EP1935064A1 - Schleifringkörper zur kontinuierlichen stromübertragung - Google Patents

Schleifringkörper zur kontinuierlichen stromübertragung

Info

Publication number
EP1935064A1
EP1935064A1 EP06806060A EP06806060A EP1935064A1 EP 1935064 A1 EP1935064 A1 EP 1935064A1 EP 06806060 A EP06806060 A EP 06806060A EP 06806060 A EP06806060 A EP 06806060A EP 1935064 A1 EP1935064 A1 EP 1935064A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
slip ring
nickel
gold
ring body
contact surface
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06806060A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Gehlert
Rolf Paulsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Original Assignee
WC Heraus GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WC Heraus GmbH and Co KG filed Critical WC Heraus GmbH and Co KG
Publication of EP1935064A1 publication Critical patent/EP1935064A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/022—Details for dynamo electric machines characterised by the materials used, e.g. ceramics
    • H01R39/025—Conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/66—Structural association with built-in electrical component
    • H01R13/665—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit
    • H01R13/6691—Structural association with built-in electrical component with built-in electronic circuit with built-in signalling means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/08—Slip-rings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49009—Dynamoelectric machine
    • Y10T29/49011—Commutator or slip ring assembly

Definitions

  • the present invention relates to slip ring bodies for slip ring transformers for continuous power transmission and a galvanic process for their preparation.
  • Rotary current transformers with contact systems made of stainless steel or precious metal coatings are mainly used when high demands are placed on the quality (voltage fluctuation during rotation) of the current transmission, service life and ease of maintenance. There is a distinction between sliding contacts with and without power interruption:
  • Typical designs for continuous power transmission are cylindrical slip ring transformers or flat transmission systems with printed circuit boards.
  • the electrical load spectrum ranges from data ( ⁇ 1A) to power transmission (100-500A).
  • For transferring higher currents (> 2A) depending on the application, several precious metal sliding contacts are arranged in parallel on a grinding path.
  • load currents of up to 500 A can be transmitted.
  • a simple gold-cobalt plating on a nickel-plated copper-based support exhibits variations in voltage drop and thus interferes with transmission performance. After about 3 to 5 million revolutions, the voltage drop increases very significantly, so that the slip ring is no longer useful.
  • Galvanic layer systems have at least two different layers on a support.
  • Conventional galvanic layer systems for power transmission have on a brass substrate on an approximately 0.5 micron thick copper layer and applied thereto 2 to 5 microns thick nickel layer on which in turn a gold-copper-cadmium layer is applied in a thickness of 5 to 15 microns , With this layer system, a longer service life is achieved compared to simple galvanic layers on a carrier. However, a significantly increased voltage drop is tolerated compared to a simple gold-cobalt coating. In addition, cadmium is undesirable for environmental or health reasons.
  • the sliding contact surface on a hard base is made thinner than hitherto usual. This allows the voltage drop with previously unattainable quality (variations in voltage drop) to 5 000 000 revolutions to a constant value well below 0.5 V at 2 A to lower. In the course to at least 10 000 000 revolutions is still at least as good a quality achieved, as was previously achievable in the prior art for the first 1 000 000 revolutions.
  • the hardness must in any case be higher than the hardness of the nickel previously used as a diffusion barrier layer. Platinum group metals and phosphorus doped nickel have sufficient hardness for the present invention.
  • the slip ring transformers according to the invention are suitable for all applications of electrical energy and data transmission for rotating systems, in particular wind turbines, robots, welding robots, cable drums and radar systems, for all of which a permanently routed electrical connection would be unusable.
  • the layer thickness of the sliding contact surface made of gold or a hard gold alloy is significantly reduced. According to the invention, not only a considerable reduction of the gold consumption is made possible, but also a prolonged duration.
  • the present invention enables a reduction of the suitable depending on the application layer thickness of the sliding contact surface of gold or hard gold by at least 30%, in particular by at least 50%.
  • Layer thicknesses of less than 10 .mu.m, in particular 1 to 5 .mu.m, preferably 2 to 3 .mu.m, have proven successful, in particular when using noble metal grinder wires made of Hera 277 (AuPdAg alloy). Over 15 microns, the gold order is increasingly uneconomical.
  • the abrasion determines a minimum layer thickness with regard to the service life.
  • the sliding contact surface of a sliding contact track is expediently web-shaped.
  • the web may be disposed axially on the surface of a disk or radially on the outside of a ring.
  • the sliding contact surface as a web on a sliding contact disk is usefully disc-shaped. On a disc, several tracks can be arranged radially next to each other. Circuit boards have proven themselves for this design.
  • the sliding contact surface as a track on a sliding contact ring is usefully ring-shaped.
  • Several rings can be arranged axially on one axis.
  • Sliding contact surfaces made of a gold alloy, which has cobalt or nickel, have proven successful.
