DE20312458U1

DE20312458U1 - Bürstenblock zur Übertragung von Strömen auf einen Schleifring

Info

Publication number: DE20312458U1
Application number: DE20312458U
Authority: DE
Original assignee: Walter Kraus GmbH
Current assignee: Walter Kraus GmbH
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2004-12-23
Anticipated expiration: 2013-08-14
Also published as: JP4621670B2; JP2007502098A; EP1654787A1; DE502004012265D1; EP1654787B1; ATE500638T1; US20060286821A1; ES2362901T3; WO2005020391A1; US7287985B2; EP1654787B8; DK1654787T3

Abstract

Bürstenblock (6) zur Übertragung von Strömen auf einen Schleifring mittels mindestens einem vieldrahtschleifelement (VDSE) (3), wobei am Bürstenblock eine Vielzahl von elektrisch parallel geschalteten VDSE (3) in Schleifrichtung verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenblock aus einem VDSE-Träger (4) besteht, welcher mehrere umfangsseitig angeordnete Stufeneinschnitte (5) aufweist, an denen eine Vielzahl von VDSE (3) angeordnet sind, über welche sich der zu übertragende Strom verteilt, wodurch der Bürstenblock auch zur Übertragung von Leistungsströmen geeignet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bürstenblock zur Übertragung von Strömen auf einen anliegenden Schleifring Bisher sind Vorrichtungen zum Übertragen von Strömen auf einen Schleifring mittels maximal zweier Schleifkontakte bekannt, welche nur zur Übertragung von Signalströmen mit einer Stromstärke im mA-Bereich geeignet sind. Diese Vorrichtungen können keine größeren Stromstärken übertragen.
Da nur maximal zwei Schleifkontakte zur Übertragung des Stromes verwendet werden, bergen diese Vorrichtungen ein Ausfallrisiko, da die Funktionalität der gesamten Vorrichtung von maximal zwei einzelnen Verschleißelementen abhängt.
Die Schleifkontakte, insofern sie aus Vieldrahtschleifern bestehen, werden bisher meist annähernd lotrecht an den Schleifring angelegt, was ein starkes Verfilzen der Vieldrahtschleifer, eine relativ geringe Kontaktfläche und somit einen hohen Kontaktwiderstand hervorruft.
Aus der DE 199 13 246 A1 ist ein Schleifer zur Übertragung elektrischer Signale mit Vieldrahtschleifelementen in konventioneller Ausführung bekannt.
Die DE 101 34 377 A1 zeigt einen Stromabnehmer oder Schleifkontakt in Blattfederausführung. Dieser Stromabnehmer hat nur in der untersten Blechelage Kontakt mit einem stromaufnehmenden Gegenstand. Die anderen Blechlagen dienen lediglich als Vorrat bei Verschleiß, Bruch oder Verlust der unteren kontaktführenden Blechlage. Außerdem sorgen sie in der Blattfederanordnung für die gewünschte Steifigkeit des gesamten Stromabnehmers. Alle Blechlagen sind am rückwärtigen Befestigungsende fluchtend übereinander angeordnet. Durch unterschiedliche Längen ergibt sich an der anderen Seite eine schräge Kante oder Schuppenstruktur, die keinen Konturenbezug auf den stromaufnehmenden, Gegenstand hat.
Die US-A-4,358,699 befasst sich mit Aufbau und Ausbildung einer elektrischen Faserbürste zur Stromübertragung. Hierbei sind in verschiedenen Ausführungsbeispielen mehrere Vieldrahtschleifelemente nebeneinander angeordnet.
Die US-A-4,337,407 zeigt eine stromübertragende Bürste mit mehreren Bürstenblöcken, die jeweils aus einer Vielzahl von Fasern bestehen. Diese Bürstenblöcke sind parallel geschaltet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine verbesserte Vorrichtung zur Übertragung von Strömen aufzuzeigen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den Merkmalen im Hauptanspruch.
