DE10257621A1

DE10257621A1 - Justagevorrichtung für Schleifringbürsten

Info

Publication number: DE10257621A1
Application number: DE10257621A
Authority: DE
Inventors: Harry Schilling; Nils Krumme; Christian Schraudolph; Georg Lohr
Original assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Current assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date: 2002-12-09
Filing date: 2002-12-09
Publication date: 2004-07-15

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Aufnahme von Bürsten in Schleifbahnanordnungen bzw. Kollektoren. Die Vorrichtung ist in ihrer Höhe über der Schleifbahn einstellbar. Es sind Mittel zur wahlweisen Signalisierung der Höhe der Vorrichtung über der Schleifbahn, der Bürstenlänge, des Federweges bzw. der Andruckkraft der Bürsten auf die Schleifbahn vorgesehen. Diese ermöglichen eine manuelle oder automatische Nachführung des Abstands der Vorrichtung über der Schleifbahn.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Bürstenhalter bzw. Bürstenblöcke für Schleifkontakte bzw. Schleifkohlen, insbesondere für Bürsten für Schleifringe.
Stand der Technik
Bei Schleifkontakten, insbesondere bei Bürsten von Schleifringen bzw. Kollektoren, wie beispielsweise in der DE 198 32 617 angegeben, ist es wichtig, sicherzustellen, dass ein einwandfreier elektrischer Kontakt zwischen Bürste und Schleifbahn besteht. Wesentlich für den Kontakt ist die Anpresskraft der Bürste an die Schleifbahn. Üblicherweise werden zur Erzeugung der Anpresskraft Federn eingesetzt. Der Begriff der Bürste bezieht sich hier Vorzugsweise auf Bürsten aus Kohlematerial, selbstverständlich ist die Erfindung auch auf Bürsten aus anderen Materialien anwendbar. Eine neue Bürste weist noch eine sehr große Länge auf. Daher ist die Andruckfeder stark komprimiert und übt eine hohe Andruckkraft aus. Mit zunehmendem Abrieb der Bürste reduziert sich deren Länge und somit auch die Andruckkraft der Feder. Bei üblichen Anordnungen wird auf eine Bürste gegen Ende deren Lebensdauer nur noch die halbe Andruckkraft im Vergleich zu Andruckkraft einer neuen Bürste ausgeübt. Diese reduzierte Andruckkraft führt zu einem erhöhten Übergangswiderstand zwischen Bürste und Schleifbahn und somit zu einer erhöhten Erwärmung. Weiterhin führt sie zu einer erhöhten Funkenbildung und damit zu einem verstärkten Verschleiß von Bürste und Schleifbahn. Bei der Dimensionierung von Bürsten bzw. den zugehörigen Federmechanismen steht die Lebensdauer der Bürste im Vordergrund. So ist bei einer anfänglich hohen Anpresskraft der hierdurch hervorgerufene Abrieb relativ hoch, während gegen Ende der Lebensdauer mit niedriger Anpresskraft der Verschleiß durch Funkenbildung überwiegt. Normalerweise werden Bürsten daher mit der maximal möglichen anfänglichen Anpresskraft betrieben. Eine solche Dimensionierung ist aber nur dann sinnvoll realisierbar, wenn eine präzise Justierung der Bürste bzw. der Bürstenhalterung in Bezug auf die Schleifbahn erfolgt. Wird die Bürste anfänglich zu nahe an der Schleifbahn justiert, so ergibt sich ein zu hoher Abrieb. Bei einer Justage zu weit von der Schleifbahn entfernt, kann es vorkommen, dass gegen Ende der Lebensdauer kein sicherer Kontakt mehr gewährleistet ist. Um die Bürsten optimal auszunutzen, sind häufig Verschleißindikatoren vorgesehen. Hierzu gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Lösungen.
So sind beispielsweise mechanische Schalter, welche die Position des Bürstenendes erkennen aus der DE 199 32 024 A1 , der DE 196 49 212 A1 bekannt. In der US 4,918,348 ist eine Kontaktanordnung beschrieben, bei der die Andruckfeder einen Kontaktteil darstellt. Diese Vorrichtungen mit mechanischen Kontakten zeichnen sich dadurch aus, dass sie relativ preiswert und einfach herstellbar sind. Allerdings sind Sie nicht besonders robust, da hier aufgrund der Anforderungen an die Baugröße nur relativ kleine und damit filigrane Kontakte verwendet werden können. Damit besteht die Gefahr, dass diese Kontakte insbesondere beim Auswechseln der Kohlebürsten mechanisch beschädigt werden und eine abgeriebene Bürste nicht mehr sicher anzeigen. Weiterhin können diese Kontakte durch Kohlestaub beziehungsweise anderes Abriebmaterial verschmutzt und damit in ihrer elektrischen bzw. mechanischen Funktion gestört werden.