  • Suitable gold-cobalt alloys or gold-nickel alloys have 50 to 99.8% by weight of gold, 0.2 to 20% by weight of cobalt or nickel, and 0 to 30% of other alloying constituents.
  • Other noble metals, copper and dopants with boron, carbon, silicon or phosphorus are suitable as further alloy constituents.
  • the supporting base in particular an intermediate layer arranged on a nickel-plated carrier, consists of a hard material which supports the sliding contact surface, in particular the hardest material of the composite.
  • a supporting base in particular an intermediate layer made of one or more platinum group metals (PGM) or alloys thereof or hardened nickel, has proved suitable.
  • PGM platinum group metals
  • a galvanic Pd deposition on a nickel-plated carrier has proved successful from a copper alloy such as brass, bronze or CuZr. To a limited extent, platinum group metals can be replaced by ferrous metals.
  • a doping with B, C, Si, or P increases the hardness.
  • a diffusion barrier layer of nickel the harder intermediate layer. If the intermediate layer of phosphorus-hardened nickel is carried out, the platinum group metals can be saved.
  • a copper-based support e.g. Brass arranged a diffusion barrier layer of nickel.
  • An intermediate layer of phosphorus-hardened nickel is deposited on the nickel diffusion barrier layer.
  • a nickel-containing hard gold layer is applied as a sliding contact surface.
  • the electrically conductive composite of sliding contact surface and the supporting intermediate layer in a thickness between 3 and 10 .mu.m, in particular between 4 and 8 microns and more preferably between 5 and 7 microns.
  • the electrically conductive carrier is preferably a copper alloy.
  • Proven copper alloys for continuous power transmission include zinc (brass), tin (bronze) or zirconium.
  • the supporting base may be separated from the sliding contact surface by a thin layer, for example a diffusion barrier layer or an adhesion promoter. It is recommended that such a layer does not run over 1 micron thickness, since with increasing layer thickness of the thin layer, the supporting function of the supporting base is impaired.
  • a thin layer for example a diffusion barrier layer or an adhesion promoter. It is recommended that such a layer does not run over 1 micron thickness, since with increasing layer thickness of the thin layer, the supporting function of the supporting base is impaired.
  • the sliding contact surface with hardened underlay according to the invention is used as the surface of a slip ring transmitter (in particular in wind turbines or industrial robots) for the transmission of control signals, control and generator currents.
  • a slip ring transmitter in particular in wind turbines or industrial robots
  • FIG. 1 shows the voltage drop as a function of the revolutions for the sliding contact surface according to the invention
  • FIG. 2 shows an oscillogram at the beginning of the current transmission in accordance with the invention
  • Figure 3 shows an oscillogram after 4,000,000 revolutions
  • Figure 4 shows an oscillogram after 10 000 000 revolutions
  • Figs. 5a and 5b show slipring assemblies
  • FIG. 6 shows a test arrangement for determining the voltage drop and the quality
  • FIGS. 7 to 9 show comparative diagrams to FIG. 1;
  • FIGS. 10 to 12 show comparison oscillograms to FIG. 2;
  • Figs. 13 to 15 show comparative oscillograms to Fig. 3;
  • Figures 16 to 18 show comparative oscillograms to Figure 4.
  • a current transformer is designed as a ring, wherein the sliding contact surface is arranged on the outer surface of the ring.
  • 2 .mu.m nickel are galvanically deposited on the outside of a brass or bronze ring and then 5 .mu.m nickel phosphorus.
  • the nickel-phosphorus layer the nickel is doped with phosphorus, making the layer significantly harder than the nickel layer underlying the nickel-phosphorus layer.
  • 4 ⁇ m of a gold-nickel alloy are deposited galvanically on the phosphorus-doped nickel layer. Compared to a slip ring without hardened nickel layer better quality of power transmission and higher wear resistance is achieved.
  • a brass ring is galvanically provided on its outside with a 4 ⁇ m nickel layer. On this nickel layer, a 5 .mu.m thick palladium layer is applied galvanically. On the palladium layer, a hard gold alloy of gold and cobalt is applied in a thickness of 5 microns.
  • the current transformer produced in this way is evaluated in an arrangement according to FIG. The two wiper wires are driven on different tracks.
  • the sliding contact consists of Hera 277 (AuAgPd alloy).
  • the voltage drop is shown at the beginning of the experiment.
  • the oscillogram according to FIG. 2 shows the voltage drop after 4 million revolutions and the oscillogram according to FIG. 3 shows the voltage drop after 10 million revolutions.
  • the trigger signal is recorded as a square pulse.
  • the zero line for the voltage signal is always the top line of the second box from below.
  • the voltage drop as a function of the revolutions is shown in the diagram according to FIG.
  • the dotted line represents the upper value from the oscillograms, the dotted line the lower and the solid line the average.
  • a plurality of slider tracks can be arranged radially on a disk.
  • the disc is similarly coated on one of the disc surfaces, as previously described for the outer surfaces of the rings.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Contacts (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schleifringkörper aus einem Trägermaterial und einer Schleifkontaktfläche aus Gold oder einer Goldlegierung bei dem die Schleifkontaktfläche mit einer stützenden Basis stabilisiert ist sowie die Verwendung eines Schleifringkörpers für Schleifringübertrager (insbesondere in Windkraftanlagen oder Industrierobotern) zur Übertragung von Steuersignalen, Steuer- und Generatorströmen. Damit wird eine verlängerte Lebensdauer, verbunden mit verbesserter Güte, geringerem Spannungsabfall und einer erheblichen Einsparung an Gold erzielt.

