CN103608976B - 用于滑动触点的电线和滑动触点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造滑动触点的电线，其中该电线的至少一根内部芯线由铜‑银合金制得。本发明也涉及一种具有至少一根这种电线的滑动触点，其中设置有静止触点，在该静止触点的可导电表面上搭有至少一根该电线，其中电线施加在静止触点可导电表面上的弹力导致电线和静止触点之间的电接触，并且静止触点相对电线能够移动，由此电线的表面在静止触点的移动过程中在静止触点上滑动。最后本发明还涉及含有这种滑动触点的电位传感器、电位器、滑动控制器、位置传感器、旋转开关、电动机、发电机、风力涡轮机、滑环系统、伺服驱动或集电器。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造滑动触点的电线。本发明也涉及一种含有这种电线的滑动触点。
最后本发明还涉及含有这种滑动触点的电位传感器、电位器、滑动控制器、位置传感器、旋转开关、电动机、发电机、风力涡轮机、滑环系统、伺服电机或集电器。
背景技术
滑动触点的电线和滑动触点本身在需要将电流传输至可移动部件时具有多种应用。为此也使用了包含由第一金属或第一金属合金制得的内部芯线和由第二金属或第二金属合金制得的外壳或镀层的铠装线。这种铠装线例如用作滑环传输系统中的滑动触点。该滑动触点用来在例如风力发电机或机器手的旋转系统中传输信号流和电流。
例如由DE4020700A1已知滑动触点。DE19913246A1公开了一种作为多线式滑触头而形成的用于传输电信号的滑触头。其中多个触点确保了连续的电接触。由EP0054380A2已知一种由多根单根的电线制成的、作为滑动触点的、包含滑环的香蕉触点。滑环系统具有向传输较高电流发展的趋势。同时力求不断减少使用昂贵的贵金属。
由DE102004028838A1已知一种具有由一根电线组成的基体的滑动触点，该滑动触点中在电线的一端设有滑动触点主体。以这种方式可以为触点的基体选择便宜的、有弹力的材料，例如不锈钢，然而作为滑动触点主体的能量传输部件可以由另外一种用于能量传输的最佳材料制得。对此有利的是，可以节省昂贵的贵金属，因为并不是整个弹簧触点都必须由贵金属或贵金属合金制成。这种设计不利的是，与使用简单的电线相比，制造这种滑动触点所需的时间较多。
用于制造滑动触点的电线的材料优选为铜-铍合金，特别是CuBe2，该合金因其良好的弹性性能而被广泛使用。已知为此也使用具有由铜-铍合金制得的芯线和由贵金属或贵金属合金制得的外壳镀层的铠装线。该铠装线由于固化的CuBe2芯线而具有良好的回弹性能。由于外壳镀层通常具有高的含金量，所以该铠装线的接触电阻和防腐蚀性也很好。
这种设计的缺点是，铜-铍合金相对于纯的铜具有差的导电性。由此这种电线或者包含由铜-铍合金制得的芯线的镀层电线的电流承载能力也相对低。为了传输较高电流，必须增大电线的直径或者电线的数量。由于在外壳或涂层中较多地使用贵金属而使这两种方法的成本明显提高。此外，由于铍和例如CuBe2的铍合金对环境有害，所以越来越避开这两种材料。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷。特别是本发明提供了一种电线和一种包含这种电线的滑动触点，这种电线具有较高的导电性，但同时还具有足够好的滑动触点所需的弹性。为此特别优选不含对环境有害的铍的电线。此外，如果能够降低这种电线以及由这种电线构成的滑动触点的制造成本，则是有利的。
通过使电线的至少一根内部芯线由铜-银合金制得而实现本发明的目的。
铜-银合金由于其电性能和机械性能而可以构成细的、导电好的弹簧触点。
为此可以设计成，使内部芯线沿着电线的整个长度延伸。
根据本发明也可以设计成，该电线是具有圆的或有棱角的横截面的弹性电线。
电线是容易获得的。如果电线具有圆的横截面，那么该电线具有对称的弹性，由此用这种电线形成的滑动触点的静止触点也可以是非平面的。
根据本发明的特别有利的电线的特征在于，铜-银合金含有不超过30重量%的银，优选含有1至25重量%的银，特别优选含有5至15重量%的银，非常特别优选含有10重量%的银。
在这种复合物中的机械性能和电性能特别适用于形成根据本发明的电线。这特别涉及了铜-银合金（Cu-Ag合金）的导电性和弹性，即主要是Cu-Ag合金的弹性模量。这种电线特别适用于根据本发明的滑动触点。在这里银的含量以重量百分比（重量%）给出。
根据本发明也可以这样设计，即铜-银合金掺有少量低于4重量%的其它元素，特别是Zr和/或Cr，优选低于1重量%的含量，特别优选低于0.1重量%的含量。
少量铬（Cr）或者锌（Zr）的掺入可以例如使形成镀层的金合金的涂覆变得容易，和/或确保金合金更好地保持在电线表面上。
根据本发明的另一个设计方案可以将电线设计为长地延伸并且具有0.1mm和4mm之间的横截面。
此外设有，该电线可以具有0.1mm至3mm的厚度，优选具有0.15mm至2mm的厚度。
