CN104380542A - 用于滑环装置的电刷单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于滑环装置的电刷单元，该电刷单元包括一个弹簧弓，所述弹簧弓通过一个印刷电路板的两个孔机械保持并且转变为两根接触弹簧。此外，所述弹簧弓还具有一个用于与导体电路电气触点接通的焊接部位。该焊接部位通过弹簧弓的两个弯曲部机械地与接触弹簧脱耦。

Description

用于滑环装置的电刷单元
技术领域
本发明涉及一种电刷单元以及一种用于借助在彼此相对可旋转的部件之间的滑动触点传输电信号的滑环装置。在由可导电的材料构成的滑轨上有至少一个同样由可导电的材料构成的滑动触点滑动，所述滑动触点也称作电刷。通过在滑轨与电刷之间的电流接触可以传输电流。
背景技术
例如由DE 201 15 215 U1或还由US 4,583,797已知一种电刷单元，其中弹簧丝焊接在印刷电路板上。制造相对简单，其中精确定位各个电刷丝几乎是不可能的。此外，在持续负荷情况下的耐久性并不令人满意，因为随着时间的流逝焊接部位会开裂。
在EP 1 453 155 A2中公开了一种焊接在印刷电路板的正面的滑环电刷。通过在印刷电路板的背面引入焊料来试图获得大面积的焊接部位，该大面积的焊接部位就应当实现足够的机械强度。这种电刷单元的缺点在于，除了复杂的制造方法之外，由于电刷丝在印刷电路板上的接触长度大以及为了避免焊接部位上的横向力而仅能够实现U形电刷布置。由此两个电刷邻近地置于滑轨的彼此对置的部位上，这需要较大的安装空间并且仅能实现每个滑轨两个电刷。DE 101 58 381 B4公开了一种滑环传感器，其中将一个接触弹簧固定在印刷电路板上。在JP 2010-232139A中公开了一种此类装置，其中电刷丝焊接在金属化通孔中。
发明内容
本发明的目的在于，如此构成一种电刷单元以及一种滑环装置，以致它们也能够长期实现稳定的电刷固定以及可靠的触点接通。同时，该电刷单元以及该滑环装置应当可以简单且低成本地制造，以及具有高使用寿命和可靠性。此外，灵活的电刷布置和尤其是节省空间的V形电刷布置应当是可能的，其中还可以将多个电刷单元安装在一个滑环上。
该目的通过如权利要求1所述的设备得以实现。本发明有利的实施方式在从属权利要求中给出。
本发明的用于滑轨的电刷单元包括至少一个优选为印刷电路板的支承件。此外，所述电刷单元包括至少一个弹簧弓，它电气触点接通地和机械地固定在所述支承件上。所述弹簧弓优选由金属丝或者由金属扁平材料构成。对电刷单元的长期研究表明，既用于触点接通也用于机械固定电刷的焊接部位经常过早地失效。因此，本发明的电刷单元基于电气触点接通与机械固定的分离。
为此，所述支承件包括两个优选基本上平行的孔，所述孔保持一个弯曲的弹簧弓。在此，所述弹簧弓的弯曲的部分位于支承件的第一侧面上，而在支承件朝向滑轨或者朝向滑环模块的第二侧面上，弹簧弓形成至少一根接触弹簧，优选两根接触弹簧。所述弹簧弓在第一侧面上被电气触点接通。为此，所述弹簧弓与在支承件上的电导体例如导体电路焊接在一起。在支承件的第二侧面上不存在与弹簧弓的焊接连接。通过这样的布置，现在优选在支承件的第一侧面上通过一个优选为焊接部位的触点接通部位实现电气触点接通。另选地，所述触点接通部位还可以包括一个压入式触点。由滑轨产生的作用到接触弹簧上的力经由所述孔从支承件的第二侧面引入支承件。在接触弹簧与触点接通部位之间，在支承件的第一侧面上还存在一个用于触点接通焊接部位的机械卸载的弯曲部。在此，所述弯曲部是弹性元件。因此，接触弹簧的压力不会加载于焊接部位上，这导致使用寿命大大延长以及可靠性明显更高。通过将弹簧弓固定在两个孔中，还得到扭转预防措施，其使得可以吸收平行于支承件表面的扭矩而不给焊接部位加载负荷。所述触点接通部位以及尤其是触点接通焊接部位还可以是在所述孔中的金属化通孔，只要通过该孔的不是具有接触弹簧的弹簧弓的片段。此外优选的是，所述孔具有相应于弹簧弓直径的直径。为了能够实现所述弹簧弓良好的侧向引导，所述孔的直径应当不大于两倍直径，优选1.5倍和特别优选1.2或者1.1、1.05或1.01倍直径。
