EP3117493A1 - Schleifkontaktkörper und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Schleifkontaktkörper und verfahren zu dessen herstellung

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Publication number
EP3117493A1
EP3117493A1 EP15712822.4A EP15712822A EP3117493A1 EP 3117493 A1 EP3117493 A1 EP 3117493A1 EP 15712822 A EP15712822 A EP 15712822A EP 3117493 A1 EP3117493 A1 EP 3117493A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contact
web
sliding contact
webs
bead
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Withdrawn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
EP15712822.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Pielok
Olaf BÜLTER
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.)
Walter Kraus GmbH
Original Assignee
Walter Kraus GmbH
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 Walter Kraus GmbH filed Critical Walter Kraus GmbH
Publication of EP3117493A1 publication Critical patent/EP3117493A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/20—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush characterised by the material thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—Contacts for co-operation with commutator or slip-ring, e.g. contact brush
    • H01R39/24—Laminated contacts; Wire contacts, e.g. metallic brush, carbon fibres
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01R43/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining, or repairing of line connectors or current collectors or for joining electric conductors
    • H01R43/12—Manufacture of brushes
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    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials
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    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/22—Contacts for co-operating by abutting
    • H01R13/24—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted
    • H01R13/2464—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted characterized by the contact point

Definitions

  • the invention relates to a sliding contact body for transmitting electrical currents to a mating contact, wherein the sliding contact body has a carrier and a plurality of simultaneously resiliently engageable with the mating contact webs.
  • Such Schleifitchkorper are known in practice as contact springs.
  • sliding wires cooperate with a V-groove-shaped sliding track on the mating contact in such a way that they move the sliding track at different positions
  • Sliding contact arrangement requires a complex and expensive processing of the grinding path. It is also not suitable for the safe transmission of high power currents. It is an object of the present invention to provide a
  • Revelation has a plurality of narrow webs, which can be applied simultaneously on a sliding track on the mating contact.
  • the grinding path on the mating contact can be designed as desired. It is preferably transverse to the grinding direction and, for example, in the
  • translational sliding contacts strip-shaped or band-shaped, so that a cost-effective production and easy installation are guaranteed.
  • the webs can cross several bridges
  • Forming contact zone with the mating contact which extends substantially transverse to the grinding direction and having a plurality of individual contact points between a respective web and the mating contact.
  • the sliding contact body may have a plurality of webs in a row arrangement, so that a corresponding number of parallel connected
  • the webs have a longitudinally extending shape and a respective dorsal and a distal end.
  • the dorsal end is that end which indicates attachment of the bridge to the wearer.
  • the distal end is usually a free end, so that each bridge is elastically movable relative to the suspension.
  • the webs are preferably with a slight elastic bias to the
  • the webs are set at least in the region of the contact zone to each other at a distance. This ensures that a material portion of the web in the region of the individual contact point can move within certain limits independently of the adjacent webs.
  • At least two webs in the region between the dorsal end and the distal end to form a Bridge group to be interconnected are rigid and preferred by a common
  • connection points can
  • connection point at the distal end is preferred
  • connection (s) or joints Through the connection (s) or joints, the involved two or more webs are mechanically coupled within a land group, i. in the area of the junction, the bars become force-guiding
  • Excitation pulses for example, from adjacent assemblies transmitted structure-borne sound, superimpose.
  • Schleifternkorper Since the Schleifitchkorper is elastic, it has a geometry-dependent resonance behavior, which can lead to an overshoot or overshoot. With such an overshoot or overshoot, it can become a
  • connections between two or more webs web groups are formed, which each show a different resonance behavior.
  • the natural frequencies between the webs and web groups can be distributed so that an up or down Overshoot occurs only locally with respect to one or a few lands, while for the remaining lands and
  • one or more webs in the region of the contact zone can have a contact bead whose width is smaller than the web width.
  • the contact bead is arranged on the side of the web, which comes into contact with the mating contact and can
  • welded contact beads are service life of up to 20 million revolutions without cleaning the
  • Slip contact body or the mating contact reachable, i. an extension of the service life by a factor of 30 over previously known sliding contacts.
  • the web with the contact bead has compared to a wire, in particular compared to a round wire, a significantly better lateral stability, higher strength and a selectively influenced suspension behavior.
  • the webs are less prone to kinking, but less abrasion (sanding dust) and have a clear
  • Sliding contact body act, so that the wear is significantly reduced.
  • An adhesion-related tearing of the uppermost material layer for example. A nickel or Gold coating, the sliding contact body can
  • a sliding contact body according to the present invention is a sliding contact body according to the present invention
  • Revelation preferably has microbridges. These are particularly narrow webs, in particular those with a width of less than 0.25 mm or less than 0.1 mm, and particularly preferably between 0.05 and 0.08 mm.
  • the distance between two webs is preferably also smaller than 0.25 mm or 0.1 mm, in particular between 0.05 mm and 0.1 mm.
  • the mean radius of curvature of a contact bead is preferably less than 0.1 mm,
  • Sliding contact body according to the present disclosure is therefore also suitable for use in difficult Ambient conditions usable, for example, for the transmission of power in wind turbines.
  • Web widths of less than 0.25 mm width can currently be produced, for example, by micro embossing, etching or laser cutting. Web widths of about 0.1 mm or less can currently only be achieved by special etching or laser cutting
  • Bar widths of about 0.1 mm or less is the
  • a contact bead can be formed by partially removing material, in particular by etching away the surrounding regions of a web with a rectangular cross section, and preferably subsequently applying a highly conductive layer
  • a contact bead consists of a residual material which remains on an outer side of a web (2) after corrosive removal of the web edges (22, 23) and optionally further material regions.
  • a contact bead is by applying a highly conductive
  • the material of the contact layer or the Kotaktstoffs is preferably gold or a noble metal such as silver or
  • Rhodium or an alloy whose main component is at least one of the aforementioned substances are Rhodium or an alloy whose main component is at least one of the aforementioned substances.
  • micro-laser cladding is currently under development and has been successfully used to apply a conductive material to steel materials of significantly greater extent.
  • Sliding contact bodies used spring steel
  • Coating materials often do not have good weldability. Materials with a high reflectivity require, for example, a high dosage of the radiation energy and thereby tend to too fast or too
  • applied material may be the conductivity and / or the suspension properties and / or the edge hardness
  • the materials listed below show a suitability and processability favorable for the production of welded-on contact beads, in particular if the welding takes place on a previously produced web or micro bridge. In addition to the materials mentioned other cheap combinations of materials may exist.
  • the base material for the sliding contact body As the base material for the sliding contact body, the following materials show positive properties: a cobalt-nickel-iron alloy containing about 17% by weight of cobalt and 28% by weight of nickel (balance predominantly or exclusively iron) or a CuBe2 beryllium copper alloy.
  • the former alloy is also known under the trade name "DURACON" (registered trademark) and can be machined without generating toxic vapors by micro laser deposition welding
  • the conductive material When welding the conductive material creates a mixing zone in which mix the base material of the sliding contact body (in particular spring steel) and the welded material and solidify as a mixed alloy with altered properties.
  • the abovementioned material combinations have a good stability of the mixing zone and promote the mechanical strength of the welded joint against tearing or shearing.
  • the height of the material being welded is preferably more than 0.03 mm and less than 0.15 mm above the surface of the
  • the height is particularly preferably between 0.05 mm and 0.12 mm in the case of the abovementioned microbridges.
  • a layer thickness increased by a factor of 10 to 100 is achieved, in particular a thickness of about 0.1 mm.
  • the increased layer thickness alone or in combination with the bead formation also increases the service life of the sliding contact body.
  • the contact bead preferably has one in the
  • the welding of contact points is particularly advantageous on micro-webs of the above type, since possibly occurring changes in the suspension properties or the tensile strength of the base material or embrittlement of the sliding contact body occur only locally. Consequently, the web maintains a good elastic deformability in the region of the contact zone and has an increased
  • a contact bead consisting of a plurality of contact points has a higher number of oblique flanks onto which a coating
  • the welding zones of contact points and the welded material are exposed to lower voltages than is the case with a longer strand, so that the
  • One or more contact points can be welded onto a flat web or a contact bead previously formed by removing material from the web. Welding on a flat bar is easier to implement in terms of process engineering, since it places fewer demands on the exact positioning of the spot welds.
  • Figure 1 A sliding contact body according to a preferred embodiment with three web groups in contact with the grinding path of a mating contact;
  • Figure 2 a web with a longitudinal curvature in a separate representation
  • Figure 3 is a plan view of a sheet in which a plurality of sliding contact bodies are cut out;
  • FIGS. 4 and 5 show two exemplary arrangement profiles for
  • Figure 6 an enlarged view of a
  • Figures 10 - 12 sectional views of a web with a
  • FIG. 13 shows a further arrangement profile for two edge-side web groups with individual webs lying therebetween and different embodiments for a welded-on contact bead;
  • FIG. 14 a sectional view according to FIGS. 10 to
  • Figure 15 A sliding contact body with several
  • FIG. 16 a sectional view according to FIG. 14 for a web with a first through
  • the invention relates to a sliding contact body (1) according to the preamble of the independent claims.
  • Sliding contact body (1) is shown in FIG. He is shown here in Appendix with a mating contact (15).
  • the sliding contact body (1) has a support (3) on which a plurality of webs (2) which can be applied at the same time to the mating contact (15) are arranged.
  • the carrier (3) may also have spring properties and comprise one or more flexible support portions (5).
  • the carrier (3) may be formed in one or more parts and in particular be formed by a flat piece of sheet metal. At the end of the carrier (3) facing away from the webs (2), a fastening section (4) is preferably provided.
  • the sliding contact body (1) is electrically conductively and mechanically fixing to an external object, such as a contact carrier, fastened.
  • an external object such as a contact carrier
  • the carrier and / or the attachment portion (4) may be formed in any other form.
  • the sliding contact body (1) shown in FIG. 1 has a frame-shaped fastening section (4) with two fastening openings on the edge, by means of which it can be fixed on a patina, for example by soldering.
  • the sliding contact body (1) is preferably in
  • the length of the carrier (3) may be in the range of a few millimeters or centimeters, here for example about learning.
  • Millimeters or centimeters are and here for example 6 mm between the dorsal end (9) and the distal end (10). Alternatively, the
  • Sliding contact body (1) are available in significantly larger dimensions.