Weitere Lösungen beschäftigen sich mit relativ komplexen mechanischen Vorrichtungen, welche im Falle eines fortgeschrittenen Kontaktabriebs einen Schaltkontakt betätigen. Derartige Vorrichtung sind beispielsweise in der DE 82 11 804 , der DE 198 32 617 A1 oder auch in der DE 89 13 117 offenbart. Diese Vorrichtungen zeichnen sich gegenüber dem zuvor genannten Vorrichtungen dadurch aus, dass sie mechanisch wesentlich robuster sind und damit insbesondere beim Austausch der Bürsten nur schwer beschädigt werden können. Weiterhin ist das elektrische Kontaktsystem von der mechanischen Betätigungseinrichtung getrennt. Damit reduziert sich die Gefahr einer Funktionsstörung durch Abriebpartikel wesentlich. Allerdings sind diese Lösungen aufgrund der hohen Komplexität sehr teuer und in der Bauform groß. Daher eignet sich diese Vorzugsweise für große elektrische Maschinen, nicht aber für moderne Schleifringsysteme, welche meist in einen äußerst beengten Einbauraum zu integrieren sind.
Eine Verbesserung gegenüber diesen bieten elektrische Systeme, wie sie beispielsweise in der DE 84 33 023 , der US 5,509,625 und in der US 5,870,026 beschrieben sind. Hierbei ist ein Leiter isoliert in der Bürste angebracht. Bei fortgeschrittenem Abrieb der Bürste wird die Isolation des Leiters abgerieben und der Leiter selbst kommt in Kontakt mit der Schleifbahn. Die nun geschlossene elektrische Verbindung zwischen dem Leiter und der Schleifbahn kann zur Anzeige eines bestimmten Abriebszustandes herangezogen werden. Diese Systeme zeichnen sich durch relativ einfache mechanische Gestaltung aus, allerdings ermöglichen Sie keine Potentialtrennung.
Eine weitere Verbesserung stellen kontaktlose optische Systeme wie in der US 4,761,594 dar. Hiermit kann eine bestimmte Position der Bürstenrückseite erkannt werden. Durch die optische Abtastung ergibt sich eine Potenzialtrennung.
Eine kontinuierliche Anzeige ist beispielsweise in der US 6,359,690 offenbart. Darin wird die Abriebslänge mittels eines Interferometers gemessen. Eine solche Vorrichtung ist allerdings für die Praxis nicht relevant, da alleine die Kosten eines optischen Interferometers den Kostenrahmen eines Schleifringsystems wesentlich übersteigen. Da alleine schon die Überwachung einer einzigen Bürste zu teuer wäre, ist es indiskutabel, mehrere oder sogar alle Bürsten eines Schleifringsystems gleichzeitig zu überwachen. Weiterhin wird dieses System auf dem Stand der Technik entsprechenden Schleifbahnen nicht funktionieren, da diese im Sub-mm Bereich Schwankungen und eine meist gezielt hergestellte Rauhtiefe aufweisen, welche aufgrund der steilen geometrischen Flanken und der hohen Bewegungsgeschwindigkeit von Schleifbahnen extreme Anforderungen an die Auflösung und Bandbreite des Interferometers stellen.