Die beanspruchte Vorrichtung zur Übertragung von Strömen besteht im Wesentlichen aus einem Bürstenblock, welcher mit einer Vielzahl von Vieldrahtschleifelementen (VDSE) verbunden ist, wobei diese VDSE tangential an einen Schleifring anlegbar sind. Die Verwendung einer solchen Vielzahl von VDSE hat den Vorteil, dass der zu übertragende Strom auf eine Vielzahl von parallel geschalteten Kontakten verteilt wird. Hierdurch wird die zu Übertragende Stromleistung pro VDSE stark reduziert, was einen weit geringeren Verschleiß durch Erhitzung zur Folge hat und vor Allem ermöglicht, dass auch Leistungsströme mit Stromstärken von 40A oder mehr übertragbar sind. Des Weiteren ist auch bei verschleißbedingtem Kontaktverlust einzelner VDSE stets noch ausreichender Kontakt vorhanden, um eine ausreichende Übertragung des Stroms zu gewährleisten. Hierdurch verlängert sich die Lebensdauer der Vorrichtung und das Ausfallrisiko wird vermindert.
Der Bürstenblock besteht aus einem VDSE-Träger in Verbindung mit einer Vielzahl von VDSE. Der VDSE-Träger weist auf der zum Schleifring weisenden Seite eine Vielzahl von regelmäßig angeordneten Stufeneinschnitten auf einem Innenradius auf. Diese Stufeneinschnitte sind derart gestaltet, dass auf jeder der zum Mittelpunkt weisenden Stufenseiten ein oder mehrere VDSE angebracht werden können. Es werden quer zur Drehrichtung des Schleifrings bevorzugt jeweils mehrere VDSE entweder direkt aneinander schließend oder leicht beabstandet nebeneinander auf einer Stufe aufgebracht und bilden miteinander eine VDSE-Lage.
Die VDSE-Lagen zweier oder mehrerer benachbarter Stufeneinschnitte überlappen einander im Sinne einer Schuppung. Die so angeordneten VDSE beschreiben mit ihren freien Enden vorzugsweise eine Hüllkurve, nähern also eine Kreisbahn an, deren Radius leicht kleiner ist, als der Radius des anzulegenden Schleifringes. Hierdurch wird erreicht, dass die VDSE mit den Vieldrahtschleifern im Wesentlichen tangential an den Schleifring angelegt werden können und dass die Packungsdichte der Schleifkontakte sehr hoch ist.
Des Weiteren ist sind die VDSE bevorzugt derart strukturiert in den Stufeneinschnitten angebracht, dass die einzelnen Lagen jeweils zueinander versetzt sind. Die Versetzung der Lagen ist derart, dass die Vieldrahtschleifer einer VDSE-Lage mit den Vieldrahtschleifern der jeweils nächsten VDSE-Lage auf Lücke stehen. Hierbei können zwei oder mehr unterschiedliche Anordnungslagen gebildet werden.
Die Vieldrahtschleifer zweier oder mehrerer deckungsgleicher, also nicht benachbarter, VDSE-Lagen bilden eine Schleifspur auf dem Umfang des Schleifringes. Die VDSE-Lagen sind quer zur Drehrichtung des Schleifringes untereinander vorzugsweise so angeordnet, dass die Schleifspuren der jeweils versetzten VDSE-Lagen möglichst nah aneinander anschließen und gemeinsam eine breite Summenspur bilden.
Durch diese Anordnung der VDSE am VDSE-Träger wird erreicht, dass beim Anliegen des Bürstenkopfes die Kontaktfläche zwischen den VDSE und dem Schleifring wesentlich vergrößert wird und in Umfangrichtung gleichmäßig ist, wodurch ein gleichmäßiger Verschleiß der Schleifringes ohne Rillenbildung und eine wesentliche Vergrößerung der Kontaktfläche hervorgerufen wird. Dies senkt den Kontaktwiderstand, was wiederum den Verschleiß verringert und die Lebensdauer erhöht.