  • Bar groups in a comb section can be chosen arbitrarily. Preferred arrangement profiles will be explained below.
  • a plurality of comb sections each with a plurality of individual webs and / or web groups (6, 7, 8) may be arranged.
  • the overall width of a sliding contact body i. whose extent transverse to the grinding direction (A), can be in the range of a few millimeters to centimeters, it is for example 3mm here.
  • the webs (2) can each have a longitudinal curvature (14) with a radius of curvature (R_L) over which the position and size of the contact zone (13) can be influenced.
  • the radius of curvature (R_L) of the longitudinal curvature (14) can be in the range of a few millimeters to centimeters. He is in the example shown about 2-3mm.
  • the longitudinal curvature is preferred after the formation of a
  • connection point (12) is provided on the distal end region (11), ie between the contact zone (13) and the distal end (10) (compare FIG. 2).
  • two or three adjacent webs are mechanical with each other through one or more connecting points (12)
  • Connection between two non-adjacent webs (2) may be provided, for example by a bridge, which overlaps one or more intermediate webs. It can also be provided that in a row
  • a first and a third web are mechanically coupled by a connection point (12), while an intermediate second
  • Web has a shortened distal end (10) and thus does not participate in the connection (see Figure 8).
  • a connection point (12) between two coupled webs (2) overlap one or more webs or web groups arranged therebetween.
  • any desired webs (2) can be used.
  • Figure 3 shows a metal sheet (16), in which a plurality of sliding contact bodies (1) is incorporated.
  • the sliding contact body (1) may preferably by
  • the production can be done, for example, by punching, laser cutting, etching or a comparable method for removing material.
  • the production is preferably carried out by
  • Web groups (6, 7, 8) and individual webs (25) on a sliding contact body (1). Further arrangement profiles are explained below.
  • the arrangement profile (17) shown in FIG. 4 has a total of nine webs (2). Of these, the three left webs (2) are combined to form a web group (6).
  • connection points (12) are arranged here at the distal end (10) of the webs. They may alternatively or additionally be arranged in another area between the distal and the dorsal end (9, 10) of the webs (2).
  • the number and arrangement of the connection points (12) as well as the number of webs (2) to be combined into a web group (6, 7, 8) can essentially be chosen arbitrarily. In the choice of the arrangement profile particular natural frequencies to be produced or avoided can be taken into account.
  • FIG. 5 shows an alternative example
  • Relative movements between the sliding contact body (1) and the mating contact (15) can be a symmetrical
  • FIG. 6 shows a sliding contact body (1) in analogy to the example of FIG. 1, contact beads (20) being arranged here on the webs (2). Again, some webs (2) to web groups (6,7,8) are summarized.
  • Figure 7 shows an enlarged view of the detail VII of Figure 6. It can be seen that the contact bead (20) covers only a part of the width (B) of the web (2).
  • the ratio of the bead width to the web width W / B is preferably equal to or less 3/4 and
  • Material removal formed Kunststoffwulst according to Figures 6 to 12 may additionally be arranged by welding formed Kunststoffwulst.
  • Whose shape can be chosen arbitrarily, in particular in the form of a welded strand, individual spaced from each other and arranged in a line contact points or in the form of
  • the bead width (W) is thus smaller than the web width (B).
  • the contact bead (20) extends substantially in the grinding direction (A), i. An arrangement of contact points in a line preferably extends in the direction of grinding (A).
  • a contact bead (20) formed by material removal can cover the entire length of a web (2) or can be provided only in the region of the contact zone (13) or a single contact point.
  • Sliding contact bodies (1) can be provided at the same time webs (2) with and without contact bead (20).
  • FIGs 8 and 9 show two exemplary ones
  • Single webs (25) are provided, which are not interconnected or combined into web groups, and a web group (8), the one in between
  • Single bridge surrounds.
  • the single bridge in between is protected by the adjacent webs of the web group (8) against lateral buckling and possibly laterally guided in strong elastic Thisauslenkung.
  • connection could be provided here through a bridge (see description above).
  • the arrangement profile (18) shown in FIG. 9 essentially corresponds to the center-symmetrical one
  • Figures 10 to 12 show cross-sectional views of a web (2).
  • the web (2) has a web width (B) and a web thickness (H).
  • the web thickness (H) may preferably correspond to the thickness of a sheet (16) from which the webs (2) are made.
  • the web thickness (H) can be selected as a function of the spring properties to be achieved and is preferably in the range of less than 0.5 mm,
  • the contact bead (20) can preferably be formed by removing material from an inlay
  • the removal of the web edges (22, 23) can be done in any way.
  • a removal of the web edges (22, 23) preferably by etching or laser cutting done.
  • the disclosure of a metal sheet (16) comprises the following steps: applying a first protective lacquer to the metal sheet (16) in a pattern, wherein the first lacquer covers the areas of the support (3), if necessary
  • a sliding contact body (1) according to Figures 6 to 10 are produced. It may additionally be provided, at least in the region of the contact zone (13) or one or more
  • the manufacturing process can be carried out on a coated sheet.
  • the etchant can also the edge region of the contact bead (20) under the Remove the first protective varnish so that the transverse rounding with the mean rounding diameter (Q_R) is formed.
  • the process parameters are preferably selected such that the rounding diameter (Q_R) is less than 0.1 mm, in particular less than 0.5 mm.
  • the first resist may be applied in the form of a dot pattern or dots arranged in a row
  • the second resist may be applied in the form of a frame surrounding the dots, which has the desired width of a web (2).
  • material regions may remain standing which form a contact bead in the form of contact points (cf.
  • FIGS. 13 and 15 while in the region of overlap by the second protective lacquer, wider regions of the web (2) remain.
  • a base material for the webs (2) may preferably be used a spring steel, in particular one of the above materials. This one can go up with one
  • precoated conductive material layer precoated conductive material layer
  • an (additional) coating (24) can be applied to the base material before or after the cutting or etching of the basic shape for the sliding contact body (1).
  • a coating (24) may improve the friction properties and / or reduce the contact resistance.
  • the coatings are especially nickel and
  • Copper coatings or other precious metal coatings into consideration. Depending on the intended use and / or the electrical requirements may also apply a coating can be dispensed with. For the
  • Base material can also be used spring stainless steels, which have a higher corrosion resistance and / or a higher edge hardness.
  • a coating is particularly preferably applied by electroplating, with layer thicknesses of about 0.03 mm usually being achievable. Preferably, larger layer thicknesses are produced.
  • FIG. 11 shows a preferred embodiment of a web (2) on which first a contact bead (20) is formed and subsequently a coating (24) is applied.
  • This form of production has the advantage that the coating (24) and that of the contact surface
  • FIG. 12 shows, by way of example, a cross-section of a web (2) with a contact bead (20) and a coating (24) after a longer period
  • Coating parts (24) remain largely preserved and can continue to the electrical
  • the contact bead is in the form of one or more contact points (26) (see above), it has substantially four oblique
  • FIG. 13 shows an arrangement profile for a
  • the edge-side web groups (6, 8) have over the individual webs (25) an increased
  • marginal web groups (6, 8) increases the Resistance of the sliding contact body (2), even no special requirements with regard to the frequency characteristics exist.
  • Contact beads ( 20x ) shown in strand form Such strands can be produced by continuously applying the highly conductive material during a relative movement between the welding applicator and the web.
  • Such a contact bead (2 0) can by intermittently applying the highly conductive material during a relative movement between
  • Welding applicator and web are generated.
  • a relatively large-spaced spacing of the contact points (26) By a relatively large-spaced spacing of the contact points (26), a particularly small change in the properties of the base material of the web (2) is achieved.
  • the web (2) can still be readily mechanically deformed, in particular for producing a Longitudinal curvature (see Figures 1, 6 and 7), without the weld or internal structure of the Kunststoffwulstes (20) is impaired during bending or rolling of the web.
  • the scaly arrangement of the contact points as shown on the right-hand webs of the web group (8) optionally forms a compromise solution between a large contact surface on the one hand and good on the other hand
  • FIG. 14 shows a cross section of a web (2), in particular of a microbridge, which is produced, for example, by etching or laser cutting from a metal sheet and has a substantially rectangular cross section with a flat surface.
  • the web edges (22, 23) may optionally be rounded as a result of the etching or laser cutting process (see explanation above).
  • the web shown here (2) has no through
  • a contact bead (20 ⁇ ) is formed exclusively by welding on a contact point (26).
  • the micro-laser deposition welding is preferably carried out such that a laser beam is directed onto the upper side of the web (2), which welds the base material.
  • a highly conductive material is produced by the
  • the powder particles are melted by the laser beam, with the first
  • the mixing decreases rapidly, so that the more outward lying material areas of the contact point (26) consist essentially of the pure material of the additive.
  • the dosage of the radiation energy supplied by the laser can be reduced after the first melting of the base material, so that the
  • the formation of the radius Q_R of the transverse rounding can be influenced within limits by the choice of the radiation energy and the amount of powder supplied per unit time.
  • the feeding of the powder is first stopped or greatly reduced and then the (optionally in the radiation dose
  • the individual web (25) shown in FIG. 13 at the middle position has a first contact bead (20) formed by removal of material, on which in addition one
  • Figure 15 shows a preferred embodiment of a sliding contact body (1), the only single webs (25) produced by micro-deposition welding
  • An inventive sliding contact body (1) may preferably be arranged in a transmission device for transmitting electrical currents.
  • Transmission device can in particular for the
  • Measuring devices may in particular be formed as a brush block with a plurality of sliding contact bodies (1), wherein the sliding contact bodies (1) are arranged such that their contact zones (13) lie on a circular envelope.
  • Brush blocks can be brought into contact with rotationally symmetrical mating contacts with a plurality of electrically parallel sliding contact bodies in order to transmit very high power in a minimal space.
  • the invention can be modified and expanded in various ways.
  • the described and / or illustrated features of the invention may be combined, interchanged, expanded or omitted in any manner.
  • a plurality of webs (2) in the grinding direction (A) can be arranged behind one another or offset from each other, wherein a plurality of contact zones (13) can be provided. It is also a
  • a plurality of contact beads (20) may be provided at a web.
  • One or more contact beads (20) may be arranged off-center on a web (2), in particular in the region of a web edge (22, 23).