Alle bisher beschriebenen Vorrichtungen sind ausschließlich zur Erkennung eines bestimmten Abriebszustandes der Bürste ausgelegt. Somit erfüllen diese Vorrichtungen primär eine Sicherheitsfunktion. Sie lösen allerdings das Problem eines hohen Bürstenverschleißes zu Beginn und am Ende der Lebensdauer einer Bürste nicht.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Aufnahme von Bürsten für Schleifbahnen derart weiterzubilden, dass er die zuvor genannten Nachteile vermieden werden und insbesondere eine höhere Lebensdauer erreicht wird.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in den unabhängigen Patentansprüchen angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In den nachfolgenden Ausführungen wird zwischen den Begriffen Bürstenhalter und Bürstenblock nicht weiter unterschieden, da es für die Erfindung nicht wesentlich ist, ob diese auf die Halterung einer einzigen Bürste oder auf ein Bürstenblock, welcher mehrere Bürsten trägt, angewendet wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine zumindest senkrecht zur Bahn der Bewegung zwischen Bürsten Schleifbahn justierbare Aufnahme für den Bürstenblock, mit der die Höhe des Bürstenblocks über der Schleifbahn justierbar ist. Weiterhin sind Sensoren vorgesehen, welche wahlweise die Höhe des Bürstenblocks über der Schleifbahn, die Bürstenlänge, den Federweg bzw. die Andruckkraft der Bürsten ermitteln. Eine Auswerteeinheit erhält die Signale der Sensoren und ermittelt daraus wenigstens einem Betriebsparameter. Dieser Betriebsparameter dient zur Einstellung der Höhe über der Schleifbahn. So kann beispielsweise aus der Messung der Bürstenlänge auch die Länge des Federweges bei vorgegebener Geometrie der Anordnung ermittelt werden. Umgekehrt kann aus der Länge des Federweges (die Länge der Feder in aktuellen Zustand) auch auf die Bürstenlänge geschlossen werden. Ebenso kann aus der Messung der Andruckkraft auf eine der zuvor genannten Längen geschlossen werden. Auch kann aus den Längen näherungsweise eine Andruckkraft ermittelt werden. Diese ergibt sich daraus, dass mit zunehmender Verringerung des Abstands zwischen Bürstenblock und Schleifbahn die Andruckkraft durch Verkürzung des Federweges erhöht wird. Vorzugsweise wird der Betriebsparameter derart ermittelt, dass er einer Andruckkraft entspricht.
Wird nun eine Justage entsprechend dem Betriebsparameter vorgenommen, so ergibt sich eine weitgehend konstante Andruckkraft. Allerdings kann es sinnvoll sein, bei neuen Bürsten zumindest eine geringfügige höhere Andruckkraft zu wählen, damit der Abstand des Bürstenblock von der Schleifbahn nicht zu groß wird und damit die Gefahr des Abbrechens von Bürsten auf Grund zu kurzer Führungen besteht. Ebenso kann bei stark abgerieben Bürsten ein etwas größerer Abstand gewählt werden, um die Kollisionsgefahr des Bürstenblocks mit den Schleifbahnen zu verringern. Dieser Abstand kann beispielsweise auch Geschwindigkeitsabhängig eingestellt werden.
Die Justage der Höhe des Bürstenblocks über der Schleifbahn kann wahlweise manuell oder automatisch erfolgen. Diese kann beispielsweise bei der ersten Montage des Bürstenblocks bzw. bei späteren Wartungsarbeiten vorgenommen werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die automatische Justierung des Bürstenblocks auf eine vorgegebene Höhe während des Betriebs bzw. in Betriebspausen entsprechend der durch den Abrieb verkürzten Bürstenlänge durch eine automatische Regelung vorgesehen. Hierdurch wird sichergestellt, dass immer ein konstanter Federweg und somit eine konstante Andruckkraft an den Bürsten anliegt.
Neben der Ermittlung des Kohleabriebs kann auch durch eine dynamische Messung auf Rundlauftoleranzen bei Schleifringen geschlossen werden. So sind die Bürsten im Idealfall in kontinuierlichem Kontakt mit der Schleifbahn. Durch Messung der Bürstenhöhe kann nun die Bahnhöhe bzw. Schwankungen der Bahnhöhe ermittelt werden. Zudem kann die Regelung so schnell gestaltet werden, dass eine Kompensation von Höheschwankungen bzw. Rundlauftoleranzen dynamisch während des Betriebs möglich ist.
Durch die Messung der Bürstenhöhe kann auch eine einfache Anzeige der exakten Justage bzw. Ausrichtung von Bürstenblöcken mit einer Vielzahl von Bürsten erfolgen. So kann beispielsweise bei einem großen Bürstenblock an jedem Ende eine Bürste mit Längenmessung vorgesehen sein. Bei der Montage bzw. Justage des Bürstenblocks können die Messwerte oder Grenzwerte angezeigt werden. Damit kann der Bürstenblock exakt parallel zur Bahn justiert werden. Somit ergeben sich gleichmäßige Anpresskräfte und eine höhere Lebensdauer.