Jedes VDSE besteht vorzugsweise aus einem flexiblen Trägerblatt an dessen einem Ende ein Vieldrahtschleifer angeordnet ist. Dieser Vieldrahtschleifer besteht aus einer Vielzahl von kleinen Drähten, welche ein- oder mehrlagig und pinselartig zusammengefasst sind. Hierdurch wird erreicht, dass der zu übertragende Strom in jedem VDSE wiederum auf viele einzelne Schleifdrähte verteilt ist. Jeder einzelne Draht kann sich flexibel an etwaige kleine Unebenheiten des Schleifringes angleichen, wodurch eine maximal große Kontaktfläche überdeckt wird. Außerdem sind die Vieldrahtschleifer vorzugsweise an ihrem freien Ende nach außen hin abgebogen, um ihre Stabilität und ihre Führung auf dem Schleifer zu verbessern. Des Weiteren führt das Abbiegen dazu, dass die Vieldrahtschleifer bei eventuellem Drehen des Schleifrings in die entgegengesetzte Richtung nicht gestaucht oder verbogen werden.
Fallen ein oder mehrere Schleifdrähte durch verschleißbedingten Materialbruch oder sonstiges ab, so können hinter und neben diesen Drähten weitere noch ganz oder teilweise unverschlissene Drähte angeordnet sein, welche sich anstelle der abgefallenen Drähte an den Schleifring anlegen. Hierdurch wird die Lebensdauer jedes einzelnen VDSE verlängert und stets eine maximal große Kontaktfläche überdeckt.
Durch die VDSE-Lagenversetzung und die schuppenartige Überlappungsstruktur, kommen die Vieldrahtschleifer der sich berührenden VDSE selbst bei unvorhergesehen weitem Eindringen des Schleifrings in den Bürstenbereich, wobei einzelne VDSE aneinandergedrückt werden könnten, nicht in direkten Kontakt und somit kann kein gegenseitiges Verhängen der VDSE stattfinden.
Auch beim Abfallen einzelner Drähte eines VDSE durch Verschleiß fallen diese Drähte nicht direkt in einen Vieldrahtschleifer der nächsten VDSE-Lage, sondern können durch die Versatzstellung der einzelnen VDSE-Lagen durch einen Freiraum nach außen hin abfallen.
All diese Verschleißreduktionsmerkmale sind für eine Verlängerung der Lebensdauer des Bürstenblocks, eine Verminderung des Ausfallrisikos und eine geringere Wartungsfrequenz verantwortlich.
Um die Kontaktfläche weiter zu vergrößern, ist es möglich, mehrere Bürstenblöcke nebeneinander oder hintereinander und über den Umfang des Schleifringes verteilt angeordnet anzubringen. Bevorzugter Weise werden mindestens ein Drittel der Schleifringfläche von Bürstenblöcken überdeckt.
Da eine Vielzahl von Schleifkontakten zu einem Bürstenblock zusammengefasst ist, ist dieser leicht zu montieren und auszutauschen, wodurch die gezeigte Anordnung kostengünstig zu installieren und instand zu halten ist.
Jeder Bürstenblock kann entweder nur einen Teil des Schleifringes oder sogar den gesamten Schleifring überdecken und demnach einen ganzen Innenkreis aufweisen, auf welchem Stufeneinschnitte mit daran verbundenen VDSE angeordnet sind.
In einer weiteren denkbaren Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass VDSE-Träger und Schleifring gegeneinander vertauscht werden. In diesem Fall ist der VDSE-Träger im Wesentlichen rund mit Stufeneinschnitten der gezeigten Art auf dem Außenumfang. Entsprechend nähern die an den VDSE-Träger verbundenen VDSE einen Außenkreis an mit leicht größerem Radius als dem Innenradius des nun außen liegenden Schleifringes.