  • the web width (B) and / or the bead width (W) and / or the web length between the dorsal and distal end can within the webs (2) or within the web groups on a sliding contact body (1) uniformly or
  • One or more contact points (26) can also be welded onto the sloping flanks of a contact bead (20) produced by removal of material.
  • a method for producing a sliding contact body according to the present invention may be in any order.
  • Radiation dose and / or added amount of additive per unit time wherein the additive is preferably supplied in a powder via a nozzle at the welding applicator.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Manufacturing Of Electrical Connectors (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

Schleifkontaktkörper zum Übertragen elektrischer Ströme auf einen Gegenkontakt (15). Der Schleifkontaktkörper (1) weist einen Träger (3) und eine Mehrzahl von gleichzeitig an dem Gegenkontakt federnd anlegbaren Stegen (2), insbesondere Mikrostegen mit einer Breite von weniger als 0,25mm auf, die an ihrem dorsalen Ende (9) mit dem Träger (3) verbunden sind. Die Stege (2) sind im Bereich einer zwischen dem dorsalen Ende (9) und dem distalen Ende (10) vorgesehenen Kontaktzone (13) zueinander beabstandet und ein oder mehrere Stege (2) weisen im Bereich der Kontaktzone (10) einen Kontaktwulst (20) auf. Der Kontaktwulst (20) ist entweder durch Materialwegnahme aus einem im Querschnitt rechteckigen Steg gebildet ist und weist eine nach der Erzeugung des Kontaktwulstes (20) aufgebrachte Beschichtung (24) auf oder der Kontaktwulst (20) ist durch Auftragen eines leitfähigen Kontaktstoffs per Mikro-Laserauftragsschweißen erzeugt. Die Erfindung betrifft ferner ein Herstellungsverfahren für einen Schleifkontaktkörper.

Description

Schleifkontaktkorper und Verfahren zu dessen Herstellung
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Schleifkontaktkorper zum Übertragen elektrischer Ströme auf einen Gegenkontakt, wobei der Schleifkontaktkorper einen Träger und eine Mehrzahl von gleichzeitig an den Gegenkontakt federnd anlegbaren Stegen aufweist. Solche Schleifkontaktkorper sind in der Praxis auch als Kontaktfedern bekannt.
Gattungsgemäße Schleifkontaktkorper werden sowohl zur Übertragung von Leistungsströmen als auch zur Übertragung von Signalströmen verwendet. Die bisher bekannten
Kontaktkörper weisen eine begrenzte Lebensdauer auf und zeigen für manche Anwendungsbereiche ein zu hohes
Signalrauschen . Aus der DE 10 2008 001 361 ist eine
Schleifkontaktanordnung mit verringertem Signalrauschen bekannt, die einen Schleifkontaktkorper mit zwei
Schleifdrähten mit unterschiedlichen Durchmessern
aufweist. Diese Schleifdrähte wirken mit einer V-Nut- förmigen Schleifbahn am Gegenkontakt derart zusammen, dass sie die Schleifbahn an unterschiedlichen
Winkelpositionen berühren. Eine solche
Schleifkontaktanordnung erfordert eine aufwendige und teure Bearbeitung der Schleifbahn. Sie ist ferner nicht für die sichere Übertragung von hohen Leistungsströmen geeignet . Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Schleifkontaktkörper aufzuzeigen, der ein verbessertes Signalrauschverhalten und/oder eine erhöhte Lebensdauer aufweist. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale in den eigenständigen Ansprüchen.
Der Schleifkontaktkörper gemäß der vorliegenden
Offenbarung weist eine Mehrzahl von schmalen Stegen auf, die gleichzeitig auf einer Schleifbahn am Gegenkontakt anlegbar sind. Die Schleifbahn am Gegenkontakt kann beliebig ausgebildet sein. Sie ist bevorzugt quer zur Schleifrichtung eben und beispielsweise in der
Gesamterstreckung bei rotatorischen Schleifkontakten kreisringförmig bzw. zylinderwandförmig oder bei
translatorischen Schleifkontakten streifenförmig bzw. bandförmig, sodass eine kostengünstige Herstellung und eine einfache Montage gewährleistet sind.
Die Stege können eine mehrere Stege übergreifende
Kontaktzone mit dem Gegenkontakt bilden, die sich im Wesentlichen quer zur Schleifrichtung erstreckt und eine Mehrzahl von Einzelkontaktstellen zwischen jeweils einem Steg und dem Gegenkontakt aufweist. Diese
Einzelkontaktstellen sind untereinander parallel
geschaltet, so dass ein Strom bei einem momentanen
Kontaktverlust an einem ersten Steg noch über die
weiteren parallelen Kontaktstellen an den anderen Stegen fließen kann. Der Schleifkontaktkörper kann eine Vielzahl von Stegen in einer Reihenanordnung aufweisen, sodass entsprechend viele parallel geschaltete
Einzelkontaktstellen erzeugt werden. Die Stege weisen eine sich länglich erstreckende Form und jeweils ein dorsales und ein distales Ende auf. Das dorsale Ende ist dasjenige Ende, das zur Befestigung des Steges am Träger hinweist. Das distale Ende ist in der Regel ein freies Ende, so dass jeder Steg gegenüber der Aufhängung elastisch beweglich ist.
Zwischen dem dorsalen Ende und dem distalen Ende ist die Kontaktzone vorgesehen, an der ein bzw. jeder Steg an den Gegenkontakt zur Anlage kommt und eine
Einzelkontaktstelle bildet. Die Stege werden bevorzugt mit einer leichten elastischen Vorspannung an den
Gegenkontakt angelegt, so dass sie bei Erschütterungen oder eventuellen Unebenheiten im Schleifweg ständig in Anlage mit dem Gegenkontakt bleiben oder bei einem eventuellen Abheben von der Schleifbahn durch die
Federkraft sofort wieder aufsetzen.
Die Stege sind zumindest im Bereich der Kontaktzone zueinander auf Abstand gesetzt. Hierdurch wird erreicht, dass sich ein Materialabschnitt des Steges im Bereich der Einzelkontaktstelle in gewissen Grenzen unabhängig von den benachbarten Stegen bewegen kann. Ein Teil der
Anpresskraft in der Einzelkontaktstelle geht für jeden Steg aus seiner eigenen Elastizität und seiner eigenen Vorspannung hervor. Im Übrigen kann die Anpresskraft aus der Elastizität und der Vorspannung des Trägers
hervorgehen, an dem die Stege befestigt sind.
Gemäß einem ersten eigenständigen Aspekt der Offenbarung können zumindest zwei Stege im Bereich zwischen dem dorsalen Ende und dem distalen Ende zur Bildung einer Steggruppe miteinander verbunden sein. Die Verbindung ist starr und bevorzugt durch einen gemeinsamen
Materialbereich gebildet, der bei der Herstellung der Stege stehen gelassen wird. Es können eine einzige oder mehrere Verbindungsstellen zwischen den Stegen vorgesehen sein. Eine oder mehrere Verbindungsstellen können
grundsätzlich an beliebigen Stellen zwischen dem dorsalen und dem distalen Ende angeordnet sein. Bevorzugt ist zumindest eine Verbindungsstelle am distalen Ende
vorgesehen. Es kommen verschiedene Anordnungsprofile in Betracht, die sowohl Einzelstege als auch Steggruppen umfassen können. Als besonders vorteilhaft haben sich Steggruppen an den äußeren Rändern des
Schleifkontaktkörpers erwiesen. Diese weisen eine höhere Seitenstabilität als Einzelstege auf und neigen weniger zu einem seitlichen ausknicken. Ferner werden zwischen Steggruppen oder innerhalb einer Steggruppe liegende Einzelstege durch die benachbarten Teile einer Steggruppe in der Schleifspur geführt bzw. gegen ein seitliches Ausknicken geschützt.
Durch die Verbindung (en) bzw. Verbindungsstellen werden die beteiligten zwei oder mehreren Stege innerhalb einer Steggruppe mechanisch gekoppelt, d.h. im Bereich der Verbindungsstelle werden die Stege kräfteleitend
aneinander fixiert, während die Steggruppe insgesamt gegenüber den anderen Einzelstegen oder parallel
bestehenden Steggruppen mechanisch entkoppelt ist. Die Stege innerhalb einer Steggruppe weisen durch die
mechanische Kopplung ein anderes Resonanzverhalten, insbesondere andere Eigenfrequenzen auf, als die anderen Stege des Schleifkontaktkörpers . Das Resonanzverhalten hat einen wesentlichen Einfluss auf das dynamische
Anlageverhalten eines Steges am Gegenkontakt. Schon minimale Unebenheiten auf der Schleifbahn,
Verschmutzungen, lokal unterschiedliche Verschleißstellen und/oder sich ändernde Relativgeschwindigkeiten zwischen dem Schleifkontaktkorper und dem Gegenkontakt können zu Schwingungen im Kontaktbereich, insbesondere in den
Stegen und dem Träger des Schleifkontaktkörpers führen. Derartige Schwingungen können sich mit anderen
Erregerimpulsen, bspw. von nebengeordneten Baugruppen übertragenem Körperschall, überlagern.
Da der Schleifkontaktkorper elastisch ist, weist er ein von der Geometrie abhängiges Resonanzverhalten auf, das zu einem Auf- oder Überschwingen führen kann. Bei einem solchen Auf- oder Überschwingen kann es zu einer
momentanen und ggfs. lokalen Abhebung eines oder mehrerer Stege vom Gegenkontakt kommen. Auch wenn kein
vollständiges Abheben erfolgt, kann sich der
Durchgangswiderstand in einer Einzelkontaktstelle bei Unterschreiten eines Grenz-Anpressdruckes erhöhen.
Die Veränderungen des Durchgangswiderstandes und ein eventuelles Abheben einzelner oder mehrerer Stege führen zu einer Veränderung des Gesamtwiderstandes im
Schleifkontakt, wodurch ein unerwünschtes Signalrauschen erzeugt werden kann. Durch die gemäß der Offenbarung vorgesehenen Verbindungen zwischen zwei oder mehr Stegen werden Steggruppen gebildet, die untereinander ein jeweils unterschiedliches Resonanzverhalten zeigen. Die Eigenfrequenzen zwischen den Stegen und Steggruppen können so verteilt werden, dass ein Auf- oder Überschwingen nur lokal in Bezug auf einen oder wenige Stege auftritt, während für die übrigen Stege und
Steggruppen ein elektrisch leitender Anlagekontakt gewährleistet ist. Somit kann eine deutliche verbesserte dynamische Kontaktierung erreicht werden, wobei der elektrische Durchgangswiderstand des Schleifkontakts gegenüber äußeren Impuls-, Geschwindigkeits- oder
Schwingungseinflüssen stabilisiert wird.