根据本发明的另一个设计方案，可以将该电线设计为缠绕的连续电线或者具有10mm至300mm的长度，优选具有20mm至180mm的长度，特别优选具有30mm至100mm的长度。
具有10mm至300mm的长度的电线特别容易形成根据本发明的滑动触点。通过提供合适长度的电线免去了手动切断连续的电线。因此对于滑动触点来说已切段的电线特别优选。
本发明的特别优选的实施方式是，电线包含贵金属合金的外壳镀层，该外壳镀层优选由金合金制成，特别优选由包含银、铜和/或钯的金合金制成，非常特别优选包含70重量%的金、20重量%的银和10重量%的铜和/或钯的合金制成。
该外壳镀层使得电线表面不受氧化并由此长时间地确保这种电线对于静止触点的低的接触电阻。通过由铜-银合金制得的电线芯线产生了惊人的组合效果，即通过因铜-银芯线较好的导电性而获得较小的电线横截面，实现了为电线镀层使用较少量的贵金属。这在形成电线时节省了成本。此外，利用给定的金合金可以特别简单有效地涂覆Cu-Ag芯线的镀层。当这种镀层特别是含有银的金合金时，该镀层在Cu-Ag合金上的持久性是特别好的。
根据本发明也可以设计为，镀层的电线在芯线和镀层之间具有含铬的中间层。
由此进一步改善镀层在芯线上的持久性。
对于根据本发明的含有镀层的电线可以设计为，该镀层是电镀的镀层，优选具有0.1μm至20μm的层厚，特别优选具有0.5μm至2μm的层厚。
另外可替代的设计可以是，该镀层是机械涂覆的外壳镀层，由此该电线是铠装线，镀层优选具有5μm至50μm的层厚，特别优选具有10μm至25μm的层厚。
镀层的电线也可以具有这样的特征，即该镀层是圆柱外壳，并围着电线的圆柱形芯线延伸。
此外可以设计为，电线的镀层通过滚压包层法、喷涂或电镀而涂覆在基体上。
根据本发明，未镀层的电线可以具有这样的特征，即该电线由铜-银合金制得。于是该电线是没有外部镀层的实心的铜-银电线。
通过含有至少一根这种电线的滑动触点也实现了本发明的目的，在该滑动触点中设置有静止触点，在该静止触点的可导电表面上搭有至少一根该电线，其中电线施加在静止触点的可导电表面上的弹力导致电线和静止触点之间的电接触并且静止触点相对电线能够移动，由此电线表面在静止触点的移动过程中在静止触点上滑动。
为此可以设计为，将静止触点能够旋转地安置并且该静止触点的可导电表面至少局部地旋转对称。
为此可以将该滑动触点进一步设计为包含多个彼此电接触的电线的多线式滑触头。
因为多线式滑触头也可以允许单个触点发生故障并且与静止触点的外形很相符，所以该多线滑触头非常适用。
也可以将滑动触点设计为是这样构成的，即至少一根电线以其涂层搭在静止触点上。
通过含有一个这种滑动触点的电位传感器、电位器、滑动控制器、位置传感器、旋转开关、电动机、发电机、风力涡轮机、滑环系统、伺服驱动或集电器也实现了本发明的目的。
最后，通过含有作为滑动触点的这种电线的电位传感器、电位器、滑动控制器、位置传感器、旋转开关、电动机、发电机、风力涡轮机、滑环系统、伺服驱动或集电器也实现了本发明的目的。
根据本发明的电线和滑动触点能够特别有效地使用于这些配件中。
本发明基于以下惊人的发现，即，所使用的材料，也就是铜-银合金，是高导电的材料，该材料可以在同样大小的横截面情况下传输较高的电流，或者可以在较小的横截面下传输同样大小的电流，并且该合金同时具有合适的机械性能，例如弹性来形成弹簧触点。
当电线形成为包括一根由这种铜-银合金制得的芯线的铠装线或镀层电线，则通过在较高电流时保持相等的横截面，或者在相同电流时减小横截面而获得惊人的组合优势，即，多数由昂贵的贵金属制得的外壳或者镀层具有较小的横截面，因此只需较少量的昂贵的外壳材料或镀层用于制造这种铠装线或镀层电线。这在制造这种铠装线或镀层电线、特别是在较厚地涂覆例如铠装线的镀层时，明显地降低了成本。由此，特别在铠装线中也相应地节省了贵金属。
由于Cu-Ag材料相比CuBe2明显提高的导电性，所以使用由Cu-Ag合金制得的电线或者含Cu-Ag芯线的镀层电线或铠装线可以在相同大小的电线横截面情况下传输明显较大的电流。相反地，含有较小横截面的电线能够用于传输相同大小的电流。
通过由Cu-Ag替代CuBe2用于滑动触点的电线可以满足对于不含铍产品的市场需求。铍被认为对环境具有有害的影响，因此产生了对于不含铍产品的需求。
根据本发明的基于Cu-Ag的电线可以应用于根据本发明的滑动触点如滑环传输系统中。这种滑环传感器一般用于在风力发电机中传输电信号和电功率。一般来说，滑环传感器普遍地用于例如机械手等需要在旋转部件和静止部件之间传输电流的装置中。
附图说明
接下来根据三个示意图阐明本发明的实施例，然而本发明并不局限于这些图。其中：
图1：示出了根据本发明的滑动触点的示意性侧视图；
图2：示出了根据本发明的电线的示意性立体图，以及
图3：示出了根据本发明的、另一个可选的滑动触点的示意图。
附图标记说明
1、21 滑动触点
2、12、22 电线
3、23 固定件
4 装置
5 悬置架
6 滚筒/静止触点
7 轮毂/轴
8、28 导线
19 芯线
