CN104969425A - 自润滑式滑环 - Google Patents

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Abstract

一种滑环，所述滑环具有带接触区域的滑环轨道，接触区域包括多个孔或腔。将润滑剂保持在这些孔和腔内并且由顶部涂层闭合。当滑环刷在滑环轨道上滑动时，滑环刷磨去顶部涂层的颗粒，因而打开一些孔或腔，这些打开的孔或腔释放包含在其中的部分润滑剂。该润滑剂减少了滑环刷在滑环轨道上的表面摩擦，并且因而还减少了磨损，这导致延长了使用寿命。

Description

自润滑式滑环
技术领域
本发明涉及用于在旋转部件和固定部件之间传递电力和/或信号的滑环。
背景技术
滑环用于在旋转部件和固定部件之间传递电功率和/或信号。这种设备用于不同的应用中，例如风能发电站或计算机断层扫描仪。还具有多种军事应用和航空应用。
所有这些应用的共同之处在于，需要使用寿命长、接触电阻低以及接触噪音低。而且，在例如CT扫描仪的特定应用中，由于高达每秒四转、周长为约5米的旋转所引起的相对高速需要特别注意。对于特定环境需求(例如，在航空应用中)而言也是如此。
为了增大使用寿命、可靠性以及改善接触特征，已知的是对滑环进行润滑。欧洲专利公开EP 1 026 794 B1公开了通过使用具有选定粘度的润滑剂来润滑滑环。在该文献中还值得注意的是，需要一定量的润滑剂以确保在较长的服务时间期间进行润滑，但是应当避免应用过多润滑剂，以阻止滑环刷漂浮在滑环轨道上。
德国专利公开DE 10 2009 022959 B4公开了一种用于CT扫描仪的滑环，所述滑环具有环绕滑环轨道的通道以收集过多的润滑剂。而且，还提供了毡体，以用于将收集的润滑剂重新分配在滑环轨道的表面上。
在欧洲专利申请公开EP 1 898 500 A2中，公开了一种纤维刷滑环，其无需任何润滑剂并且因而克服上上述问题。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种可靠地长期润滑的滑环，所述滑环足以维持滑环的可靠性以及良好的接触特征，例如，低的接触电阻和低噪声，而不导致滑环刷漂浮在滑环轨道上。
在独立权利要求中描述了针对该问题的解决方案。从属权利要求涉及对本发明的进一步改进。
根据本发明的滑环包括至少一个滑环轨道，所述至少一个滑环轨道具有用于滑动刷的表面。所述表面可以是平面，或者所述表面可以具有用于引导刷接触该表面的任何结构。优选地，这种结构是V形凹槽。滑环轨道通常包含导电材料，例如黄铜或钢。所述滑环轨道优选具有由接触区域材料覆盖的表面，所述由接触区域材料覆盖的表面提供了良好的电接触特性。合适的材料可以包括贵金属，例如金、银或它们的任何合金。无论接触区域是特定接触区域材料，还是滑环轨道自身的材料提供了足够的接触特性，这都与本发明无关。因而，在下文中，仅参考接触区域。接触区域是多孔的，因而提供了填充有润滑剂的大量小孔或腔。不同腔内还可以具有不同类型的润滑剂。为了阻止包含在腔内的润滑剂瞬间释放，通过顶部涂层来闭合腔。该顶部涂层优选是如上所述的接触材料。最优选地，顶部涂层使用与接触区域相同的接触材料，但是也可以具有不同的接触材料。还优选的是，孔或腔上的顶部涂层的厚度是恒定的，但是所述顶部涂层可以在不同的腔上具有不同的厚度。优选的是通过粘合剂或冷焊方法而施加顶部涂层，为此包含有顶部涂层材料的工具在表面上滑动，并且释放一些顶部涂层材料以形成顶部涂层。重要的是进行这种涂层处理，以使得润滑剂不从腔中释放。例如，可以通过浸没在润滑剂中而施加顶部涂层材料。为了简化和加快涂层处理，优选的是涂层工具的材料的硬度低于接触区域的硬度，致使涂层材料更快速地从涂层工具释放至接触区域。如果润滑剂可以保持在腔内，例如通过微囊或毛细作用力，则也可以省去涂层(以及涂层步骤)。
在本文中通过滑环轨道示例所述的方法也可以应用于滑环刷。因而，本发明的另一目的是提供一种具有如上所述的表面的滑环刷。为简便起见，本文中示出的实施例涉及滑环模块，但是应当理解的是，这些实施例也可以应用于滑环刷。