Gemäß einem weiteren eigenständigen Aspekt der
Offenbarung, der für sich allein oder mit dem zuvor genannten Aspekt verwendbar ist, können ein oder mehrere Stege im Bereich der Kontaktzone einen Kontaktwulst aufweisen, dessen Breite geringer ist als die Stegbreite. Der Kontaktwulst ist auf der Seite des Steges angeordnet, der mit dem Gegenkontakt in Anlage kommt und kann
bevorzugt eine Querrundung aufweisen. Die verringerte Wulstbreite und ggfs. die Querrundung auf dem
Kontaktwulst führen dazu, dass der Schleifkontaktkörper das Kontaktierungsverhalten eines Drahtes aufweist (sog. unvollkommener Draht) . Insbesondere wird die
Adhäsionskraft zwischen dem Schleifkontaktkörper und dem Gegenkontakt erheblich verringert. Das heißt, die
Oberfläche des Steges saugt sich durch die geringere Breite und ggfs. die Querrundung nicht bzw. weniger an die Oberfläche des Gegenkontaktes an. Hierdurch werden die Haft- und Gleitreibung im Schleifpunkt deutlich verringert, was besonders beim Anfahren aus dem Stand und bei hohen Schleifgeschwindigkeiten zu tragen kommt.
Ferner führen die verringerte Wulstbreite und/oder die Querrundung dazu, dass Abrieb und Verschmutzungen auf der Schleifbahn zur Seite hin weggeschoben werden. Der
Kontaktwulst bewirkt somit einen lokalen Reinigungseffekt auf der Schleifbahn. Im Dauerbetrieb sammeln sich
Ablagerungen nur auf den Bereichen des Gegenkontakte an, die zwischen den Kontaktwulsten gelegenen sind, und insbesondere zwischen den bevorzugt auf Abstand gesetzten Stegen. Hierdurch wird einem Ausfall einzelner Kontakte des Schleifkontaktkörpers in unerwartet effizienter Weise entgegengewirkt. Durch den Reinigungseffekt in
Kombination mit der weiter unten erläuterten besseren Abriebbeständigkeit der beschichteten oder
aufgeschweißten Kontaktwulste sind Standzeiten von bis zu 20 Millionen Umdrehungen ohne Reinigung des
Schleifkontaktkörpers oder des Gegenkontakts erreichbar, d.h. eine Verlängerung der Standzeit um den Faktor 30 gegenüber bisher bekannten Schleifkontakten.
Der Steg mit dem Kontaktwulst hat gegenüber einem Draht, insbesondere gegenüber einem Runddraht, eine deutlich bessere Seitenstabilität, eine höhere Festigkeit und ein gezielt beeinflussbares Federungsverhalten. Die Stege neigen deutlich weniger zum Abknicken, sondern weniger Abrieb ( Schleifstaub) ab und weisen eine deutlich
verbesserte Spurstabilität in Schleifrichtung auf.
In Folge der Reduzierung der Adhäsionskraft verringern sich die aus der Relativbewegung zwischen den
Kontaktpartnern resultierenden Zugkräfte in
Schleifrichtung, die auf die Randschicht des
Schleifkontaktkörpers wirken, so dass der Verschleiß erheblich reduziert wird. Ein adhäsionsbedingtes Abreißen der obersten Materialschicht, bspw. einer Nickel- oder Goldbeschichtung, des Schleifkontaktkörpers kann
vermieden werden. In der Folge erhöht sich die
Lebensdauer des Schleifkontaktkörpers beträchtlich bzw. kann der Schleifkontaktkörper bei gleicher Lebensdauer unter höherer Beanspruchung verwendet werden, d.h.
beispielsweise bei höheren Relativgeschwindigkeiten zwischen den Kontaktpartnern oder höheren Anpressdrücken.
Ein Schleifkontaktkörper gemäß der vorliegenden
Offenbarung weist bevorzugt Mikrostege auf. Das sind besonders schmale Stege, insbesondere solche mit einer Breite von weniger als 0,25 mm oder weniger als 0,1mm, und besonders bevorzugt zwischen 0,05 und 0,08mm. Der Abstand zwischen zwei Stegen ist bevorzugt ebenfalls kleiner als 0,25mm oder 0,1mm, insbesondere zwischen 0,05mm und 0,1mm. Der mittlere Krümmungsradius eines Kontaktwulstes ist bevorzugt kleiner als 0,1mm,
insbesondere kleiner als 0,05mm.
Derart kleine Abmessungen ermöglichen die Anordnung einer Vielzahl von jeweils separat beweglichen Stegen und/oder Steggruppen auf kleinstem Raum. Der Schleifkontaktkörper kann somit ein ähnlich gutes elektrisches
Kontaktierungsverhalten wie ein Mikrodraht- Bürstenschleifer haben, weist jedoch gleichzeitig eine deutlich höhere Lebensdauer, eine geringere Beanspruchung der Schleiffläche am Gegenkontakt und keine Neigung zum Quellen bei Feuchtigkeitseintrag und/oder zum Aufsaugen und Speichern von Flüssigkeiten auf. Der
Schleifkontaktkörper gemäß der vorliegenden Offenbarung ist somit auch für den Einsatz bei schwierigen Umgebungsbedingungen verwendbar, beispielsweise für die Übertragung von Leistungsströmen bei Windkraftanlagen.
Je schmaler die Stegbreite gewählt ist und je geringer der Abstand zwischen zwei benachbarten Stegen gewählt ist, desto schwieriger bzw. aufwendiger gestaltet sich der Herstellungsprozess . Stegbreiten von weniger als 0,25mm Breite können derzeit bspw. durch Mikroprägen, Ätzen oder Laserschneiden hergestellt werden. Stegbreiten von etwa 0,1 mm oder darunter lassen sich derzeit nur durch spezielle Ätzverfahren oder Laserschneiden
erzeugen .
Eine besondere bevorzugte Ausführung sieht einen
Schleifkontaktkörper mit einer Mehrzahl von Mikrostegen auf, wobei ein Steg eine Breite von etwa 0,25mm oder weniger hat und zumindest einen Kontaktwulst trägt. Auf einem Steg mit einer Breite von 0,25mm können ein, zwei oder ggfs. drei Kontaktwulste aufgebracht sein. Bei
Stegbreiten von etwa 0,1 mm oder weniger ist die
Aufbringung von mehr als ein oder zwei Stegen nur mit hohem Aufwand möglich.
Ein Kontaktwulst kann gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante durch teilweise Materialwegnahme, insbesondere durch Wegätzen der umgebenden Bereiche eines Steges mit rechteckigem Querschnitt, und bevorzugt nachfolgendes Aufbringen einer hoch leitfähigen
KontaktSchicht gebildet sein. D.h. dass ein Kontaktwulst aus einem Restmaterial besteht, das auf einer Außenseite eines Steges (2) nach ätzendem Entfernen der Stegkanten (22,23) und ggfs. weiterer Materialbereiche verbleibt. Gemäß einer alternativen bevorzugen Ausführung ist ein Kontaktwulst durch Auftragen eines hoch leitfähigen
Kontaktstoffs per Mikro-Laseradditionsschweißen erzeugt.
Das Material der KontaktSchicht bzw. des Kotaktstoffs ist bevorzugt Gold oder ein Edelmetall wie Silber oder
Rhodium bzw. eine Legierung deren Hauptbestandteil zumindest einer der vorgenannten Stoffe ist.
Das Mikro-Laserauftragschweißen als solches ist derzeit in der Entwicklung und konnte für das Aufbringen eines leitfähigen Materials auf Stahlwerkstoffe mit deutlich größerer Erstreckung erfolgreich eingesetzt werden.
Allerdings zeigen die für die Herstellung von
Schleifkontaktkörpern genutzten Federstähle und
Beschichtungswerkstoffe häufig keine gute Schweißeignung. Materialien mit einem hohen Reflexionsvermögen bedürfen bspw. einer hohen Dosierung der Strahlungsenergie und neigen dadurch zu einem zu schnellen oder zu
großflächigen Erwärmen, sodass unerwünschte Versprödungen oder zu große Schmelzzonen entstehen. Ferner können bei einigen Werkstoffkombinationen giftige Dämpfe entstehen. Die Vermischung der Metalle aus dem Grundstoff des
Schleifkontaktkörpers (Federstahl) und dem
aufzubringenden Werkstoff kann die Leitfähigkeit und/oder die Federungseigenschaften und/oder die Randhärte
erheblich beeinträchtigen. Ferner kann es infolge der extrem dünnen Steg- und Wulstbreiten leicht zu
Materialverzerrungen kommen. Es ist daher schwierig, einen elektrisch hoch leitfähigen Kontaktwulst
aufzuschweißen, ohne dass eine zu schwache oder zu spröde Schweißverbindung entsteht, die den resultierenden Kräften aus der schleifenden Kontaktierung nicht
standhalten kann.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden verschiedene geometrische Ausbildungen und Materialien vorgeschlagen, durch die die oben genannten Nachteile vermindert oder vermieden werden. Diese Ausbildungen und Materialien können jeweils für sich allein oder in beliebiger
Kombination eingesetzt werden.
Die nachfolgend genannten Werkstoffe zeigen eine zur Herstellung von aufgeschweißten Kontaktwulsten günstige Eignung und Verarbeitbarkeit , insbesondere wenn das Aufschweißen auf einem zuvor hergestellten Steg oder Mikrosteg erfolgt. Neben den genannten Werkstoffen können noch andere günstige Materialkombinationen bestehen.
Dementsprechend ist die Erfindung nicht auf die hier vorgeschlagenen Materialien beschränkt.