Description

Schleifringkörper zur kontinuierlichen Stromübertragung
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft Schleifringkörper für Schleifringübertrager zur kontinuierlichen Stromübertragung und ein galvanisches Verfahren zu deren Herstellung.
Rotierende Stromübertrager mit Kontaktsystemen aus Edelstahl oder Edelmetallbeschichtun- gen finden vorwiegend dann Verwendung, wenn hohe Anforderungen an die Güte (Spannungsschwankung während der Rotation) der Stromübertragung, Lebensdauer und Wartungsfreundlichkeit gestellt werden. Es wird zwischen Gleitkontakten mit und ohne Stromunterbrechung unterschieden:
■ Gleichförmige Bewegung der Schleifkontakte über eine unterbrochene Schleifbahn (DC-Kleinstmotore)
■ Gleiten des Abgreiferkontaktes unter Stromfluss über Kontaktsegmente zu einer neuen Ruhelage (Dreh-, Schiebeschalter)
■ Gleichförmige Bewegung der Schleifkontakte über eine geschlossene Schleifbahn (Schleifringübertrager)
Typische Bauformen zur kontinuierlichen Stromübertragung sind zylindrische Schleifringübertrager oder flache Übertragersysteme mit Leiterplatten. Das elektrische Lastspektrum reicht von der Daten- (<1A) bis zur Energieübertragung (100-500A). Zur Übertragung höherer Ströme (>2A) werden je nach Anwendung mehrere Edelmetall-Schleifkontakte parallel auf einer Schleifbahn angeordnet. In Leitungstrommeln von Krananlagen, Schweißrobotern oder Generatoranwendungen in Windkraftanlagen können dadurch Lastströme bis zu 500 A übertragen werden. Eine einfache Gold-Kobalt-Auftragung auf einem vernickelten Träger auf Kupfer-Basis weist Schwankungen im Spannungsabfall auf und stört somit die Übertragungsgüte. Nach ungefähr 3 bis 5 Millionen Umdrehungen steigt der Spannungsabfall sehr erheblich an, so dass der Schleifringübertrager nicht mehr brauchbar ist.
Galvanische Schichtsysteme weisen wenigstens zwei unterschiedliche Schichten auf einem Träger auf. Übliche galvanische Schichtsysteme zur Stromübertragung weisen auf einem Messingträger eine ungefähr 0,5 μm dicke Kupferschicht und eine darauf aufgebrachte 2 bis 5 μm dicke Nickelschicht auf, auf die wiederum eine Gold-Kupfer-Cadmium-Schicht in einer Stärke von 5 bis 15 μm aufgetragen wird. Mit diesem Schichtsystem wird gegenüber einfachen galvanischen Schichten auf einem Träger eine längere Lebensdauer erreicht. Allerdings wird dabei gegenüber einer einfachen Gold-Kobalt-Beschichtung ein deutlich erhöhter Spannungsabfall hingenommen. Hierzu kommt, dass Cadmium aus ökologischen oder gesundheitlichen Gesichtspunkten unerwünscht ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Spannungsabfall geringer und gleichmäßiger zu gestalten und die Lebensdauer des Systems weiter zu erhöhen.
Die Lösung der Aufgabe ist in den unabhängigen Ansprüchen beschrieben. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Erfindungsgemäß wird die Schleifkontaktfläche auf einer harten Unterlage dünner als bisher üblich ausgeführt. Dies ermöglicht den Spannungsabfall mit bisher unerreichbarer Güte (Schwankungen im Spannungsabfall) bis 5 000 000 Umdrehungen auf einen konstanten Wert deutlich unter 0,5 V bei 2 A zu senken. Im weiteren Verlauf bis mindestens 10 000 000 Umdrehungen wird noch mindestens eine so gute Güte zu erzielt, wie sie bislang im Stand der Technik für die ersten 1 000 000 Umdrehungen erreichbar war.