为了实现更好的引导或者固定，还可以将弹簧弓压入所述孔。为此，所述孔优选具有比弹簧弓的直径更小的直径。在这种情况下优选的是，所述孔的直径不大于0.95或0.9倍以及特备优选0.8倍弹簧弓直径。为了提高所述孔的稳定性，可以为所述孔配备金属化通孔。在这种情况下，所述金属化通孔优选具有机械支撑性能并强化所述孔。尽管所述金属化通孔用于改善与支承件的电气触点接通，所述电气触点接通主要还通过无机械负荷的焊接部位来实现。在由扁平材料构成的弹簧弓的情况下，还可以配备具有与所述扁平材料的横截面相应的横截面的凹部来代替孔。
在本发明的第一种变化方案中，所述弹簧弓具有一个带有两个端部的中间段，其中在各个端部设置具有连接的接触弹簧的弯曲部。
在本发明的另一个变化方案中，仅在所述中间段的一个端部设置具有连接的接触弹簧的弯曲部。
另选地，还可以前后设置两个或更多个弯曲部而不是一个弯曲部来代替一个弯曲部。原则上，弯曲部可以具有不同的形状。这些形状可以是半圆形或矩形，或者也可以具有多边形的线材导向装置。
在此，特别优选的是V形的接触弹簧设置，因为该设置是特别紧凑的并且具有良好的传输性能。然而，还可以相应地制得各种其他形状，尤其是还有U形，在该形状中接触弹簧几乎垂直地从支承件的孔中伸出。
优选的是，接触弹簧不焊接在所述孔中。因此特别优选的是，所述孔在内部不具有金属镀层。但采用焊接在孔中的弹簧弓同样获得良好的结果。因此，在孔中的焊接部位对于电气触点接通而言不是首要的，因为电气触点接通通过由弯曲部机械脱耦的触点接通部位来进行。由此，这样的电刷单元即使在取消所述孔中的焊接部位的情况下也可毫无问题地运行。
所述电刷优选是金属丝并且包括至少一种导电性材料。优选的是，其具有机械稳定且弹簧弹性的材料例如钢、铜铍合金或黄铜构成的芯，以及由导电性良好且优选耐腐蚀的材料例如银、金或金合金构成的外部涂层或包覆物。所述电刷还可以包括由银/或金或者它们的合金构成的丝。
本发明的滑环装置具有一个滑轨以及至少一个在本文公开的电刷单元。为了引导所述电刷，所述滑轨具有优选至少一个V-导槽。原则上也可以使用具有其它几何形状的导轨。这可以是例如平面导轨或具有U形导槽(半圆形、椭圆形)的导轨。
本发明的制造本文所述的电刷单元的方法包括如下步骤：
1.提供具有至少两个孔的支承件，
2.插入具有至少一个弯曲部的弹簧弓，
3.制造触点接通焊接部位。
任选地，还可以侧面弯曲所述接触弹簧以调节出恰当的角度或者恰当的形状，例如V形。
附图说明
下面在不限制本发明总体思想的情况下，依据实施例参考附图示例性地描述本发明。
图1示出了本发明的电刷单元，
图2示出了电刷单元的截面图，
图3示出了电刷单元的另一个截面图，
图4示出了弹簧弓的细节，
图5示出了本发明的另一实施方式，
图6示出了本发明的又一实施方式，
图7示出了完整的滑环变换器，
图8示出了在接触弹簧上的力。
具体实施方式
在图1中描述了本发明的电刷单元20。所述电刷单元具有一个支承件21，优选一个印刷电路板。所述支承件21在此用于容纳接触弹簧31、32以及用于连接所述接触弹簧的导体电路60。在此，所述接触弹簧呈V形突出于所述支承件。通过该构型围绕一个滑环模块可以布置至少两个，但通常也可以是四个电刷单元，这能够实现更高的触点数。在此，所述导体电路具有连接孔61，在所述连接孔中或穿过所述连接孔可以插入并焊接连接导线。在此示例性地分别将两对接触弹簧借助导体电路彼此电气性连接。通过该并联可以降低接触电阻，提高可靠性并且减少接触噪声。所述电刷单元可以经由具有固定孔69的固定元件68来进行固定。