Als Grundmaterial für den Schleifkontaktkörper zeigen folgende Materialien positive Eigenschaften: eine Kobalt- Nickel-Eisen Legierung mit etwa 17 Gew% Kobalt und 28 Gew% Nickel (Rest vornehmlich oder ausschließlich Eisen) oder eine CuBe2 Beryllium Kupfer Legierung. Die
erstgenannte Legierung ist auch unter dem Handelsnamen „DURACON" (geschütztes Zeichen) bekannt und ist ohne Erzeugung giftiger Dämpfe per Mikro-Laserauftragschweißen bearbeitbar. Beide Werkstoffe zeigen positive
Eigenschaften in Hinblick auf die Erhaltung der
Federungseigenschaften und bei geeigneter Wahl der
Schweißparameter eine geringe Neigung zu Versprödungen . Als aufzuschweißendes Material zeigt eine AuCo- Hartgoldlegierung gute Eigenschaften. Es bildet eine schmale Vermischungszone mit dem Grundmaterial des
Schleifkontaktkörpers , ohne dass die
Federungseigenschaften oder die Leitfähigkeit in
unzulässiger Weise beeinträchtigt werden. Weiterhin zeigen Gold-Kupfer und Gold-Nickel Legierungen (Kupfer¬ bzw. Nickel-Hartgoldlegierungen) positive Eigenschaften.
Beim Aufschweißen des leitfähigen Materials entsteht eine Vermischungszone, in der sich das Grundmaterial des Schleifkontaktkörpers (insbesondere Federstahl) und das aufgeschweißte Material vermengen und als Mischlegierung mit veränderten Eigenschaften erstarren.
Die oben genannten Werkstoffkombinationen weisen eine gute Stabilität der Vermischungszone auf und begünstigen die mechanische Festigkeit der Schweißverbindung gegen Ausreißen oder Abscheren.
Die Höhe des aufgeschweißten Materials (als Strang oder Kontaktpunkt) beträgt bevorzugt mehr als 0,03 mm und weniger als 0,15mm über der Oberfläche des
Schleifkontaktkörpers (Stegoberfläche oder zuvor
gebildeter Kontaktwulst) . Die Höhe beträgt bei den oben genannten Mikrostegen besonders bevorzugt zwischen 0,05mm und 0,12 mm. Hierdurch lassen sich Kontaktwulste bzw. Kontaktpunkte erzeugen, die einerseits eine hohe
mechanische Stabilität aufweisen, sodass sie den
resultierenden Kräften und Momenten (insbesondere
Scherkräften) aus der schleifenden Kontaktierung
standhalten. Es kommt somit nicht zu einem Abgleiten oder Abscheren im Bereich des Reinmaterials. Andererseits ist die Dicke des im Wesentlichen reinen Materials oberhalb der Vermischungszone, welches die für den schleifenden Kontakt erforderlichen Gleiteigenschaften und die
erforderliche elektrische Leitfähigkeit aufweist, so hoch gewählt, dass besonders lange Standzeiten erreicht werden .
Gegenüber den bisher üblichen flachen Beschichtungen auf flachen Stegen, insbesondere gegenüber per Galvanisierung aufgebrachten Nickel- und Goldschichten (Dicke ca. 3-5 Mikrometer) , wird eine um den Faktor 10 bis 100 erhöhte Schichtdicke erreicht, insbesondere eine Dicke von etwa 0,1mm. Die erhöhte Schichtdicke für sich allein oder in Kombination mit der Wulstbildung erhöht ebenfalls die Standzeit des Schleifkontaktkörpers . Der Kontaktwulst hat bevorzugt eine in der
Schleifrichtung langgestreckte und in der Querrichtung ballige Form. Alternativ kann ein Kontaktwulst eine
Linsen- oder Halbkugelform haben und/oder aus einer
Mehrzahl von in der Schleifrichtung hintereinander gesetzten Kontaktpunkten (insbesondere mit Linsen- oder Halbkugelform) gebildet sein. Die Anordnung von
Kontaktpunkten in einer Reihe bietet den Vorteil, dass der oben genannte Reinigungseffekt auch mit einer
Mehrzahl von Kontaktpunkten erzielt werden kann.
Alternativ ist eine geschuppte bzw. versetzte Anordnung von Kontaktpunkte möglich.
Das Aufschweißen von Kontaktpunkten ist besonders auf Mikrostegen der oben genannten Art vorteilhaft, da ggfs. auftretende Veränderungen der Federungseigenschaften oder der Zugfestigkeit des Grundmaterials oder Versprödungen des Schleifkontaktkörpers nur lokal auftreten. Folglich behält der Steg im Bereich der Kontaktzone eine gute elastische Verformbarkeit und weist eine erhöhte
Bruchsicherheit auf. Auch das Erstellen von
Kontaktpunkten zur Materialwegnahme, insbesondere durch teilweises Wegätzen des Stegmaterials in einer
Rasterform, und das anschließende Beschichten hat
positive Auswirkungen. Ein aus mehreren Kontaktpunkten bestehender Kontaktwulst weist eine höhere Zahl von schrägen Flanken auf, auf die eine Beschichtung
aufgebracht werden kann. Beim Abtragen der Kontaktpunkte bleiben daher größere Flächenanteile der Beschichtung erhalten, die über einen längeren Zeitraum die
elektrische Kontaktierung verbessern, wenn der
Kontaktpunkt / Kontaktwulst mit der Zeit abgeschliffen wird .
Bei einem elastischen Durchbiegen der Stege werden die Schweißzonen von Kontaktpunkten und das aufgeschweißte Material geringeren Spannungen ausgesetzt, als dies bei einem längeren Strang der Fall ist, sodass die
Wahrscheinlichkeit von Materialschwächungen durch Bruch oder Rissbildungen verringert wird. Ferner lässt sich ein Bereich eines Stegs mit aufgebrachten Kontaktpunkten gegenüber leichter zur Bildung einer Längskrümmung verformen, als dies bei einem längeren Strang der Fall ist, ohne dabei das hoch leitfähige Material
(Beschichtung / aufgeschweißter Kontaktpunkt) zu
beschädigen . Es können ein oder mehrere Kontaktpunkte auf einem flachen Steg oder einem zuvor durch Materialwegnahme am Steg gebildeten Kontaktwulst aufgeschweißt werden. Das Aufschweißen auf einem flachen Steg ist prozesstechnisch einfacher umzusetzen, da es geringere Anforderungen an die exakte Positionierung der Schweißpunkte stellt.
Allerdings bietet das Aufschweißen auf einen durch
Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulst zusätzliche Vorteile . Wenn ein Kontaktpunkt auf einen durch Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulst aufgebracht wird (d.h. wenn quasi zwei Kontaktwülste übereinander erzeugt werden) , wird der Abstand (die freie Höhe) zwischen den seitlich
überstehenden Bereichen des Stegs und dem Gegenkontakt noch weiter erhöht werden. Somit wird mehr Freiraum für das Anlagern von Verschmutzungen oder Abriebpartikeln geschaffen, was wiederum die Anfälligkeit gegen einen verschmut zungsbedingen Ausfall reduziert.
Ferner wird erreicht, dass bei einem vollständigen
Abreißen oder Abschleifen des aufgeschweißten Materials nicht der Steg mit seiner gesamten Stegbreite mit dem Gegenkontakt zu Anlage kommt, sondern nur der schmalere durch Materialwegnahme gebildete Kontaktwulst. Sollte ein einzelner aufgeschweißter Materialbereich bspw. wegen einer fehlerhaften Schweißverbindung vorzeitig
abgeschliffen sein oder wegbrechen, werden neben dem Kontaktwulst bereits gebildete Ansammlungen einer
Verschmutzung oder eines Abriebs also nicht durch den Steg in Richtung der benachbarten Stege und Kontaktwulste weggedrückt. Vielmehr sorgt der verbleibende Kontaktwulst für eine weitere Führung des Stegs in der vorgesehenen Bahn, sodass einer parasitären Verkettung von
Kontaktausfällen entgegengewirkt wird.
In den Unteransprüchen, den beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere vorteilhafte Ausbildungsformen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 : Einen Schleifkontaktkörper gemäß einer bevorzugten Ausführungsform mit drei Steggruppen in Anlage an der Schleifbahn eines Gegenkontaktes;
Figur 2 : einen Steg mit einer Längskrümmung in separater Darstellung;
Figur 3 : eine Draufsicht auf ein Blech, in dem eine Mehrzahl von Schleifkontaktkörpern ausgeschnitten sind;
Figuren 4 & 5 zwei beispielhafte Anordnungsprofile für
Steggruppen und Einzelstege an einem Schleifkontaktkörper;
Figur 6 : eine vergrößerte Darstellung eines
Schleifkontaktkorpers mit Kontaktwulsten auf den Stegen und Steggruppen;
Figur 7 : eine vergrößerte Darstellung des Details
VII aus Figur 6;
Figuren 8 & 9 zwei beispielhafte Anordnungsprofile für einen Schleifkontaktkörper mit
Einzelstegen und Steggruppen und mit auf den Stegen angeordneten Kontaktwulsten; Figuren 10 - 12: Schnittansichten eines Stegs mit einem
Kontaktwulst zur Erläuterung der
Herstellung, Beschichtung und des
Abrasions erhaltens ; Figur 13: ein weiteres Anordnungsprofil für zwei randseitige Steggruppen mit dazwischen liegenden Einzelstegen und verschiedenen Ausführungen für einen aufgeschweißten Kontaktwulst ; Figur 14: Eine Schnittansicht gemäß Figuren 10 bis
12 für einen Steg mit rechteckigem
Querschnitt und einem aufgeschweißten Kontaktwulst ;
Figur 15: Einen Schleifkontaktkörper mit mehreren
Einzelstegen und aufgeschweißten
Kontaktpunkten;
Figur 16: Eine Schnittansicht gemäß Figur 14 für einen Steg mit einem ersten durch
Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulst und einem darauf durch Aufschweißen gebildeten zweiten Kontaktwulst bzw. Kontaktpunkt .
Die Erfindung betrifft einen Schleifkontaktkörper (1) gemäß dem Oberbegriff der eigenständigen Ansprüche. Eine erste bevorzugte Ausführungsform des
Schleifkontaktkörpers (1) ist in Figur 1 dargestellt. Er ist hier in Anlage mit einem Gegenkontakt (15) gezeigt. Der Schleifkontaktkörper (1) weist einen Träger (3) auf, an dem eine Mehrzahl von gleichzeitig an den Gegenkontakt (15) federnd anlegbaren Stegen (2) angeordnet sind. Der Träger (3) kann ebenfalls Federeigenschaften haben und einen oder mehrere flexible Stützbereiche (5) umfassen. Der Träger (3) kann ein- oder mehrteilig ausgebildet und insbesondere durch ein flaches Blechstück gebildet sein. An dem von den Stegen (2) wegweisenden Ende des Trägers (3) ist bevorzugt ein Befestigungsabschnitt (4)
vorgesehen, über den der Schleifkontaktkörper (1) elektrisch leitend und mechanisch fixierend an einem externen Objekt, beispielsweise einem Kontaktträger, befestigbar ist. Alternativ können der Träger und/oder der Befestigungsabschnitt (4) in beliebiger anderer Form ausgebildet sein.