Die Härte muss auf jeden Fall höher sein, als die Härte des bislang als Diffusionssperrschicht verwendeten Nickels. Platingruppenmetalle und mit Phosphor dotiertes Nickel weisen eine für die vorliegende Erfindung ausreichende Härte auf. Die erfindungsgemäßen Schleifringübertrager eigenen sich für alle Anwendungen der elektrischen Energie- und Datenübertragung für rotierende Systeme, insbesondere Windkraftanlagen, Roboter, Schweißroboter, Leitungstrommeln und Radaranlagen, für die allesamt ein fest verlegter Stromanschluss unbrauchbar wäre. Vorzugsweise wird die Schichtdicke der Schleifkontaktfläche aus Gold oder aus einer Hartgold- Legierung maßgeblich reduziert. Erfindungsgemäß wird somit nicht nur eine erhebliche Reduzierung des Goldverbrauchs ermöglicht, sondern auch eine verlängerte Laufzeit. Dabei ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Reduzierung der je nach Anwendungsfall geeigneten Schichtdicke der Schleifkontaktfläche aus Gold oder Hartgold um mindestens 30 %, insbesondere um mindestens 50 %. Bewährt haben sich Schichtdicken von weniger als 10 μm, insbesondere 1 bis 5 μm, vorzugsweise 2 bis 3 μm, insbesondere bei Anwendung von Edelmetallschleiferdrähten aus Hera 277 (AuPdAg-Legierung). Über 15 μm wird der Goldauftrag zunehmend unwirtschaftlich. Der Abrieb bestimmt in Bezug auf die Lebensdauer eine minimale Schichtdicke.
Die Schleifkontaktfläche einer Schleifkontaktbahn ist sinnvollerweise bahnförmig. Die Bahn kann axial auf der Oberfläche einer Scheibe oder radial auf der Außenseite eines Rings angeordnet sein.
Die Schleifkontaktfläche als Bahn auf einer Schleifkontaktscheibe ist sinnvollerweise scheibenförmig. Auf einer Scheibe lassen sich mehrere Bahnen radial nebeneinander anordnen. Für diese Ausführung haben sich Leiterplatten bewährt.
Die Schleifkontaktfläche als Bahn auf einem Schleifkontaktring ist sinnvollerweise ringförmig. Mehrere Ringe können axial auf einer Achse angeordnet werden.
Bewährt haben sich Schleifkontaktflächen aus einer Goldlegierung, die Kobalt oder Nickel aufweist. Geeignete Gold-Kobalt-Legierungen oder Gold-Nickel-Legierungen weisen 50 bis 99,8 Gew.-% Gold, 0,2 bis 20 Gew.-% Kobalt oder Nickel, 0 bis 30 % weitere Legierungsbestandteile auf. Als weitere Legierungsbestandteile eignen sich weitere Edelmetalle, Kupfer und Dotierungen mit Bor, Kohlenstoff, Silizium oder Phosphor.
Die stützende Basis, insbesondere eine auf einem vernickelten Träger angeordnete Zwischenschicht besteht aus einem harten , die Schleifkontaktfläche stützendem Material, insbesondere dem härtesten Material des Verbunds. Bewährt hat sich eine stützende Basis, insbesondere Zwischenschicht aus einem oder mehreren Platingruppenmetallen (PGM) oder Legierungen davon oder gehärtetem Nickel. Als untergeordnete Legierungsbestandteile eignen sich Nickel, Kobalt und Eisen und Dotierungen mit Bor, Kohlenstoff, Silizium oder Phosphor zur Einsparung von PGM. Bewährt hat sich eine galvanische Pd Abscheidung auf einem vernickelten Träger aus einer Kupferlegierung beispielsweise Messing, Bronze oder CuZr. In begrenztem Umfang sind Platingruppenmetalle durch Eisenmetalle ersetzbar. Eine Dotierung mit B, C, Si, oder P erhöht die Härte.