Weiterhin kann entsprechend den Messwerten der Bürstenabriebsmessung eine Nachstellung einzelner Bürsten oder eines ganzen Bürstenblockes mit einer Vielzahl von Bürsten erfolgen. Damit ist der Federweg und folglich _ auch der Anpressdruck einzelner Bürsten immer konstant. Die Verstellung kann beispielsweise durch verschieben zweier keilförmiger Teile gegeneinander oder durch einen an zwei parallelen Balken aufgehängten Bürstenblock erfolgen. Der Antrieb zu Verstellung erfolgt hier vorteilhafterweise mittels einer Spindel. Hier sind keine hohen Verstellgeschwindigkeiten notwendig, aber eine Beibehaltung der Position ohne Speisung eines Antriebsmotors ist vorteilhaft.
Weiterhin kann mittels einer Auswerteeinheit eine Auswertung der Sensorsignale erfolgen. Als Ergebnis dieser Auswertung kann beispielsweise die noch verbleibende Betriebsdauer bzw. Weglänge bei Schleifbahnen oder auch Anzahl von Umdrehungen im Falle von Schleifringen ausgegeben werden. Ebenso kann auch die relative Abnutzung der Bürsten angezeigt werden.
Zur Ermittlung der Bürstenlänge dient vorteilhafterweise ein induktiver Sensor. Dieser Sensor ist mit einer Auswerteeinheit zu Ermittlung eines der Bürstenlänge entsprechenden Wertes verbunden. Dieser Sensor umfasst eine Induktivität, welche in der Nähe der Bürsten angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist eine Sensorspule um die Bürste angeordnet. Hierdurch lässt sich ein besonders großes Messsignal erzielen. Entsprechend der noch verbliebenen Länge der Bürste taucht diese mehr oder weniger in die Spule ein bzw. ist mehr oder weniger von dieser entfernt. Hierdurch ändern sich die elektrischen Eigenschaften der Spule. Diese können durch eine entsprechende Auswerteeinheit ausgewertet werden. Da zwischen der Spule und der Bürste kein Kontakt notwendig ist, lässt sich mit dieser Messeinrichtung auch eine Potenzialtrennung erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der ' Erfindung ist der Sensor als Wirbelstromsensor ausgebildet. Entsprechend der Annäherung der Bürste zur Spule treten unterschiedliche Wirbelstromverluste in der Bürste auf. Diese können durch eine Auswerteschaltung ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Sensor wenigstens eine Spule auf, die um die Bürste angeordnet ist. Hierdurch lässt sich eine besonders gute Verkoppelung und damit ein besonders hohes Messsignal erreichen. Vorzugsweise werden Induktivität bzw. Verlustfaktor der Spule ausgewertet. Dieses erfolgt vorzugsweise mit Hilfe einer Wechselspannung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der induktive Sensor mehrere Spulen um die Bürste auf. Zur Messung wird die Verkoppelung der Spulen untereinander mittels der Bürste ermittelt.
Zur Auswertung der Bürstenlänge kann auch ein kapazitiver Sensor vorgesehen sein. Ein solcher kapazitiver Sensor ermittelt die Kapazität wenigstens einer Sensorfläche zur Bürste. Entsprechend der Annäherung der Bürste an die Sensorfläche ändert sich die Kapazität. Durch Kapazitätsmessung kann nun ein Ausgangssignal entsprechend des Abstandes und somit entsprechend der Bürstenlänge ermittelt werden.
In einer weiteren vorteilhaft Ausgestaltung der Erfindung ist der kapazitive Sensor als Differenzsensor ausgebildet. Wird nur eine einzige Sensorfläche eingesetzt, so muss die Kapazität zwischen der Bürste und der Sensorfläche ermittelt werden. Hierzu ist eine elektrische Kontaktierung der Bürste notwendig. Damit lässt sich keine Potenzialtrennung erreichen. Wird nun ein Differenzsensor, welcher wenigstens zwei kapazitive Flächen umfasst eingesetzt, so kann die kapazitive Verkoppelung zwischen den beiden Flächen über die Bürste ausgewertet werden. Hierdurch ist keine direkte Kontaktierung der Bürste notwendig. Somit lässt sich auf einfache Weise eine Potenzialtrennung erreichen.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht einen optische Indikator zu Ermittlung der Bürstenlänge vor. Dieser Indikator ist fest mit der Bürste verbunden. Der zur Indikator kann beispielsweise ein stabförmiges Gebilde sein, welches über die Bürste hinausragt. Anhand dieses Indikators kann nun die Bürstenhöhe wahlweise mittels eines zusätzlichen Sensors oder visuell durch das menschliche Auge ermittelt werden.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Indikator zu Ermittlung der Bürstenlänge eine Längenskala mit Längenmarkierungen umfasst. Hierdurch wird eine leichtere Auswertung mittels eines Sensors oder eine leichtere Erkennbarkeit durch das menschliche Auge erreicht
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein optischer Sensor, insbesondere eine Lichtschranke zur Ermittlung der Länge des optischen Indikators vorgesehen.