Der in Figur 1 dargestellte Schleifkontaktkörper (1) weist einen rahmenförmigen Befestigungsabschnitt (4) mit zwei randseitigen Befestigungsöffnungen auf, durch die er beispielsweise durch Löten auf einer Patine fixierbar ist. Der Schleifkontaktkörper (1) ist bevorzugt in
Kleinbauweise gebildet. Er kann beispielsweise eine
Gesamtlänge von wenigen Zentimetern, hier beispielsweise 2,5cm haben. Die Länge des Trägers (3) kann im Bereich von wenigen Millimetern oder Zentimetern liegen, hier beispielsweise etwa lern. Die Länge der Stege (2)
(Mikrostege) kann ebenfalls im Bereich von wenigen
Millimetern oder Zentimetern liegen und beträgt hier beispielsweise 6 mm zwischen dem dorsalen Ende (9) und dem distalen Ende (10) . Alternativ kann der
Schleifkontaktkörper (1) in deutlich größeren Abmessungen vorliegen . Eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Einzelstegen und/oder Steggruppen (6, 7, 8) bilden einen
Kammabschnitt. Das Anordnungsprofil der Stege und
Steggruppen in einem Kammabschnitt kann beliebig gewählt werden. Bevorzugte Anordnungsprofile werden weiter unten erläutert. An einem Schleifkontaktkörper (1) können mehrere Kammabschnitte mit jeweils mehreren Einzelstegen und/oder Steggruppen (6, 7, 8) angeordnet sein.
Die Gesamtbreite eines Schleifkontaktkörpers , d.h. dessen Erstreckung quer zur Schleifrichtung (A) , kann im Bereich von wenigen Millimetern bis Zentimetern liegen, sie beträgt hier beispielsweise 3mm.
Die Stege (2) können jeweils eine Längskrümmung (14) mit einem Krümmungsradius (R_L) aufweisen über den die Lage und Größe der Kontaktzone (13) beeinflussbar ist. Der Krümmungsradius (R_L) der Längskrümmung (14) kann im Bereich von wenigen Millimetern bis Zentimetern liegen. Er beträgt in dem gezeigten Beispiel etwa 2-3mm. Die Längskrümmung wird bevorzugt nach der Bildung eines
Kontaktwulstes (20) durch Materialwegnahme eingebracht und vor dem Aufbringen einer Beschichtung, insbesondere wenn geringe Krümmungsradien (R_L) erzeugt werden sollen. Hierdurch wird die Gefahr von Beschädigungen der
Beschichtung verringert. An dem in Figur 1 dargestellten Schleifkontaktkörper (1) sind drei Steggruppen (6, 7, 8) und zwei jeweils dazwischen angeordnete Einzelstege (2) angeordnet. Die in einer Steggruppe (6, 7, 8) enthaltenen Stege sind jeweils am distalen Ende (10) miteinander verbunden. Eine Verbindung kann jedoch auch an einer anderen Position zwischen den Stegen angeordnet sein. Bevorzugt ist zumindest eine Verbindungsstelle (12) am distalen Endbereich (11), d.h. zwischen der Kontaktzone (13) und dem distalen Ende (10) vorgesehen (vgl. Figur 2) . In dem in Figuren 1 bis 5 gezeigten Beispiel sind jeweils zwei oder drei benachbarte Stege miteinander durch eine oder mehrere Verbindungsstellen (12) mechanisch
gekoppelt. Alternativ oder zusätzlich kann eine
Verbindung zwischen zwei nicht benachbarten Stegen (2) vorgesehen sein, beispielsweise durch eine Brücke, die einen oder mehrere dazwischen liegende Stege übergreift. Es kann auch vorgesehen sein, dass in einer Reihe
nebeneinander angeordneter Stege (2) ein erster und ein dritter Steg durch eine Verbindungsstelle (12) mechanisch gekoppelt sind, während ein dazwischenliegender zweiter
Steg ein verkürztes distales Ende (10) aufweist und somit nicht an der Verbindung teilnimmt (vgl. Figur 8) . Mit anderen Worten kann eine Verbindungsstelle (12) zwischen zwei gekoppelten Stegen (2) einen oder mehrere dazwischen angeordnete Stege oder Steggruppen übergreifen. Bei geeigneter Ausbildung der Verbindungstellen (12) und/oder Verbindungsbrücken können so beliebige Stege (2)
miteinander verbunden und mechanisch gekoppelt werden.
Figur 3 zeigt ein Metallblech (16), in das eine Mehrzahl von Schleifkontaktkörpern (1) eingearbeitet ist. Die Schleifkontaktkörper (1) können bevorzugt durch
Materialwegnahme aus einem Metallblech (16) hergestellt und reihen- und/oder streifenförmig nebeneinander
und/oder übereinander angeordnet sein. Die Herstellung kann beispielsweise durch Stanzen, Laserschneiden, Ätzen oder ein vergleichbares Verfahren zur Materialwegnahme erfolgen. Um die in der Einleitung genannten geringen Abmessungen für die Stegbreite (B) von weniger als 0,1mm und den Stegabstand (D) von weniger als 0,1mm erreichen zu können, erfolgt die Herstellung bevorzugt durch
Laserschneiden und/oder Ätzen.
Figuren 4 und 5 zeigen zwei beispielhafte
Anordnungsprofile (17,18) für die Anordnung von
Steggruppen (6, 7, 8) und Einzelstegen (25) an einem Schleifkontaktkörper (1). Weitere Anordnungsprofile werden weiter unten erläutert.
Das in Figur 4 dargestellte Anordnungsprofil (17) weist insgesamt neun Stege (2) auf. Hiervon sind die drei linken Stege (2) zu einer Steggruppe (6) zusammengefasst . Der fünfte und sechste Steg sowie der achte und neunte
Steg sind zu zwei Steggruppen (7, 8) verbunden. Zwischen den Steggruppen (6, 7, 8) ist jeweils ein Einzelsteg (25) vorgesehen. Die Verbindungsstellen (12) sind hier am distalen Ende (10) der Stege angeordnet. Sie können alternativ oder zusätzlich in einem anderen Bereich zwischen dem distalen und dem dorsalen Ende (9, 10) der Stege (2) angeordnet sein. Die Anzahl und Anordnung der Verbindungsstellen (12) sowie die Anzahl der zu einer Steggruppe (6, 7, 8) zusammenzufassenden Stege (2) kann im Wesentlichen beliebig gewählt werden. Bei der Wahl des Anordnungsprofils können insbesondere herzustellende oder zu vermeidende Eigenfrequenzen berücksichtigt werden.
Das in Figur 4 dargestellte Anordnungsprofil (17) ist in Bezug auf die Schleifrichtung (A) asymmetrisch aufgebaut. Asymmetrische Anordnungen sind sinnvoll, wenn möglichst viele unterschiedliche Steggruppen (6, 7, 8) vorzusehen sind, um entsprechend viele Eigenfrequenzprofile zu erzeugen . Figur 5 zeigt beispielhaft ein alternatives
Anordnungsprofil (18) mit einer zur Schleifrichtung (A) mittensymmetrischen Ausbildung. Gerade bei hohen
Relativbewegungen zwischen dem Schleifkontaktkörper (1) und dem Gegenkontakt (15) kann eine symmetrische
Anordnung der Stege (2) und Steggruppen (6, 7, 8) vorteilhaft sein, um das Auftreten von quer zur
Schleifrichtung (A) gerichteten Reaktionskräften zu vermindern und somit die Spurtreue des
Schleifkontaktkörpers (1) zu optimieren. In Figur 6 ist ein Schleifkontaktkörper (1) in Analogie zu dem Beispiel von Figur 1 dargestellt, wobei hier auf den Stegen (2) Kontaktwulste (20) angeordnet sind. Auch hier sind einige Stege (2) zu Steggruppen (6,7,8) zusammengefasst . Figur 7 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Details VII aus Figur 6. Es ist ersichtlich, dass der Kontaktwulst (20) nur einen Teil der Breite (B) des Stegs (2) überdeckt. Das Verhältnis der Wulstbreite zur Stegbreite W/B ist bevorzugt gleich oder geringer 3/4 und
insbesondere etwa 1/2 bis 1/3. Hierdurch wird ein schmaler Kontaktwulst erreicht, der gute
Kontaktierungseigenschaften aufweist (siehe unten) und gleichzeitig wird ein deutlich breiterer Steg erhalten, der eine gute Seitenstabilität und homogene Federeigenschaften gewährleistet. Auf einem durch
Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulst gemäß Figuren 6 bis 12 kann zusätzlich ein durch Aufschweißen gebildeter Kontaktwulst angeordnet sein. Dessen Form kann beliebig gewählt sein, insbesondere in Form eines aufgeschweißten Stranges, einzelner mit Abstand zueinander und in einer Linie angeordneter Kontaktpunkte oder in Form von
einander überlappenden Kontaktpunkten (geschuppte
Anordnung) . Derartige Formgebungen sind beispielhaft in Figur 13 dargestellt und werden weiter unten erläutert.
Die Wulstbreite (W) ist also geringer als die Stegbreite (B) . Der Kontaktwulst (20) erstreckt sich im Wesentlichen in Schleifrichtung (A) , d.h. auch eine Anordnung von Kontaktpunkte in einer Linie erstreckt sich bevorzugt in der Schleifrichtung (A) . Ein Kontaktwulst (20, 20
20 ) , insbesondere ein durch Materialwegnahme gebildeter Kontaktwulst (20) kann die gesamte Länge eines Steges (2) überdecken oder nur im Bereich der Kontaktzone (13) bzw. einer Einzelkontaktstelle vorgesehen sein. An einem
Schleifkontaktkörper (1) können gleichzeitig Stege (2) mit und ohne Kontaktwulst (20) vorgesehen sein.