Es hat sich weiterhin bewährt, auf einer Diffusionssperrschicht aus Nickel die härtere Zwischenschicht aufzutragen. Wird die Zwischenschicht aus mit Phosphor gehärtetem Nickel ausgeführt, können die Platingruppenmetalle eingespart werden. In einer bevorzugten Ausführung wird auf einem Kupfer basierenden Träger wie z.B. Messing eine Diffusionssperrschicht aus Nickel angeordnet. Auf der Nickel-Diffusionssperrschicht wird eine Zwischenschicht aus mit Phosphor gehärtetem Nickel aufgetragen. Auf dem gehärteten Nickel wird eine nickelhaltige Hartgoldschicht als Schleifkontaktfläche aufgetragen. Diese drei Schichten zeichnen sich durch ihre Unkompliziertheit aus. Nickeldiffusion spielt keine Rolle, da alle drei Schichten Nickel enthalten. Phosphordiffusion ist nicht bekannt.
Bewährt haben sich Zwischenschichten mit einer Schichtdicke unter 10 μm insbesondere 2 bis 7 μm und speziell 3 bis 4 μm.
Es hat sich bewährt, die Zwischenschicht dicker auszuführen als die Schleifkontaktfläche.
Vorteilhafterweise wird der elektrisch leitende Verbund aus Schleifkontaktfläche und der sie stützenden Zwischenschicht in einer Dicke zwischen 3 und 10 μm ausgeführt, insbesondere zwischen 4 und 8 μm und besonders vorteilhaft zwischen 5 und 7 μm.
Der elektrisch leitfähige Träger ist vorzugsweise eine Kupferlegierung. Bewährte Kupferlegierungen zur kontinuierlichen Stromübertragung enthalten Zink (Messing), Zinn (Bronze) oder Zirkonium.
Die stützende Basis kann durch eine dünne Schicht beispielsweise eine Diffusionssperrschicht oder einen Haftvermittler von der Schleifkontaktfläche getrennt sein. Es empfiehlt sich eine solche Schicht nicht über 1 μm Dicke auszuführen, da mit zunehmender Schichtdicke der dünnen Schicht die stützende Funktion der stützenden Basis beeinträchtigt wird.
Die Schleifkontaktfläche mit erfindungsgemäß gehärteter Unterlage findet Verwendung als Oberfläche eines Schleifringübertragers (insbesondere in Windkraftanlagen oder Industrierobotern) zur Übertragung von Steuersignalen, Steuer- und Generatorströmen. Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen mit Bezug auf die Figuren verdeutlicht.
Figur 1 zeigt den Spannungsabfall in Abhängigkeit der Umdrehungen für die erfindungsgemäße Schleifkontaktfläche;
Figur 2 zeigt ein Oszillogramm zu Beginn der erfindungsgemäß rotierenden Stromübertragung;
Figur 3 zeigt ein Oszillogramm nach 4 000 000 Umdrehungen;
Figur 4 zeigt ein Oszillogramm nach 10 000 000 Umdrehungen;
Figuren 5a und 5b zeigen Schleifringübertrager;
Figur 6 zeigt eine Versuchsanordnung zur Bestimmung des Spannungsabfalls und der Güte;
Figuren 7 bis 9 zeigen Vergleichsdiagramme zu Figur 1 ;
Figuren 10 bis 12 zeigen Vergleichsoszillogramme zu Figur 2;
Figuren 13 bis 15 zeigen Vergleichsoszillogramme zu Figur 3;
Figuren 16 bis 18 zeigen Vergleichsoszillogramme zu Figur 4;
Beispiele:
In einer einfachen Ausführung (Fig. 5b) ist ein Stromübertrager als Ring ausgebildet, wobei auf der Außenfläche des Rings die Schleifkontaktfläche angeordnet ist. Zur Herstellung eines solchen Rings werden auf der Außenseite eines Messing- oder Bronzerings galvanisch 2 μm Nickel abgeschieden und hierauf 5 μm Nickelphosphor. In der Nickel-Phosphor-Schicht ist das Nickel mit Phosphor dotiert und die Schicht dadurch bedeutend härter als die unter der Nickel- Phosphor-Schicht liegende Nickelschicht. Auf die mit Phosphor dotierte Nickelschicht werden galvanisch 4 μm einer Gold-Nickel-Legierung abgeschieden. Gegenüber einem Schleifringübertrager ohne gehärtete Nickelschicht wird eine bessere Güte der Stromübertragung und eine höhere Verschleißbeständigkeit erreicht.
In einer weiteren Ausführungsform (Fig. 5b) wird ein Messingring auf seiner Außenseite galvanisch mit einer 4 μm Nickelschicht versehen. Auf diese Nickelschicht wird galvanisch eine 5 μm starke Palladiumschicht aufgetragen. Auf die Palladiumschicht wird eine galvanische Hartgoldlegierung aus Gold und Kobalt in einer Dicke von 5 μm aufgetragen. Der auf diese Weise erzeugte Stromübertrager wird in einer Anordnung gemäß Figur 7 ausgewertet. Die beiden Schleiferdrähte werden auf unterschiedlichen Spuren gefahren.
Versuchsparameter:
Elektrische Last: 24 V DC/2A/ohmsch,
Kontaktkraft: 2 bis 3 cN,
Federlänge: 45 mm,
Schleiferdraht: d = 0,5 mm,
Schleifringkörper: d = 60 mm,
Drehzahl: 300/min.,
Befettung: keine,
Anzahl der Umdrehungen: 10.000.000
Der Schleifkontakt besteht aus Hera 277 (AuAgPd-Legierung).
Im Oszillogramm nach Figur 1 ist der Spannungsabfall zu Beginn des Versuchs dargestellt. Im Oszillogramm nach Figur 2 ist der Spannungsabfall nach 4 Millionen Umdrehungen dargestellt und im Oszillogramm nach Figur 3 ist der Spannungsabfall nach 10 Millionen Umdrehungen dargestellt. In sämtlichen Oszillogrammen ist das Triggersignal als Rechteckimpuls aufgezeichnet. Die Nulllinie für das Spannungssignal ist immer die obere Linie des zweiten Kästchens von unten.
Der Spannungsabfall in Abhängigkeit der Umdrehungen ist im Diagramm nach Figur 1 dargestellt. Die gestrichelte Linie gibt den oberen Wert aus den Oszillogrammen wieder, die punktierte Linie den unteren und die durchgezogene Linie den Mittelwert.
Zum Vergleich werden nach Figur 5a drei Schleifringkörper mit 10 μm Schleifkontaktflächen aus AuCo, AuCuCd und Pd jeweils auf einem mit Nickel beschichteten Messingträger unter den gleichen Versuchsbedingungen untersucht. Da die Schleifringkörper mit der AuCo- und der Pd- Schleifkontaktfläche keine 10 Millionen Umdrehungen aushielten, wurden Oszillogramme mit entsprechend geringeren Umdrehungen verglichen (Figuren 15, 16 und 18). Die Oszillogramme der Figuren 10, 13 und 16 sind mit einer AuCo-Schleifkontaktfläche erstellt, die Oszillogramme der Figuren 11 , 14 und 17 mit einer AuCuCd-Schleifkontaktfläche und die Oszillogramme der Figuren 12, 15 und 18 mit einer Pd-Schleifkontaktfläche.
Der Spannungsabfall in Abhängigkeit der Umdrehungen ist analog zu Figur 1 in den Figuren 7 bis 9 dargestellt.
Nächstes Ausführungsbeispiel:
Es lassen sich mehrere Schleifringkörper axial auf einer Achse stapeln. Damit sind mehrere Strompfade gegeben. Für die Anwendung von hohen Stromstärken werden mehrere Strompfade parallel geschlossen. In einer alternativen Anordnung lassen sich mehrere Schleiferbahnen radial auf einer Scheibe anordnen. In diesem Fall wird die Scheibe auf einer der Scheibenfläche analog beschichtet, wie dies zuvor für die Außenflächen der Ringe beschrieben ist.