20 外壳镀层
26 轨道/静止触点
具体实施方式
图1示出了含有根据本发明的电线2的滑动触点1的示意性侧视图。电线2由铜-银合金实心地构成或者包含由这种合金制得的芯线并且在芯线的外壳侧面上涂覆了金合金。该铜-银合金导电并且使电线2具有足够的弹性。
电线2通过固定件3固定在装置4上。装置4可以是任意一个装置，例如风力发电机的桅杆或者和风力发电机的桅杆固定结合的部件。在装置4上设有和装置4固定结合的悬置架5。滚筒6作为静止触点相对于电线2能够围绕轴7旋转地安装在悬置架5中。另外滚筒6具有可导电的表面并且圆柱形地形成。轴7同时是圆柱形的滚筒6的对称轴。滚筒6通过悬置架5和装置4不导电地结合。
电线2是这样相对于滚筒6固定的，即，将该电线压在滚筒6上。由此使该电线2发生弹性变形。当滚筒6在悬置架5中旋转时，电线2的外壳镀层面在滚筒6的可导电圆筒套上滑动。通过电线2和旋转的滚筒6产生的持续接触，电流可以从电线2传输到滚筒6上或者反向地从滚筒传输到电线上。通过电线2的弹力保持了与滚筒6表面的接触。
在电线2上连有电导线8，通过该导线电流可以传输到其它相连的部件（未示出）或者从其它部件传输到电线2上。
具有由铜-银合金制得的芯线或者完全由铜-银合金构成的电线2可以具有比传统滑动触点的传统电线更小的直径，以用来传输同等大小的电流。因此这种电线2在制造过程中成本较低并且只需较少的资源。电线2可以简单地制得并且在废物处理或再加工过程中不会产生问题。最后，电线2完全不含铍，从而满足了较新的环保要求。
作为电线2可以采用如图2所示并且接下来描述的电线。
图2示出了根据本发明的用于如图1和3中所示滑动触点的电线12的示意性立体图。所示电线12是包含由铜-银合金制得的芯线19的铠装线12。该铠装线12具有圆形横截面。外壳镀层20包住芯线19的圆形表面，该圆形表面形成芯线19的圆柱形镀层。外壳镀层20由含有超过50重量%的金的金合金构成。外壳镀层20以机械形式涂覆到芯线19上。替代地也可以用一种这样的金合金给电线12涂覆一层薄的镀层。
外壳镀层20可以通过滚压包层法、喷涂或电镀涂覆到电线12的铜-银芯线19上。为了使外壳镀层20更好地保持在电线12的芯线19上，可以在芯线19和外壳镀层20之间设置一个中间层（未示出）。该中间层可以例如为铬合金，该铬合金以电镀形式或通过气相沉积而涂覆到芯线19上。
图3示出了根据本发明的、另一个可选的滑动触点21的示意图。该滑动触点21由多根根据本发明的电线22构成，并由此形成了多线式滑触头或香蕉触头。该电线22通过固定件23固定。固定件23是这样定位电线22的，即，将电线固定在距离金属轨道26一定距离的位置上，这个距离小于电线22凸出固定件23的长度部分。
由此将电线22压在金属轨道26上并弹性变形。通过电线22的弹力将电线始终压在形成对应于电线22的静止触点的轨道26上。通过导线28使导线和滑动触点21的电线22电接触。电流可以从轨道26通过电线22传输。当电线22在轨道26上移动时，则可以由此从轨道26持续地传输电流到电线22上。
电线22含有铜-银合金并能够因此比传统滑动触点的电线更小地构成。由此一方面减少了材料的消耗以及另一方面能够实现较小的结构。这有利于许多部件的越来越微型化。所示滑动触点21可以例如在如图3所示的模型铁路中得到实现。
作为电线22可以采用特别是如图2所示及在说明书中阐释的电线。
已证明，含有不超过25重量%的银和剩余为铜的铜-银合金特别适用于形成用于根据本发明的滑动触点1、21的、根据本发明的电线2、12、22。另外可以在该合金中掺有少量其它金属（低于4重量%）。适合的少量掺杂物可以例如为铬或锆。
在上述说明书以及权利要求、附图和实施例中公开的本发明的特征既可以单独地也可以任意结合地成为实现本发明不同实施例的基础。
Claims (28)
1.一种用于制造滑动触点(1、21)的电线(2、12、22)，所述电线(2、12、22)的至少一根内部芯线(19)由铜-银合金构成，所述电线(2、12、22)含有由贵金属合金制得的外壳镀层(20)，
其特征在于，所述铜-银合金掺有低于4重量％含量的少量其他元素，其中所述少量其他元素是Zr和/或Cr，并且所述铜-银合金含有不超过30重量％的银。
2.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述内部芯线(19)沿着所述电线(2、12、22)的整个长度延伸。
3.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述铜-银合金含有1至25重量％的银。
4.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述铜-银合金含有5至15重量％的银。
5.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述铜-银合金含有10重量％的银。