Figuren 8 und 9 zeigen zwei beispielhafte
Anordnungsprofile (18, 19) für einen Schleifkontaktkörper (1) mit einer Mehrzahl von Stegen (2) und jeweils darauf angeordneten Kontaktwulsten (20) . Bei dem in Figur 8 dargestellten Anordnungsprofil sind hauptsächlich
Einzelstege (25) vorgesehen, die nicht untereinander verbunden oder zu Steggruppen zusammengefasst sind, sowie eine Steggruppe (8), die einen dazwischen liegenden
Einzelsteg umgreift. Der dazwischen liegende Einzelsteg wird durch die benachbarten Stege der Steggruppe (8) gegen ein seitliches Ausknicken geschützt und bei starker elastischer Seitenauslenkung ggfs. seitlich geführt.
Alternativ könnte hier eine Verbindung durch eine Brücke vorgesehen sein (vgl. Beschreibung oben) .
Das in Figur 9 dargestellte Anordnungsprofil (18) entspricht im Wesentlichen dem mittensymmetrischen
Anordnungsprofil (18) aus Figur 5, wobei hier jedoch auf jedem Steg (2) ein Kontaktwulst (20) aufgesetzt ist, der durch Materialwegnahme gebildet ist.
Figuren 10 bis 12 zeigen Querschnittsdarstellungen eines Stegs (2) . Der Steg (2) hat eine Stegbreite (B) und eine Stegdicke (H) . Die Stegdicke (H) kann bevorzugt der Dicke eines Blechs (16) entsprechen, aus dem die Stege (2) gefertigt sind. Die Stegdicke (H) kann in Abhängigkeit von den zu erreichenden Federeigenschaften gewählt werden und liegt bevorzugt im Bereich kleiner 0,5mm,
insbesondere kleiner 0,1mm.
Wie in Figur 10 ersichtlich ist, kann der Kontaktwulst (20) bevorzugt durch Materialwegnahme aus einem im
Querschnitt rechteckigen Steg gebildet werden. Mit anderen Worten kann der Kontaktwulst (20) aus einem
Restmaterial bestehen, das auf einer Außenseite eines Steges (2) verbleibt, nachdem die Stegkanten (22, 23) entfernt wurden. Das Entfernen der Stegkanten (22, 23) kann in beliebiger Weise erfolgen. Um die vorgenannten sehr geringen Abmessungen (B, D, W) zu erreichen und insbesondere eine Wulstbreite (W) zu erzeugen, die nochmals deutlich geringer ist als die Stegbereite (B) , kann eine Entfernung der Stegkanten (22, 23) bevorzugt durch Ätzen oder Laserschneiden erfolgen.
Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für einen
Schleifkontaktkorper (1) gemäß der vorliegenden
Offenbarung aus einem Metallblech (16) umfasst die folgenden Schritte: Auftragen eines ersten Schutzlackes auf das Metallblech (16) in einem Muster, wobei der erste Lack die Bereiche des Trägers (3), ggfs. des
Befestigungsabschnittes (4), der Verbindungsstellen (12) und der Kontaktwulste (20) überdeckt, und wobei der erste Schutzlack einem Ätzmittel vollständig standhält;
Auftragen eines zweiten Schutzlackes auf das Metallblech (16) in einem Muster, wobei der zweite Lack die Bereiche der Stegkanten (22, 23) neben dem Kontaktwulst (20) überdeckt, und wobei der zweite Schutzlack einem
Ätzmittel nur kurzzeitig oder beschränkt standhält;
Aufbringen einer Ätzflüssigkeit auf das lackierte
Metallblech (16) für eine solche Zeitdauer, dass die Materialbereiche des Blechs (16) zwischen den Stegen (2) vollständig, an den Stegkanten (22, 23) aber nur
teilweise entfernt werden. Durch ein solches
Herstellungsverfahren kann ein Schleifkontaktkorper (1) gemäß Figuren 6 bis 10 hergestellt werden. Es kann zusätzlich vorgesehen sein, zumindest im Bereich der Kontaktzone (13) bzw. einer oder mehrere
Einzelkontaktstellen eine Beschichtung aufzubringen.
Alternativ kann das Herstellungsverfahren auf einem beschichteten Blech ausgeführt werden.
Beim Wegätzen der Stegkanten (22, 23) kann das Ätzmittel auch den Randbereich des Kontaktwulstes (20) unter dem ersten Schutzlack entfernen, sodass es zu der Ausbildung der Querrundung mit dem mittleren Rundungsdurchmesser (Q_R) kommt. Die Verfahrensparameter sind bevorzugt so gewählt, dass der Rundungsdurchmesser (Q_R) geringer als 0,1mm, insbesondere geringer als 0,5mm ist.
Der erste Schutzlack kann in Form eines Punktemusters bzw. einer in einer Reihe angeordneter Punkte aufgetragen sein und der zweite Schutzlack kann in Form eines die Punkte umgebenden Rahmens aufgetragen sein, welcher die gewünschte Breite eines Stegs (2) aufweist. In einem solchen Fall können im Bereich der Punkte aus dem ersten Schutzlack Materialbereiche stehen bleiben, die einen Kontaktwulst in Form von Kontaktpunkten bilden (vgl.
Figuren 13 und 15) , während im Bereich der Überdeckung durch den zweiten Schutzlack breitere Bereiche des Steges (2) verbleiben.
Als Grundmaterial für die Stege (2) kann bevorzugt ein Federstahl verwendet werden, insbesondere einer der oben genannten Werkstoffe. Dieser kann mit einer hoch
leitfähigen Materialschicht vorbeschichtet sein.
Alternativ oder zusätzlich kann auf das Grundmaterial vor oder nach dem Ausschneiden oder Ausätzen der Grundform für den Schleifkontaktkörper (1) eine (zusätzliche) Beschichtung (24) aufgebracht werden. Eine Beschichtung (24) kann beispielsweise die Reibungseigenschaften verbessern und/oder den Kontaktwiderstand verringern. Für die Beschichtungen kommen insbesondere Nickel- und
Kupferbeschichtungen oder andere Edelmetallbeschichtungen in Betracht. Je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck und/oder den elektrischen Anforderungen kann auch auf eine Beschichtung verzichtet werden. Für das
Grundmaterial können auch Feder-Edelstähle verwendet werden, die eine höhere Korrosionsbeständigkeit und/oder eine höhere Randhärte aufweisen. Eine Beschichtung wird besonders bevorzugt durch Galvanisieren aufgebracht, wobei üblicher Weise Schichtdicken von etwa 0,03mm erreichbar sind. Bevorzugt werden größere Schichtdicken erzeugt .
Figur 11 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Stegs (2) an dem zuerst eine Kontaktwulst (20) gebildet und nachfolgend eine Beschichtung (24) aufgebracht ist. Diese Form der Herstellung hat den Vorteil, dass die Beschichtung (24) auch die von der Kontaktfläche
wegweisenden Flanken des Kontaktwulsts (20) bedeckt, wodurch ggfs. eine verbesserte Haftung erreichbar ist.
Das Aufbringen einer (zusätzlichen) Beschichtung (24) nach der Erzeugung eines Kontaktwulstes (20) hat auch positive Auswirkungen auf die Lebensdauer bzw.
Verschleißfestigkeit der Schleifkontaktkorpers , was nachfolgend erläutert wird. Figur 12 zeigt beispielhaft einen Querschnitt eines Stegs (2) mit Kontaktwulst (20) und einer Beschichtung (24) nach einer längeren
Schleifbeanspruchung .
Durch den schleifenden Kontakt wird zunächst die
Beschichtung (24) im Bereich der Stirnfläche des
Kontaktwulsts (20) abgerieben. Anschließend kommt das stirnseitige Grundmaterial des Kontaktwulstes (20) zur schleifenden Anlage mit dem Gegenkontakt (15) . Die an den schräg oder senkrecht zur Schleifebene angeordneten Flanken des Kontaktwulsts (20) aufgebrachten
Beschichtungsteile (24) bleiben hierbei weitgehend erhalten und können weiterhin eine den elektrischen
Kontakt oder das Schleif erhalten verbessernde Wirkung erzeugen. Hierdurch wird insbesondere vermieden, dass sich der Durchgangswiderstand sprunghaft verschlechtert, wenn die Beschichtung (24) im Stirnbereich versagt bzw. abgeschliffen ist. Dies führt zu einer Verlängerung der Lebensdauer und/oder zu der Möglichkeit, dünnere
Schichtdicken für die Beschichtung (24) vorzusehen und somit die Kosten zu senken. Wenn der Kontaktwulst in Form eines oder mehrerer Kontaktpunkte (26) ausgebildet ist (siehe oben) , weist er im Wesentlichen vier schräge
Flanken auf (zwei parallel zur Schleifrichtung und zwei quer zur Schleifrichtung (A) ) . Demzufolge bleiben nach dem Abschleifen der Stirnfläche mehr bzw. im Querschnitt größere Materialbereiche der Beschichtung (24) erhalten, sodass das Kontaktierungsverhalten noch weiter verbessert wird . Figur 13 zeigt ein Anordnungsprofil für einen
Schleifkontaktkörper (1) mit zwei randseitigen
Steggruppen (6, 8), zwischen denen mehrere Einzelstege (25) vorgesehen sind. Die randseitigen Steggruppen (6, 8) weisen gegenüber den Einzelstegen (25) eine erhöhte
Seitenstabilität auf. Dies hat Vorteile im Betrieb des Schleifkontaktkörpers (2) und insbesondere während der Montage. Beim Handhaben, Lagern, Transportieren und/oder Installieren von Schleifkontaktkörpern werden am
häufigsten bzw. am leichtesten die randseitigen
Einzelstege (25) abgeknickt. Das Vorsehen von
randseitigen Steggruppen (6, 8) erhöht die Widerstandsfähigkeit des Schleifkontaktkörpers (2), selbst keine besonderen Anforderungen in Hinblick auf die Frequenzeigenschaften bestehen.
An dem Schleifkontaktkörper (2) gemäß Figur 13 sind verschiedene vorteilhafte Ausbildungen für einen durch Mikro-Laseradditionsschweißen erzeugten Kontaktwulst (20 2 0 ) exemplarisch gezeigt. An den beiden linken Stegen der Steggruppe (6) sind aufgeschweißte
Kontaktwulste (20 x) mit Strangform gezeigt. Derartige Stränge können durch ein kontinuierliches Auftragen des hoch leitfähigen Materials während einer Relativbewegung zwischen Schweißapplikator und Steg erzeugt werden.