在图2中以截面图描绘了所述电刷单元。所述第一接触弹簧31和第二接触弹簧32一体化地由弹簧弓形成。所述弹簧弓具有中间段35，其与支承件21在一个触点接通部位焊接在一起。在此，所述中间段优选焊接在导体电路60上。所述中间段35在一侧转变成第一弯曲部33并且从该弯曲部转变成第一接触弹簧31，以及在由第二侧转变成第二弯曲部34并且从该弯曲部转变成第二接触弹簧32。中间段35和弯曲部33、34处于支承件的第一侧面上。借助孔24、25引导所述接触弹簧31、32朝第二侧面27那边穿过支承件21。所述支承件21的孔可以选择性地在内部具有或不具有金属镀层。对于本发明优选的是，所述接触弹簧在孔中不与印刷电路板焊接在一起。因此进一步优选的是，所述孔不具有金属镀层。
在图3中再次描绘所述电刷单元。在此，可以看见弹簧弓30具有中间段35、其端部37、38、弯曲部34、33以及接触弹簧31、32。
在图4中描绘了弹簧弓的细节。所述弹簧弓30的中间段35借助触点接通部位40与所述支承件21的第一侧面26连接。另一个焊接部位41可以安装在所述支承件21的第一侧面26上的第二弯曲部34与第二接触弹簧32之间以便经由所述弯曲部34去除触点接通部位40的机械负荷。但优选的是，在该位置没有焊料。此外，优选的是在第二接触弹簧32与支承件21中的第二孔25之间无焊接。然而，在它们之间可以存在例如压配合或形锁合。
在图5中描绘了本发明的另一实施方式。在此，第一接触弹簧51和第二接触弹簧52是分开的机械构件。它们并不通过中间段彼此连接。在弯曲部53的端部上的第一端段55被引导通过第二孔25以及第一接触弹簧51被引导通过第一孔24。所述第二接触弹簧优选与此对称地设置。在此，在通往第二接触弹簧52的弯曲部54的另一端部上的第二端段56通过一个孔固定在支承件21中。在此所示的接触弹簧可以通过单独使用或者选择性地也可以对称布置地使用。触点接通部位40处于第二孔25的端部上的支承件21的第一侧面上或处于该孔的金属化通孔中。
在图6中描绘了本发明的又一实施方式。该实施方式类似于图3的实施方式。然而，在此仅设置一个接触弹簧32。
图7示出了完整的具有电刷单元20的滑环变换器，所述电刷单元的第一接触弹簧22和第二接触弹簧23在可旋转的滑环模块10的滑轨载体12上的滑轨11上滑动并且由此与该滑环模块电气接触。在此，还示出了作用于接触弹簧22、23的力71、72的方向。
在图8中，在此详细描绘了作用于所述接触弹簧的力。所述力71、72垂直于接触弹簧在滑轨上的接触点。在该图中仅仅涉及力72，因为作用于相对置的接触弹簧的力71与其对称。所述力72可以分解为平行于支承件的第一分力73和垂直于支承件的第二分力74。平行于支承件的分力73由另一接触弹簧的相反的第二分力所抵消。垂直于支承件的分力74在紧邻支承件中的孔25的起始处的接触弹簧的弯曲部位36处被部分吸收。弯曲部34起到弹簧的作用并且防止垂直的第二分力74的一个更小的部分给中间段上的焊接部位加载过强的负荷。此外，由接触弹簧在支承件21的进入部位的力造成弯曲扭矩75，该弯曲扭矩也可以基本上被支承件中的孔25所吸收。
附图标记一览表
10 滑环模块
11 滑轨
12 滑轨载体
20 电刷单元
21 支承件
22 第一接触弹簧
23 第二接触弹簧
24 第一孔
25 第二孔
26 支承件的第一侧面
27 支承件的第二侧面
30     弹簧弓
31     第一接触弹簧
32     第二接触弹簧
33     第一弯曲部
34     第二弯曲部
35     中间段
36     弯曲部位
37、38 中间段的端部
40     触点接通部位