在滑环模块或滑环刷已经完成之后，其可以存储更长时间，而润滑剂封装且安全地存储在腔内。当使用滑环时，滑环刷在滑环轨道上滑动，因而滑环缓慢地磨去顶部涂层的表面的颗粒。为此，优选的是，滑环轨道的硬度大于顶部涂层的硬度。还优选的是，滑环刷的硬度大于顶部涂层的硬度。当从顶部涂层移除足够的材料时，一些腔或孔被打开并且释放至少了部分润滑剂。该润滑剂随着时间而分布在滑环轨道上，并且改善了电接触和机械特征，因而进一步降低了表面磨损。因此，在已经打开第一批或第一批少量腔之后，打开其它腔的速度减缓。这致使显著地延缓了打开其它腔，并且进一步延长了使用寿命。通常，仅仅在由于缺乏润滑剂而需要润滑时打开腔，这导致略微增大了磨损。为了改善这个方法，优选的是，顶部涂层的厚度是变化的。而且，释放润滑剂的方法可以通过改进孔或腔而进行控制。例如，腔可以具有某种瓶颈部，这导致延缓释放润滑剂。还可以具有特性不同的多种腔。例如，可以具有全开的腔以快速释放润滑剂，并且还可以具有瓶颈形腔以延缓释放润滑剂，因而允许进一步延缓释放润滑剂。
附图说明
在下文中，将参考附图、基于实施例的示例而仅作为示例来描述本发明，而不限制总的发明构思。
图1示出了根据本发明的滑环轨道。
图2示出了操作期间的滑环。
图3示出了不同的操作场景。
图4至8示出了制备滑环轨道的不同步骤。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的滑环轨道。滑环轨道10、11具有带多个孔或腔30、31的接触区域20、21。这些腔含有润滑剂70。而且，所述腔覆盖有顶部涂层40、41。滑环刷60在顶部涂层的顶部上滑动，并且当顶部涂层被磨损之后在接触区域上滑动。需要注意的是，各尺寸的关系并非按比例。通常，接触区域20的厚度的数量级是几十微米。所述接触区域的厚度的优选范围介于30和100微米之间。与此相反，滑环刷60的直径的数量级为毫米。所述滑环刷的直径的优选范围介于0.1毫米和0.3毫米之间。在所有的附图中，接触区域20的厚度、孔或腔30以及顶部涂层40已经被放大以示出更多细节。
在图2中，示出了操作期间的滑环。当滑环刷60在滑环轨道的表面上滑动时，其磨去至少部分顶部涂层40，因而形成了磨损材料颗粒61。应当注意到，移动的优选方向是沿着滑环刷的轴线，所述滑环刷在此具有圆形横截面，所述移动的优选方向即移动进入或移动离开绘图平面的方向。在附图右侧处，几乎所有的顶部涂层40已经被移除，这可能是由滑环刷在该区域中的较长移动所引起的，而在左侧处顶部涂层40仍然是完整的。右侧处的孔或腔30已经被打开，因而逐渐地释放其中所含的润滑剂。
在图3中示出了不同的操作场景。在该图中几乎所有的顶部涂层40都已经被滑环刷60移除掉。因而，所有孔或腔30都被打开并且释放润滑剂70，这导致显著降低了磨损并且延长了滑环刷的使用寿命。
术语“硬度”指的是材料的特征，在这个意义上，在较软材料上滑动的较硬材料磨去了较软材料。优选的是，术语“硬度”指的是洛氏硬度、布氏硬度或维氏硬度。
在图4-8中，公开了制备根据本发明的滑环的不同步骤。在左侧处示出了平坦滑环轨道，而右侧则示出了V槽形滑环轨道。在下文中，通常在这些不同类型的轨道之间不进行区分，除非特别指明。
图4示出了可以由导电材料(例如，黄铜)制成的原始滑环轨道10、11。
在图5中，滑环轨道10、11涂覆有接触区域20、21。接触区域具有多个孔或腔30、31。
在图6中，所述孔或腔已经填充有润滑剂70，优选通过浸没在液体润滑剂中来填充润滑剂。
图7示出了涂覆孔或腔的方法。这优选通过使用涂层工具50、51来进行，所述涂层工具适合于滑环轨道的形状。在左侧处，在平坦滑环轨道10的情况下，涂层工具50优选具有平坦表面。在如右侧所示的V槽形滑环轨道11的情况下，优选使用V形涂层工具。涂层工具优选具有至少一个表面，所述至少一个表面包含用于顶部涂层40、41的顶部涂层材料，替代性地，涂层工具可以具有固体材料。最优选地，该材料的硬度低于接触区域20、21的材料的硬度。
在另一优选实施例中，通过将薄膜或层压在孔或腔表面上和/或将接触材料的这种薄膜或层层压在孔或腔表面上，可以闭合孔或腔。在其它实施例中，由涂层工具的压力来闭合孔或腔，所述压力使得接触区域的表面的最上层变形，进而闭合所述孔或腔的通道。
在图8中，示出了完成的滑环轨道。位于接触区域20、21的顶部上的顶部涂层闭合了孔或腔30、31，因而封装了润滑剂70。在右侧处，具有一些不再填充有润滑剂的示例性孔或腔，因为示例性孔或腔未被顶部涂层41闭合。
附图清单
10     平坦滑环轨道
11     V槽形滑环轨道
20,21  接触区域
30,31  孔或腔
40,41  顶部涂层
50,51  涂层工具
60     滑环刷
61     磨损材料
70     润滑剂