6.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述铜-银合金掺有低于1重量％含量的少量其他元素。
7.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述铜-银合金掺有低于0.1重量％含量的少量其他元素。
8.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述电线(2、12、22)具有0.1mm至3mm的厚度。
9.根据权利要求8所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述电线具有0.15mm至2mm的厚度。
10.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述电线(2、12、22)是缠绕的连续电线或者具有10mm至300mm的长度。
11.根据权利要求10所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述电线具有20mm至180mm的长度。
12.根据权利要求10所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述电线具有30mm至100mm的长度。
13.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层由金合金制得。
14.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层由包含银、铜和/或钯的金合金制得。
15.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层由包含70重量％的金、20重量％的银和10重量％的铜和/或钯的合金制得。
16.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层(20)是电镀的外壳镀层(20)。
17.根据权利要求16所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层具有0.1μm至20μm的层厚。
18.根据权利要求16所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层具有0.5μm至2μm的层厚。
19.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层(20)是机械涂覆的外壳镀层(20)，由此所述电线(2、12、22)是铠装线(12)。
20.根据权利要求19所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层具有5μm至50μm的层厚。
21.根据权利要求19所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层具有10μm至25μm的层厚。
22.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述外壳镀层(20)是圆柱外壳，所述外壳镀层围着所述电线(2、12、22)的圆柱形芯线(19)延伸。
23.根据权利要求1所述的电线(2、12、22)，其特征在于，所述电线(2、22)由铜-银合金构成。
24.一种含有至少一根根据权利要求1-23中任意一项所述的电线(2、12、22)的滑动触点(1、21)，其特征在于，设置有静止触点(6、26)，在所述静止触点的可导电表面上搭有至少一根所述电线(2、12、22)，其中所述电线(2、12、22)施加在所述静止触点(6、26)的可导电表面上的弹力导致所述电线(2、12、22)和所述静止触点(6、26)之间的电接触，并且所述静止触点(6、26)相对所述电线(2、12、22)能够移动，由此所述电线(2、12、22)的表面在所述静止触点(6、26)的移动过程中在所述静止触点(6、26)上滑动。
25.根据权利要求24所述的滑动触点(1、21)，其特征在于，所述静止触点(6)相对所述电线(2、12、22)能够旋转地安置，并且所述静止触点(6)的可导电表面至少局部地旋转对称。
26.根据权利要求24所述的滑动触点(1、21)，其特征在于，所述滑动触点(21)是含有多根彼此电接触的所述电线(2、12、22)的多线式滑触头。
27.根据权利要求24所述的滑动触点(1、21)，其特征在于，所述滑动触点(1、21)是这样构成的，即，至少一根所述电线(2、12、22)以其外壳镀层(20)搭在所述静止触点(6、26)上。
28.含有根据权利要求24所述的滑动触点(1、21)的电位传感器、电位器、滑动控制器、位置传感器、旋转开关、电动机、发电机、风力涡轮机、滑环系统、伺服电机或集电器。
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