Zur Ermittlung des Abriebes bzw. der aktuellen Fläche der Bürste kann auch ein optisches Sensor eingesetzt werden, welcher Licht auf eine Bürstenfläche aussendet und das von dieser Fläche reflektierten Licht auswertet. Die Fläche ist vorzugsweise die der Schleifbahn abgewandte Rückseite der Bürste. Die optische Erkennung kann beispielsweise mit Hilfe eines stark gebündelten Lichtstrahls, wie beispielsweise von einem Laser durch Auswertung des Auftreffpunktes im Sensor erfolgen. Hierzu ist beispielsweise ein CCD Sensor geeignet. Ebenso könnte der Abstand auch über eine Dämpfungsmessung ermittelt werden.
Weiterhin kann ein optischer Sensor zur Ermittlung der Bürstenlänge durch Auswertung von längenabhängigen Markierungen bzw. einer längenabhängigen Geometrie der Bürste vorgesehen sein. Längenabhängige Markierungen können beispielsweise eingravierte oder farbige Striche an vorgegebenen Positionen sein. Eine längenabhängige Geometrie kann beispielsweise durch eine Abschrägung von Teilen der Bürste wie z. B. des Bürstenendes erreicht werden. Wird nun parallel zur Fläche der Abschrägung mittels einer Lichtschranke abgetastet, so ergibt sich bei voller Bürstenlänge eine sehr hohe Durchgangsdämpfung, welche mit zunehmendem Abrieb geringer wird.
Alternativ hierzu kann zur Erkennung des Abriebes ein elektrischer Sensor eingesetzt werden. Ein solcher Sensor umfasst mehrere Kontaktflächen, welche Vorzugsweise auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Diese Kontaktflächen stehen nun in Kontakt mit der Bürste, wobei entsprechend der Länge der Bürsten eine bestimmte Anzahl von Kontaktflächen kontaktiert wird. Der maximale Bürstenlänge mit einem maximale Anzahl von Kontaktflächen kontaktiert, bei zunehmendem Abrieb nimmt die Anzahl der kontaktierten Kontaktflächen ab.
Weiterhin kann zu Abriebserkennung ein optischer oder elektrischer Leiter in eine Bürste integriert werden. Dieser Leiter wird durch die Bürste durchgeschleift und ist an wenigstens zwei Enden kontaktierbar. Bei zunehmendem Abrieb wird auch der Leiter mit abgerieben und verringert seinen Querschnitt. Dadurch steigt die Durchgangsdämpfung bzw. der Durchgangswiderstand an. Dies kann mittels einer einfachen optischen Strecke zur Dämpfungsmessung bzw. eine Widerstandsmessung ausgewer tet werden. Der Leiter kann vorteilhafterweise so ausgestaltet werden, dass er über einen längeren Weg abgerieben werden kann. So kann er beispielsweise zur Kohlemitte hin eine größere Fläche aufweisen. Um einen ausgeprägter Messeffekt zu erreichen, wird vorzugsweise ein Leitermaterial mit höherer Durchgangsdämpfung eingesetzt.
Auch durch Temperaturmessung, mit einem Temperaturfühler, welcher vorzugsweise ein NTC, ein PTC oder ein Thermoelement ist, kann der Abriebszustand ermittelt werden. So kann bei abgerieben Bürsten die Temperaturerhöhung an einer Messstelle, welche proportional zum Abrieb in Richtung Schleifbahn wandert, ausgewertet werden. Messungen haben gezeigt, dass bei zunehmendem Bürstenverschleiß die Andruckkraft aufgrund der Federkennlinie geringer wird. Dadurch entsteht ein erhöhter Übergangeswiderstand mit zunehmender Funkenbildung zwischen Schleifkontakt und Bürste. Dadurch entsteht an der Kontaktstelle eine zunehmende Wärme, welche mit dem Temperatursensor ermittelt werden kann.
