochwertigen Schleifkontakt-Anordnungen, bei denen Signale mit hoher Qualität übertragen werden müs­ sen 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 ausgetauscht und sogar wieder kontaktiert werden, so bedeu­ tet dies einen erheblichen Zeitaufwand.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung darzustellen, welche selbst bei hohen Kohle­ zahlen eine einfache Wartung bzw. einen einfachen Aus­ tausch der Kohlen ermöglicht.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unter­ ansprüche.

Entsprechend der Erfindung werden mehrere Kohlehalter auf einer gemeinsamen Trägerplatte angeordnet. Die Trä­ gerplatte 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. Da­ durch reduziert sich der Wartungsaufwand von Geräten mit großen Kohlezahlen wesentlich.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung ist die Trägerplatte als Leiterplatte ausge­ führt.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist mindes­ tens ein mit den Kohlen bzw. Kohlehaltern elektrisch verbundenes Anschlusselement zur Kontaktierung der Bau­ gruppe vorgesehen. Dies kann beispielsweise ein Steck­ kontakt oder eine Schraubklemme sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wer­ den 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 wer­ den, sind die Lebensdauern der Kohlen unterschiedlich. Im Regelfalle haben die zur Energieübertragung einge­ setzten Kontaktkohlen eine wesentlich geringere Lebens­ dauer und müssen daher öfters ausgetauscht werden. Da­ her ist es sinnvoll, die Kohlehalter der Kohlen einzel­ ner Schleifbahnen bzw. einzelner Schleifbahngruppen auf individuellen Leiterplatten zusammenzufassen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung ist die Leiterplatte derart angeordnet, dass sie die Funktion der mechanischen Führung bzw. der e­ lektrischen Kontaktierung der Kohle übernimmt. Wie Un­ tersuchungen 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 Er­ findung 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 Kohlehalte­ rinnenwand 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 aus­ gestaltet sind, so dass diese zusammen mit der Leiter­ platte eine mechanische Führung der Schleifkohle dar­ stellen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind im Falle von Kohlen mit mindestens einer seitlichen Füh­ rungsfläche diese so angeordnet, dass diese Führungs­ fläche mit einer elektrisch leitfähigen Fläche der Lei­ terplatte in Kontakt steht. Bei quaderförmigen Kohlen bedeutet dies, dass z. B. eine Seitenfläche parallel zur Leiterplatte an einer Leiterbahn, welche der elekt­ rischen Kontaktierung dient, angeordnet ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung werden einzelne Leiterplatten durch mechanische Führungselemente in ihrer Position fixiert. Besonders gut geeignet sind hierzu Führungsschienen und/oder Paßstifte, welche eine Montage ohne zusätzlichen Jus­ tieraufwand ermöglichen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung 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, ge­ löst werden können. Als zusätzliches Sicherheitselement kann auch eine Sicherungsschraube vorgesehen werden, welche ein unbeabsichtigtes Lösen der Leiterplatte aus ihrer Halterung verhindert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung 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 Ver­ schleiß des Schleifkontaktes angezeigt werden. Bei ei­ ner 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 Schleif­ kontakte anzeigt, oder auch ein komplexes mechanisches Gebilde mit Fühlerhebeln oder ähnlichem, sein.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung sind elektronische Komponenten zur Diagnose bzw. der Signalisierung des Zustands der Schleifkon­ taktanordnung auf der Leiterplatte integriert. Diese elektronischen Komponenten können durch zahlreiche Mes­ sungen, 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 ge­ ben.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla­ risch beschrieben, auf die im übrigen hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 Beispielhafte Ausführung einer erfindungsge­ mäßen Anordnung

Fig. 2 Beispielhafte Ausführung einer Anordnung mit mehreren Baugruppen

In Fig. 1) ist beispielhaft eine erfingungsgemäße Anordnung darge­ stellt. 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 be­ nachbarten Baugruppe her. Die Arretierung der Baugruppe in einen entsprechenden Halter erfolgt durch die Rast­ nase (5).

Fig. 2) stellt eine komplette Montageinheit, bestehend aus meh­ reren Baugruppen, dar. In der Schnittdarstellung wird der innere Aufbau der Kohlehalter, sowie deren Verbin­ dung zur Trägerplatte besonders deutlich. Hier trägt beispielsweise ein Schleifringmodul mehrere Schleifbah­ nen (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 Kon­ taktstifte (16) eingepreßt ist. Die elektrische Isola­ tion 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 (14)

1. Schleifkontaktanordnung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen mindestens zwei gegenein­ ander angeordneten Einheiten, wobei mindestens eine Einheit entlang der Trajektorie der Bewegung angeordne­ te 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 Kohlehal­ tern bzw. Kohlen verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer mehrkanaligen Anordnung zur gleichzeiti­ gen Übertragung mehrerer Signale die Schleifkontakte für einzelne Signale oder Gruppen von Signalen auf ein­ zelnen 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 Schleifkon­ takte 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 Kon­ taktlitze vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass senkrecht zu den Schleifbahnen angeordnete Trägerplat­ ten vorhanden sind, an denen parallel zur Leiterfläche angebracht die Führungseinheiten der Schleifkontakte angeordnet sind, so dass diese zusammen mit der Träger­ platte 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 Trä­ gerplatte kontaktiert wird.

9. Anordnung nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Trägerplatten durch mechanische Führungsele­ mente vorzugsweise durch Führungsschienen und/oder Paß­ stifte 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 ver­ schlissenen Schleifkontakten ausgetauscht werden kön­ nen.

12. Anordnung nach Anspruch 1-11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schleifkontakt eine Markierung zur An­ zeige 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.