Claims (16)

1.一种滑环轨道(10)，所述滑环轨道包括接触区域(20)，其中，在接触区域中设置有多个孔或腔(30)，并且所述多个孔或腔中的至少一些包含润滑剂(70)，其中，所述多个孔或腔(30)中的至少一部分由接触区域(20)的表面上的顶部涂层(40)闭合。
2.一种滑环轨道(10)，所述滑环轨道包括接触区域(20)，其中，在接触区域中设置有多个孔或腔(30)，并且所述多个孔或腔中的至少一些包含润滑剂(70)，所述润滑剂通过毛细作用力而保持在所述多个孔或腔(30)内。
3.根据权利要求1或2所述的滑环轨道，
其特征在于，所述多个孔或腔(30)中的至少一些具有瓶颈部，以延迟释放润滑剂。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的滑环轨道，
其特征在于，所述多个孔或腔具有位于顶部涂层(40)下方的不同深度。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的滑环轨道，
其特征在于，所述多个孔或腔填充有不同类型的润滑剂。
6.一种滑环刷(60)，所述滑环刷包括接触区域，其中，在接触区域中设置有多个孔或腔，并且所述多个孔或腔中的至少一些包含润滑剂，其中，所述多个孔或腔中的至少一部分由接触区域的表面上的顶部涂层闭合。
7.根据权利要求6所述的滑环刷，
其特征在于，所述多个孔或腔(30)中的至少一些具有瓶颈部，以延迟释放润滑剂。
8.根据权利要求6或7中的任一项所述的滑环刷，
其特征在于，所述多个孔或腔具有位于顶部涂层下方的不同深度。
9.根据权利要求6至8中的任一项所述的滑环刷，
其特征在于，所述多个孔或腔填充有不同类型的润滑剂。
10.一种用于制备滑环轨道的方法，包括以下步骤：
-提供一种滑环轨道(10、11)，所述滑环轨道具有带多个孔或腔(30、31)的接触区域(20、21)，
-利用润滑剂(70)填充所述多个孔或腔(30、31)中的至少一部分，
-由顶部涂层(40、41)闭合所述多个孔或腔(30、31)。
11.一种用于制备滑环刷的方法，包括以下步骤：
-提供一种滑环刷(60)，所述滑环刷具有带多个孔或腔(30、31)的接触区域(20、21)，
-利用润滑剂(70)填充所述多个孔或腔(30、31)中的至少一部分，
-由顶部涂层(40、41)闭合所述多个孔或腔(30、31)。
12.根据权利要求10或11所述的方法，
其特征在于，所述多个孔或腔(30)中的至少一些具有瓶颈部，以延迟释放润滑剂。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的方法，
其特征在于，所述多个孔或腔具有位于顶部涂层(40)下方的不同深度。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的方法，
其特征在于，所述多个孔或腔(30、31)填充有不同类型的润滑剂(70)。
15.一种用于润滑滑环的方法，包括如下步骤：
-在滑环轨道(10、11)上滑动滑环刷(60)，所述滑环轨道具有由顶部涂层(40、41)覆盖的接触区域(20、21)，
-由滑环刷(60)磨去顶部涂层(40、41)的一部分，并且打开位于顶部涂层(40、41)下方的至少一个孔或腔(30、41)，
-从至少一个孔或腔(30、31)中释放润滑剂(70)。
16.根据权利要求15所述的方法，
其特征在于，滑环刷(60)比顶部涂层(40、41)更硬。
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