Weiterhin kann zur Erkennung des Bürstenabriebes ein optischer Sensor eingesetzt werden, welcher eine zunehmende Funkenbildung erkennt. Der Vorteil eines solchen optischen Sensors ist, dass er mehrere Bürsten bzw. alle Bürsten eines Bürstenblocks gleichzeitig überwachen kann. Da die Funken nur kurzzeitig auftreten, enthält die Auswerteschaltung vorzugsweise ein Hochpassfilter oder Bandpassfilter. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise Umgebungslicht, welches konstant bzw. durch die Netzfrequenz moduliert ist, unterdrücken.
Alternativ hierzu kann auch ein elektrischer Sensor eingesetzt werden, der die bei der Funkenbildung auftretenden hochfrequenten Signalanteile erkennt. Die bei zunehmendem Bürstenabrieb auftretenden Funken bzw. kleinen Lichtbogen weisen einen differentiell negativen Innenwiderstand auf. Durch diese können hochfrequente Schwingungen angeregt werden. Derartige Schwingungen können relativ einfach mittels einer kapazitiven Sensorfläche oder einer kleinen Koppelkapazität an eine Auswerteeinheit ausgekoppelt werden. Hierdurch lässt sich auf einfache Weise eine Potenzialtrennung erreichen. Auch durch diese Vorrichtung lässt sich eine Gruppe aus unterschiedlichen Bürsten bzw. ein ganzer Bürstenblock auf einfache Weise überwachen. Zugelegt der Anschluss eines solchen Sensors an eine Sammelleitung für mehrere Bürsten. Ebenso können die Koppelkapazitäten mehrerer Bürsten problemlos zusammengeschaltet werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Erfindung.
3 zeigt eine induktive Messeinrichtung.
4 zeigt eine induktive Messeinrichtung mit einseitiger Anordnung der Spulen.
5 zeigt eine induktive Messeinrichtung mit beidseitige Anordnung von Spulen.
6 zeigt eine Vorrichtung mit optischem Indikator.
7 zeigt eine Vorrichtung mit einem optischen Indikator, welcher mittels einer Lichtschranke abgetastet wird.
8 zeigt einen weiteren optischen Sensor.
9 zeigt einen optischen Sensor zur Erkennung von Variationen in der Kohlegeometrie.
10 zeigt einen elektrischen Sensor.
11 zeigt einen elektrischen Sensor mit einem Leiter, der bei Abrieb angeschliffen wird.
12 zeigt einen optischen Sensor mit einem Lichtwellenleiter, der bei Abrieb angeschliffen wird.
1 zeigt in schematischer Form eine erfindungsgemäße Vorrichtung. Diese umfasst eine Verstelleinrichtung mit zwei keilförmigen Flächen zur Justage des Bürstenabstands zur Schleifbahn. Eine erste keilförmige Fläche (7) ist an einem Träger des Bürstenblocks befestigt und als Trägerplatte ausgebildet. Darauf ist ein Bürstenblock (8) mit keilförmiger Rückseite verschiebbar angeordnet. Zur Führung und Befestigung dient beispielsweise eine Schwalbenschwanzförmige Nut. Durch eine horizontale Verschiebung des Bürstenblocks über ein Stellglied (33) mittels einer Schubstange (32), lässt sich eine Variation in der Höhe erreichen. Die Bürsten (5) ragen hier nach unten aus dem Bürstenblock und kontaktieren die Schleifbahn (29), welche auf dem Träger (30) befestigt ist.
2 zeigt eine weitere Verstelleinrichtung, bei der der Bürstenblock (8) mittels zweier an ihren Enden drehbar gelagerter Balken gegenüber der Trägerplatte (7) verschiebbar angeordnet ist. Auch hier sind die Bürsten nicht dargestellt, die aus dem Bürstenblock nach unten herausragen. Die Schleifbahn befindet sich in der Darstellung der Zeichnung unterhalb des Bürstenblocks.
3 zeigt eine induktive Messeinrichtung. Die Bürste (5) wird mittels einer Feder (13) an die Schleifbahn (29) angedrückt. Zur Steuerung der magnetischen Felder ist ein Schirm aus magnetisch leitfähigem Material, wie beispielsweise Ferrit vorgesehen. Die Verkoppelung zwischen den Spulen wird nun durch die Eintauchtiefe der Bürste in der Anordnung bestimmt.