In einer anderen weiteren Ausführung der Erfindung besteht der Schleifring aus zwei oder mehr voneinander isolierten Segmenten, welche über mehrere unterschiedlich gepolte Bürstenblöcke mit unterschiedlichen Strömen versorgt werden. Hierdurch wird erreicht, dass platzsparend auf nur einem Schleifringumfang mehrere Ströme übertragen werden können, um beispielsweise regelmäßige Umpolungen hervorzurufen.
Weiterhin ist es möglich, die gezeigte Anordnung geometrisch derart zu variieren, dass die Bürstenblöcke nicht auf den Umfang eines Schleifringes, sondern auf dessen Stirnseite angelegt werden. Der Schleifringträger kann in diesem Falls tellerförmig statt zylindrisch ausgebildet sein. Der Aufbau des Bürstenkopfes weist dementsprechend mehrere VDSE-Lagen auf, welche kreisrunde Schleifspuren auf der Schleifringstirnseite beschreiben. Die Versetzung der einzelnen Lagen erfolgt entsprechend ähnlich der gezeigten Versetzung bei umfangsseitigen Bürstenblöcken.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen schematisch und beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
1: Eine dimetrische Ansicht eines Vieldrahtschleifelements,
2: eine Seitenansicht eines VDSE-Trägers,
3: eine Seitenansicht eines Bürstenblocks,
4: eine Vorderansicht eines Bürstenblocks und
5: eine Seitenansicht zweier Bürstenblöcke in Verbindung mit einem Schleifring
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung dient der Bürstenblock (6) zur Übertragung von Leistungsströmen auf einen Schleifring (7), der umfangseitig auf einem rotierenden zylindrischen Träger (8) montiert ist. Die kinematische Zuordnung kann auch umgekehrt sein. Der einzeln oder mehrfach vorhandene Bürstenblock (6) und ein oder mehrere parallel angeordnete Schleifringe (7) bilden einen Stromübertrager.
Der Bürstenblock (6) besteht aus einer Vielzahl von elektrisch parallel geschalteten Vieldrahtschleifelementen (3) (im weiteren VDSE genannt), welche an einem VDSE-Träger (4) in Schleifrichtung gleichmäßig verteilt angeordnet und befestigt sind.
Wie in 1 dargestellt, besteht jedes Vieldrahtschleifelement (3) aus einem elektrisch leitenden flexiblen Trägerblatt (1), an dessen einem Ende ein Vieldrahtschleifer (2) angebracht ist, wobei der Vieldrahtschleifer (2) aus einer Vielzahl von leicht flexiblen dünnen Schleifdrähten in einer vorzugsweise ein- oder mehrlagigen pinselartigen Anordnung besteht. Die Schleifdrähte sind an ihrem freien Ende bevorzugt nach außen hin abgebogen oder abgewinkelt.
Der VDSE-Träger (4) weist, wie in 2 dargestellt, vorzugsweise auf seinem Innenradius angebrachte Stufeneinschnitte (5) auf. Die Stufeneinschnitte (5) weisen eine zum Mittelpunkt weisende Stufenseite (5') und eine zu dieser bevorzugt senkrecht stehende Stufenseite (5") auf. Auf jeder zum Mittelpunkt weisendem Stufenseite (5') sind bevorzugt mehrere VDSE (3) nebeneinander angebracht. Diese zum Mittelpunkt weisenden Stufenseiten (5') sind durch die dazu lotrechten Stufenseiten (5") zueinander beabstandet. Die VDSE (3) jeweils einer Stufe bilden eine VDSE-Lage (A,B), wobei sich die Lagen mehrerer benachbarter Stufen schuppenartig überlappen.
Die Ausrichtung der zum Mittelpunkt weisenden Stufenseite (5') ist derart, dass die freien Enden der einzelnen VDSE-Lagen (A,B) eine Hüllkurve beschreiben. Der Radius dieser Hüllkurve ist bevorzugt etwas kleiner als der Radius des anlegbaren Schleifringes (7). Hierdurch liegen die elastischen Vieldrahtschleifer (2) der VDSE-Lagen bevorzugt mit leichtem Druck tangential am Umfang oder Mantel des Schleifringes (7) an.