41     接触弹簧的焊接部位
51     第一接触弹簧
52     第二接触弹簧
53     第一弯曲部
54     第二弯曲部
55     第一端段
56     第二端段
60、62 导体电路
61、63 连接孔
68     固定元件
69     固定孔
71、72 到接触弹簧上的力
73、74 分力

Claims (14)

1.用于滑轨(11)的电刷单元，所述电刷单元包括至少一个具有背离所述滑轨的第一侧面、朝向所述滑轨的第二侧面的支承件(21)，以及至少一个固定在所述支承件上的、具有至少一个接触弹簧(31、32、51)的弹簧弓(30)，其中所述弹簧弓以至少一个触点接通部位(40)与一个在所述支承件上的电导体导电连接，所述支承件(21)具有两个用于保持弹簧弓(30)的孔(24、25)，并且所述弹簧弓从所述支承件的第一侧面到所述支承件的第二侧面穿过两个孔并且在所述第二侧面上转变为至少一根接触弹簧(31、32、51)，
其特征在于，
所述弹簧弓(30)在所述支承件的第一侧面上在所述至少一个触点接通部位(40)与所述至少一根接触弹簧(31、32)之间具有至少一个弯曲部(33、34)。
2.根据权利要求1所述的电刷单元，其特征在于，所述触点接通部位(40)是焊接部位。
3.根据权利要求1所述的电刷单元，其特征在于，所述触点接通部位(40)包括一个压入式触点。
4.根据权利要求1或2所述的电刷单元，其特征在于，所述弹簧弓(30)具有一个带两个端部(37、38)的中间段(35)，所述中间段在各端部转变为具有连接的接触弹簧(31、32)的弯曲部(33、34)，并且其中所述中间段经由触点接通部位(40)与支承件(21)连接。
5.根据权利要求1或2所述的电刷单元，其特征在于，所述弹簧弓(30)具有一个带两个端部(37、38)的中间段(35)，所述中间段在各端部设有弯曲部(33、34)，其中仅有一个弯曲部转变为连接的接触弹簧(33)而第二弯曲部以一个端部伸入一个孔中，并且其中所述中间段经由触点接通部位(40)与支承件(21)连接。
6.根据权利要求1所述的电刷单元，其特征在于，所述弹簧弓(30)具有一个弯曲部(53)，该弯曲部具有一个在一侧连接的、贯穿第一孔(24)的接触弹簧(51)，而所述弯曲部的第二侧伸入第二孔(25)中并且同时经由一个触点接通部位(40)与支承件(21)连接。
7.根据权利要求6的电刷单元，其特征在于，所述第二孔(25)在内部具有金属镀层并且用焊料所填充。
8.根据前述权利要求之一所述的电刷单元，其特征在于，所述支承件(21)构成为印刷电路板。
9.根据前述权利要求之一所述的电刷单元，其特征在于，至少一根接触弹簧(31、32)具有一个由机械稳定且弹簧弹性的材料例如钢、铍铜合金或黄铜构成的芯以及一个由导电性良好且优选耐腐蚀的材料例如银、金或银合金或金合金构成的外部涂层或包覆物。
10.根据前述权利要求之一所述的电刷单元，其特征在于，至少一根接触弹簧(31、32)含有银、金或银合金或金合金。
11.根据前述权利要求之一所述的电刷单元，其特征在于，所述至少一个触点接通部位(40)位于支承件的第一侧面上。
12.根据前述权利要求之一所述的电刷单元，其特征在于，至少一个通过其引导弹簧弓的接触弹簧的孔在内侧上具有金属镀层，所述孔不与弹簧弓焊接。
13.滑环装置，包括一个滑轨(1)和至少一个根据前述权利要求之一所述的电刷单元。
14.用于制造根据前述权利要求之一所述的电刷单元的方法，其特征在于具有如下步骤：
-提供一个具有至少两个孔的支承件，
-插入具有至少一个弯曲部的弹簧弓，
-制造触点接通焊接部位。
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