4 zeigt in schematischer Form eine andere induktive Messeinrichtung mit einseitiger Anordnung der Spulen.
5 zeigt eine induktiver Messeinrichtung mit beidseitiger Anordnung der Spulen zur Differenzmessung.
In 6 ist eine Vorrichtung mit optischem Indikator dargestellt. Hierzu ist ein Indikatorstift (16) in die Bürste (5) integriert und ragt über deren oberes Ende hinaus. Die Länge des hervorstehenden Endes kann nun mittels verschiedener elektrischer oder optischer Abtastmethoden oder visuell mittels des menschlichen Auges ausgewertet werden.
7 zeigt einen Auswertung der Länge des Indikatorstiftes (16) mittels einer Lichtschranke (15). Durch zusätzliche Markierungen (14) kann eine höhere Ortsauflösung erreicht werden.
8 zeigt einen optischen Sensor, der Licht von einem optischen Sender (10) in Richtung der Bürste (5) aussendet. Das Licht wird an der Rückseite der Bürste reflektiert und vom optischen Empfänger (12) ausgewertet. Vorteilhafterweise sind an der Rückseite der Kohleführung Fenster (17) vorgesehen.
In 9 ist ein optischer Sensor zur Erkennung von Variationen in der Kohlegeometrie dargestellt. Es wird Licht von einem Sender (S) in Richtung des Empfängers (E) ausgesandt. Dieser Lichtstrahl wird nun durch die Bürste entsprechend ihres Abriebes mehr oder weniger gedämpft bzw. unterbrochen. Der Schnitt A-A ist in 7 rechts dargestellt. Dort ist auf einer Leiterplatte oder Trägerplatte (4) die Führung (3) der Bürste (5) mit einem Durchbruch für den Lichtdurchtritt am oberen Ende zu erkennen. Die angeschrägte Fläche (6) der Bürste tritt nun in den Lichtstrahl ein und unterbricht den Lichtstrahl bei langer Bürste nahezu vollständig, während bei einer kurzen und damit schon stark abgerieben Bürste das Licht fast ungehindert durchtreten kann. Der Messbereich und die Steilheit des Signals ergibt sich aus der Anschrägung (6).
10 zeigt einen elektrischen Sensor. Hierzu sind auf einer Leiterplatte (4) mehrere elektrischer Kontakte (1) vorgesehen. Eine nicht dargestellte Bürste läuft in der Führung (3) und kontaktiert entsprechend ihrer Länge einer oder mehrere der Kontakte (1).
In 11 ist ein elektrischer Sensor dargestellt, welcher bei zunehmendem Abrieb angeschliffen wird, sodass sich der elektrische Durchgangswiderstand erhöht. Hierzu ist ein Leiter (25) in Form eine Schleife in eine Bürste (5) integriert. Eine Auswerteeinheit (620) ermittelt den Durchgangswiderstand des Leiters. Um den Messbereich zu erhöhen kann der Leiter an der untersten Stelle, welche der Schleifbahn am nächsten zugewandt ist und in der Darstellung dem tiefsten Punkt der Leiterschleife entspricht, mit größerem Querschnitt bzw. flächig ausgebildet werden.
12 zeigt einen optischen Sensor mit einem Lichtleiter (11), der bei Abrieb angeschliffen wird. Zur Messung der Durchgangsdämpfung wird Licht von einem optischen Sender (10) durch den Lichtleiter (11) zu einem optischen Empfänger (12) geleitet. Zur Vergrößerung des Messbereich kann auch hier der Querschnitt des Lichtleiters an der tiefsten Stelle vergrößert werden.