Claims

Patentansprüche
1. Schleifringkörper aus einem Trägermaterial und einer Schleifkontaktfläche aus Gold oder einer Goldlegierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkontaktfläche mit einer stützenden Basis stabilisiert ist.
2. Schleifringkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die stützende Basis härter als Nickel ist.
3. Schleifringkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die stützende Basis eine Zwischenschicht zwischen der Schleifringkontaktfläche und einem Träger ist.
4. Schleifringkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Hartgold Nickel oder Kobalt aufweist.
5. Schleifringkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartgoldlegierung 50 bis 98 Gew.-% Gold, 0,02 bis 20 Gew.-% Kobalt oder Nickel oder Kobalt und Nickel, 0 bis 30 % weitere Legierungsbestandteile aufweist, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe Kupfer, Silber, Palladium, Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Bor, Kohlenstoff, Silizium und Phosphor.
6. Schleifringkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die stützende Basis, insbesondere die Zwischenschicht auf einem oder mehreren Platingruppenmetallen basiert oder aus Nickelphosphor (mit Phosphor dotiertes Nickel) oder einer Doppelschicht aus Nickel und Nickelphosphor.
7. Verwendung eines Schleifringkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, für Schleifringübertrager (insbesondere in Windkraftanlagen oder Industrierobotern) zur Übertragung von Steuersignalen, Steuer- und Generatorströmen.
8. Verwendung eines Schleifringkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke des Goldauftrags für eine spezielle Anwendung auf höchstens 70 % der bislang niedrigsten Dicke für die entsprechende Anwendung reduziert wird, insbesondere auf 10 bis 50 %.
9. Verfahren zur Herstellung eines Schleifringkörpers zur kontinuierlichen Stromübertragung mit einer Schleifkontaktfläche und einem elektrisch leitfähigem Träger und einer zwischen dem Träger und der Schleifkontaktfläche angeordneten Zwischenschicht bei dem die Zwischenschicht galvanisch auf dem Träger abgeschieden wird und auf der Zwischenschicht Gold oder Hartgold galvanisch abgeschieden wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht aus einem Material gebildet wird, welches härter als Nickel ist.
EP06806060A 2005-10-05 2006-10-05 Schleifringkörper zur kontinuierlichen stromübertragung Withdrawn EP1935064A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102005047799A DE102005047799A1 (de) 2005-10-05 2005-10-05 Schleifringkörper zur kontinuierlichen Stromübertragung
PCT/EP2006/009651 WO2007039302A1 (de) 2005-10-05 2006-10-05 Schleifringkörper zur kontinuierlichen stromübertragung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1935064A1 true EP1935064A1 (de) 2008-06-25

Family

ID=37634194

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP06806060A Withdrawn EP1935064A1 (de) 2005-10-05 2006-10-05 Schleifringkörper zur kontinuierlichen stromübertragung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20090058219A1 (de)
EP (1) EP1935064A1 (de)
JP (1) JP2009533544A (de)
CN (1) CN101278449A (de)
DE (1) DE102005047799A1 (de)
WO (1) WO2007039302A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010048189B4 (de) * 2010-10-13 2012-11-15 Heraeus Materials Technology Gmbh & Co. Kg Edelmetallhaltiges Kontaktstück auf einem Federträger mit rotationssymmetrischem Biegemoment
DE102011015579B4 (de) * 2011-03-30 2017-03-23 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Elastischer Schleifkontakt und Verfahren zu dessen Herstellung
CN103460524A (zh) * 2011-04-04 2013-12-18 Gat传动技术有限公司 用于传输电信号的滑环
DE102011106518B4 (de) * 2011-06-15 2017-12-28 Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG Draht für Schleifkontakte und Schleifkontakte
EP2838166B1 (de) * 2013-08-16 2019-09-25 Schleifring GmbH Schleifringanordnung und Komponenten davon
CN113394637B (zh) * 2021-05-31 2023-09-01 扬州海通电子科技有限公司 一种多接触模块滑环的电流分布调节方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5066550A (en) * 1989-07-27 1991-11-19 Yazaki Corporation Electric contact