Wie in 4 dargestellt, sind zwei oder mehrere VDSE-Lagen (A, B) bevorzugt zueinander versetzt. Die seitliche Versetzung der Lagen (A, B) ist bevorzugt derart, dass die Vieldrahtschleifer (2) einer Lage (A) zu den Vieldrahtschleifern (2) einer benachbarten Lage (B) genau auf Lücke stehen. Die Vieldrahtschleifer (2) einer Lage (A, B) bilden auf dem Umfang eines anzulegenden Schleifringes (7) eine gemeinsame Schleifspur. Die Versetzung der Lagen (A, B) ist derart, dass die unterschiedlichen Schleifspuren der Lagen (A, B) gemeinsam eine kontinuierliche breite Summenschleifspur ergeben.
Die VDSE (3) werden im Bereich der Stufeneinschnitte (5) vorzugsweise durch Schweißen oder Nieten mit dem VDSE-Träger verbunden. Hierbei werden die Trägerblätter (1) jeweils auf den zum Mittelpunkt weisenden Stufenseiten (5') befestigt.
Wie in 5 dargestellt werden vorzugsweise mehrere Bürstenköpfe (6) über den Umfang des Schleifringes (7) verteilt angeordnet. Des Weitern können mehrere Bürstenköpfe (6) nebeneinander angeordnet werden, um zusätzliche oder breitere Schleifspuren zu erzeugen.

1: Trägerblatt
2: Vieldrahtschleifer
3: Vieldrahtschleifelement (VDSE)
4: VDSE-Träger
5: Stufeneinschnitt
5': zum Mittelpunkt weisende Stufenseite
5": andere Stufenseite
6: Bürstenblock
7: Schleifring
8: Träger

Claims

Bürstenblock (6) zur Übertragung von Strömen auf einen Schleifring mittels mindestens einem vieldrahtschleifelement (VDSE) (3), wobei am Bürstenblock eine Vielzahl von elektrisch parallel geschalteten VDSE (3) in Schleifrichtung verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Bürstenblock aus einem VDSE-Träger (4) besteht, welcher mehrere umfangsseitig angeordnete Stufeneinschnitte (5) aufweist, an denen eine Vielzahl von VDSE (3) angeordnet sind, über welche sich der zu übertragende Strom verteilt, wodurch der Bürstenblock auch zur Übertragung von Leistungsströmen geeignet ist.
Bürstenblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufeneinschnitte (5) des VDSE-Trägers (4) derart geformt sind, dass die darauf angebrachten VDSE (3) Lagen (A,B) bilden, die in einer sich überlappenden, schuppenartigen Struktur mit den Enden der VDSE (5) eine Hüllkurve beschreiben.
Bürstenblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die VDSE-Lagen (A,B) in den Stufeneinschnitten (5) des VDSE-Trägers (4) zueinander versetzt sind, wobei die Vieldrahtschleifer (2) einer Lage (A) zu den Vieldrahtschleifern (2) einer benachbarten Lage (B) auf Lücke stehen.
Bürstenblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die VDSE (3) aus einem leitenden Trägerblatt (1) mit daran verbundenem Vieldrahtschleifer (2) bestehen.
Bürstenblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte des Vieldrahtschleifers (2) am freien Ende abgebogen sind.
Bürstenblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte des Vieldrahtschleifers (2) in einer ein- oder mehrlagigen Pinselstruktur zusammengefasst sind.
Bürstenblock nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bürstenblöcke (6) nebeneinander und über den Umfang eines Schleifringes (7) verteilt anordenbar sind.
Rotierender Stromübertrager mit eine oder mehreren Schleifringen (7) und ein oder mehreren Bürstenblöcken (6), die relativ zueinander drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bürstenblöcke (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet sind.