1: Elektrische Kontakte
2: Anlagefläche der Bürste
3: Führung der Bürste
4: Leiterplatte
5: Bürste
6: Anschrägung an der Bürste
7: Trägerplatte für Bürstenblock
8: Bürstenblock
9: Balken
10: optischer Sender
11: Lichtleiter
12: optischer Empfänger
13: Feder
14: Markierung
15: Lichtschranke
16: Indikator
20: Führungshülse für Bürste
21: erste Spule
22: zweite Spule
23: Ferritmaterial
29: Schleifbahn
30: Träger der Schleifbahn
31: Träger des Bürstenblocks
32: Schubstange
33: Stellglied

Claims

Vorrichtung zur Aufnahme von Bürsten in Schleifbahnanordnungen bzw. Kollektoren dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung in ihrer Höhe über der Schleifbahn einstellbar ist und weiterhin Mittel umfassend wenigstens einen Sensor zur wahlweisen Signalisierung der Höhe der Vorrichtung über der Schleifbahn, der Bürstenlänge, des Federweges bzw. der Andruckkraft der Bürsten auf die Schleifbahn vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stellantrieb zur Einstellung der Höhe der Vorrichtung über der Schleifbahn vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzliche Regler zur Steuerung des Stellantriebs derart vorgesehen ist, dass wahlweise der Abstand der Vorrichtung bzw. die Andruckkraft der Bürsten auf einen vorgegebenen Wert geregelt wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor wahlweise ein induktiver, kapazitiver oder auch optischer Sensor ist, welcher mit der Vorrichtung zur Aufnahme von Bürsten verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein induktiver Sensor zur Ermittlung der Bürstenlänge vorgesehen ist, welcher mit einer Auswerteeinheit zu Auswertung der Sensorsignale zur Ermittlung eines der Bürstenlänge entsprechenden Wertes verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor ein Wirbelstromsensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor eine Spule um die Bürste aufweist, welche in ihren Eigenschaften wie Induktivität bzw. Verlustfaktor durch die Bürste beeinflusst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5 bzw. 6, dadurch gekennzeichnet, dass der induktive Sensor mehrere Spulen um die Bürste aufweist, deren Verkoppelung untereinander durch die Bürste beeinflusst wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein kapazitiver Sensor zur Ermittlung der Bürstenlänge vorgesehen ist, welcher mit einer Auswerteeinheit zu Auswertung der Sensorsignale zur Ermittlung eines der Bürstenlänge entsprechenden Wertes verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitiver Sensor als Differenzsensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Indikator zur Ermittlung der Bürstenlänge vorgesehen ist, welcher ein fest mit der Bürste verbundenes Anzeigeelement umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Indikator zur Ermittlung der Bürstenlänge eine Längenskala mit Längenmarkierungen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor, insbesondere eine Lichtschranke zur Ermittlung der Länge des optischen Indikators vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor zur Ermittlung der Bürstenlänge vorgesehen ist, welcher mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Sensorsignale zur Ermittlung eines der Bürstenlänge entsprechenden Wertes verbunden ist, wobei der Sensor eine Lichtquelle zur Aussendung von Licht in Richtung der von der Schleifbahn entgegengesetzten Seite der Bürste sowie einen Detektor zum Empfang des von der Bürste reflektierten Lichtes verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bürste selbst längenabhängige Markierungen bzw. eine längenabhängige Geometrie aufweist und weiterhin ein optischer Sensor zur Ermittlung der Bürstenlänge vorgesehen ist, welcher die Markierungen bzw. eine durch die Geometrie der Bürste längenabhängige Reflexion oder Durchgangsdämpfung auswertet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Sensor umfassend mehrere Kontaktflächen, vorzugsweise an einer Leiterplatte angeordnet, welche in Kontakt mit der Bürste, wobei entsprechend der Länge der Bürste diese mit der entsprechenden Anzahl von Kontaktflächen in Kontakt steht, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer oder elektrische Leiter in die Bürste derart integriert ist, so dass er durch zunehmenden Abrieb der Bürste in seinem Querschnitt verringert wird und weiterhin Mittel zur Auswertung der Optischen bzw. elektrischen Durchgangsdämpfung des Leiters vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler, vorzugsweise ein NTC, ein PTC oder ein Thermoelement in die Bürste derart integriert ist, so dass dieser eine durch zunehmenden Abrieb der Bürste hervorgerufene Temperaturerhöhung ermittelt und einer Auswerteeinheit zur Auswertung der Sensorsignale zur Ermittlung eines der Bürstenlänge entsprechenden Wertes zuführt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein optischer Sensor zur Erkennung der mit zunehmendem Abrieb ebenfalls zunehmenden Funkenbildung zwischen Bürste und Schleifbahn vorgesehen ist, wobei dieser vorzugsweise an eine Auswerteschal tung mit Hochpassfilter oder Bandpassfilter angekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Auswerteschaltung zur Erkennung der mit zunehmender Funkenbildung zwischen Bürste und Schleifbahn zunehmenden hochfrequenten Signalanteile vorgesehen ist.