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5469704A (en) * 1977-11-15 1979-06-05 Matsushita Electric Works Ltd Commutating device for motor
US4337133A (en) * 1979-06-20 1982-06-29 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Hard gold surfaces
US4281328A (en) * 1980-01-28 1981-07-28 General Dynamics, Pomona Division Slip ring assembly
JPS595581A (ja) * 1982-06-30 1984-01-12 田中貴金属工業株式会社 整流子用接触片材料
US4480014A (en) * 1983-10-26 1984-10-30 At&T Technologies, Inc. Electrical contact means with gold-nickel alloy overlay
DD221885A1 (de) * 1983-11-29 1985-05-02 Elektromasch Forsch Entw Elektrischer gleitkontakt, insbesondere fuer kommutierungssysteme
EP0160761B1 (de) * 1984-05-11 1989-02-08 Burlington Industries, Inc. Elektrischer Kontakt beschichtet mit einer amorphen Übergangslegierung der selbst mit einem Goldfilm beschichtet ist
GB2186597B (en) * 1986-02-17 1990-04-04 Plessey Co Plc Electrical contact surface coating
IN166545B (de) * 1986-06-30 1990-06-02 Siemens Ag
JP2992622B2 (ja) * 1990-12-29 1999-12-20 株式会社徳力本店 摺動接触材料
US6984915B2 (en) * 2002-01-22 2006-01-10 Electro-Tec Corp. Electrical slip ring platter multilayer printed circuit board and method for making same
JP4362599B2 (ja) * 2004-03-05 2009-11-11 Ｄｏｗａメタルテック株式会社 金属部材およびそれを用いた電気接点

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5066550A (en) * 1989-07-27 1991-11-19 Yazaki Corporation Electric contact

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2007039302A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2007039302A1 (de) 2007-04-12
DE102005047799A1 (de) 2007-05-24
JP2009533544A (ja) 2009-09-17
US20090058219A1 (en) 2009-03-05
CN101278449A (zh) 2008-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0087836B1 (de) Kohlenstoff enthaltende Gleitschicht
WO2007039302A1 (de) Schleifringkörper zur kontinuierlichen stromübertragung
EP2732510B1 (de) Schleifringbürste mit galvanischem multischichtsystem
EP1547107A1 (de) Elektrischer kontakt
DE69205758T2 (de) Hochleistungsdrahtelektrode für Funkerosionsbearbeitung und Verfahren zur Herstellung derselben.
DE10138204B4 (de) Elektrischer Kontakt
DE19521323A1 (de) Teil mit einer galvanisch aufgebrachten Beschichtung und Verfahren zur Herstellung von galvanischen Schichten
EP1616372B1 (de) Elektrische steckkontakte und ein halbzeug für deren herstellung
DE102015110428A1 (de) Gleitkontaktelement
DE2448738A1 (de) Metallischer verbundwerkstoff und verfahren zu seiner herstellung
EP2721696B1 (de) Draht für schleifkontakte und schleifkontakte
CH664650A5 (de) Elektrischer gleitkontakt, insbesondere fuer kommutierungssysteme.
DE69927850T2 (de) Elektrisches kontaktelement und verwendung eines kontaktelementes
WO2000077889A1 (de) Verfahren zur herstellung eines plankommutators und nach diesem verfahren hergestellter kommutator
WO2004095485A1 (de) Kontaktstück aus wolfram mit einer korrosionshemmenden schicht aus unedelmetall
DE3635692C1 (en) Composite material for plug contacts or sliding contacts
DE102004052026A1 (de) Kollektor
DE4013627A1 (de) Kontaktelement fuer elektrische schaltkontakte
DE10214973C1 (de) Kontaktschichtsystem und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2826785C2 (de) Durchdrehbares Drehpotentiometer
EP3176798B1 (de) Kontaktsystem eines elektrischen installationsschalters
EP1072070A1 (de) Anordnung zur übertragung elektrischer signale und/oder energie
DE2053498C3 (de) Kontaktwerkstoff
DD245088A1 (de) Verschleissfestes sandwichsystem fuer gleitkontakte
DD254082A1 (de) Kontaktwerkstoff

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20080401

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR

17Q First examination report despatched

Effective date: 20090702

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: HERAEUS MATERIALS TECHNOLOGY GMBH & CO. KG

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: HERAEUS DEUTSCHLAND GMBH & CO. KG

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20161029