An den beiden rechten Stegen der Steggruppe (8) sind Kontaktwulste ( 2 0 ) gezeigt, die durch eine geschuppte Anordnung von einzelnen aufgeschweißten Kontaktpunkten
(26) gebildet sind. Ein solcher Kontaktwulst ( 2 0 ) kann durch intermittierendes Auftragen des hoch leitfähigen Materials während einer Relativbewegung zwischen
Schweißapplikator und Steg erzeugt werden. Die von links gezählt an Positionen drei, vier, sechs und sieben dargestellten Einzelstege in Figur 13 zeigen jeweils einen Kontaktwulst (20 x ) der durch mehrere mit Abstand zueinander gesetzte aufgeschweißte Kontaktpunkte (26) gebildet ist. Durch eine verhältnismäßig großräumige Beabstandung der Kontaktpunkte (26) wird eine besonders geringe Veränderung der Eigenschaften des Grundmaterials des Stegs (2) erreicht. Ferner lässt sich der Steg (2) auf nach dem Aufschweißen der Kontaktpunkte (26) noch gut mechanisch verformen, insbesondere zur Erzeugung einer Längskrümmung (vgl. Figuren 1, 6 und 7), ohne dass beim Biegen oder Walzen des Steges die Schweißverbindung oder innere Struktur des Kontaktwulstes (20 ) beeinträchtigt wird. Die geschuppte Anordnung der Kontaktpunkte gemäß Darstellung auf den rechten Stegen der Steggruppe (8) bildet ggfs. eine Kompromisslösung zwischen einerseits großer Kontaktfläche und andererseits guter
Verformbarkeit des Stegs bzw. Minimierung der
Eigenschaftsveränderungen des Grundmaterials. Figur 14 zeigt einen Querschnitt eines Stegs (2), insbesondere eines Mikrostegs, der bspw. durch Ätzen oder Laserschneiden aus einem Metallblech erzeugt ist und einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit einer flachen Oberfläche aufweist. Die Stegkanten (22, 23) können ggfs. infolge des Ätz- oder Laserschneidprozesses abgerundet sein (siehe Erläuterung oben) . Der hier gezeigte Steg (2) weist jedoch keinen durch
Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulst (20) auf.
Stattdessen ist ein Kontaktwulst (20 x ) ausschließlich durch Aufschweißen eines Kontaktpunktes (26) gebildet. Das Mikro-Laserauftragsschweißen erfolgt bevorzugt derart, dass ein Laserstrahl auf die Oberseite des Stegs (2) gerichtet wird, der das Grundmaterial aufschweißt. Ein hoch leitfähiges Material wird durch den
Schweißapplikator in Pulverform auf den aufgeschweißten Bereich gesprüht. Die Pulverpartikel werden durch den Laserstrahl aufgeschmolzen, wobei sich die ersten
zugeführten Partikel mit dem aufgeschweißten
Grundmaterial des Steges (2) vermischen. Durch das weitere Zuführen und Aufschmelzen von Pulvermaterial nimmt die Vermischung schnell ab, sodass die weiter außen liegenden Materialbereiche des Kontaktpunktes (26) im Wesentlichen aus dem Reinmaterial des Zusatzstoffes bestehen. Die Dosierung der durch den Laser zugeführten Strahlungsenergie kann nach dem ersten Aufschmelzen des Grundmaterials reduziert werden, sodass die
Strahlungsenergie im Wesentlichen nur noch das
Aufschmelzen des pro Zeiteinheit zugeführten Pulvers bewirkt. Hierdurch wird erreicht, dass sich die
Schmelzzone verstärkt nach außen ausbildet und im
Querschnitt verjüngt, sodass die Bildung einer Halbkugel¬ oder Linsenform begünstigt wird. Ferner ist durch die Wahl der Strahlungsenergie und die pro Zeiteinheit zugeführte Pulvermenge die Ausbildung des Radius Q_R der Querrundung in Grenzen beeinflussbar. Bevorzugt wird zum Ende des Schweißprozesses zunächst die Zuführung des Pulvers beendet oder stark reduziert und anschließend der (ggfs. in der Strahlungsdosis
reduzierte) Laserstrahl abgeschaltet. Hierdurch wird die Ausbildung einer balligen Rundung des Kontaktpunktes (26) während des Erstarrens begünstigt und die Ausbildung von Spitzen oder Kanten wird vermieden. Ferner wird die
Homogenität während der Rekristallisation begünstigt, was inneren Spannungen und der Bildung von Korngrenzen im Gefüge entgegenwirkt. Der in Figur 13 an mittlerer Position gezeigte Einzelsteg (25) weist einen ersten durch Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulst (20) auf, auf welchen zusätzlich ein
Kontaktwulst (20 ) in Form einer Reihe von
Kontaktpunkten (26) aufgeschweißt ist. Figur 16 zeigt eine zugehörige Querschnittsdarstellung. Eine derartige Überlagerung von Kontaktwulsten (20, 20 ) erfordert zwar eine besonders hohe Genauigkeit bei der Positionierung der Kontaktpunkte (26), vereint aber andererseits die oben genannten Vorteile. Sowohl der durch
Materialwegnahme gebildete Kontaktwulst (20) mit
strangartiger Erstreckung als auch die aufgeschweißten Kontaktpunkte (26) gewähren eine gute Verformbarkeit und Beibehaltung der Federeigenschaften des Stegs (2) . Ferner kann im Betrieb die freie Höhe (H_F) zwischen dem
Gegenkontakt und den seitlich über den Kontaktwulst (20, 20 ) überstehenden Bereichen des Stegs (2) vergrößert werden. Somit wird mehr Freiraum für das Anlagern von Verschmutzungen oder Abriebpartikeln auf dem Gegenkontakt oder dem Schleifkontaktkörper geschaffen, was die
Anfälligkeit gegen einen verschmut zungsbedingen Ausfall reduz iert .
Figur 15 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Schleifkontaktkörpers (1), der ausschließlich Einzelstege (25) mit durch Mikro-Auftragsschweißen erzeugten
Kontaktwülsten (20 ) , insbesondere in Form von
Kontaktpunkten (26) aufweist. Alternativ können die
Kontaktpunkte (26) durch selektive Materialwegnahme mit einem Ätzverfahren (siehe oben) erzeugt und nachfolgend beschichtet sein. Ein erfindungsgemäßer Schleifkontaktkörper (1) kann bevorzugt in einer Übertragungsvorrichtung zum Übertragen elektrischer Ströme angeordnet sein. Eine solche
Übertragungsvorrichtung kann insbesondere für die
Übertragung hoher Leistungsströme - beispielsweise bei den vorgenannten Windkraftanlagen - oder für die präzise Übertragung von Signalströmen - beispielsweise bei
Messgeräten - vorgesehen sein. Sie kann insbesondere als Bürstenblock mit einer Vielzahl von Schleifkontaktkörpern (1) ausgebildet sein, wobei die Schleifkontaktkörper (1) derart angeordnet sind, dass ihre Kontaktzonen (13) auf einer kreisförmigen Hüllkurve liegen. Mit solchen
Bürstenblöcken können rotationssymmetrische Gegenkontakte mit einer Vielzahl von elektrisch parallel geschalteten Schleifkontaktkörpern in Anlage gebracht werden, um auf minimalem Raum sehr hohe Leistungen zu übertragen.
Alternativ können die Schleifkontaktkörper (1) in
beliebigen anderen Formen von Übertragungsvorrichtungen verwendet werden.
Die Erfindung ist in verschiedener Weise abwandelbar und erweiterbar. Insbesondere können die beschriebenen und/oder gezeigten Merkmale der Erfindung in beliebiger Weise miteinander kombiniert, vertauscht, erweitert oder weggelassen werden.
An einem Schleifkontaktkörper (1) könne mehrere Stege (2) in der Schleifrichtung (A) hintereinander oder zueinander versetzt angeordnet werden, wobei mehrere Kontaktzonen (13) vorgesehen sein können. Es ist ferner eine
schuppenartige Anordnung der Stege möglich. An einem Steg können mehrere Kontaktwulste (20) vorgesehen sein. Ein oder mehrere Kontaktwulste (20) können auf einem Steg (2) außermittig, insbesondere im Bereich einer Stegkante (22,23) angeordnet sein.
Die Stegbreite (B) und/oder die Wulstbreite (W) und/oder die Steglänge zwischen dorsalem und distalem Ende können innerhalb der Stege (2) bzw. innerhalb der Steggruppen an einem Schleifkontaktkörper (1) einheitlich oder
unterschiedlich gewählt sein. Einheitliche Wulstbreiten
(W) und Steglängen haben Vorteile in Bezug auf die
Herstellung und Handhabung. Durch das Vorsehen
unterschiedlicher Stegbreiten (B) und/oder Wulstbreiten
(W) kann andererseits eine Beeinflussung des
Frequenzverhaltens erfolgen.
Ein oder mehrere Kontaktpunkte (26) können auch auf den schrägen Flanken eines durch Materialwegnahme erzeugten Kontaktwulstes (20) aufgeschweißt sein.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifkontaktkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung kann in beliebiger
Reihenfolge und Kombination die folgenden Schritte umfassen:
- Bereitstellen eines Schleifkontaktkörpers gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch Materialwegnahme aus einem Metallblech, insbesondere durch Ätzen und/oder Laserschneiden; - Erzeugen eines oder mehrerer Kontaktwulste (20) durch Materialwegnahme an einem Steg (2), insbesondere durch Wegätzen oder Laserschneiden;
- Erzeugen eines oder mehrere Kontaktwulste (20) durch Mikro-Laserauftragschweißen an einem Steg (2),
insbesondere durch Zuführung eines hoch leitfähigen
Zusatzstoffes und ggfs. unter Veränderung der
Strahlungsdosis und/oder zugeführten Menge an Zusatzstoff pro Zeiteinheit, wobei der Zusatzstoff bevorzugt in eines Pulvers über eine Düse am Schweißapplikator zugeführt wird.
- Aufbringen einer Beschichtung auf einen durch Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulst (20), insbesondere durch galvanisches Abscheiden von ein mehreren Schichten.
BEZUGSZEICHENLISTE
Schleifkontaktkörper
Kontaktsteg
Träger
Befestigungsabschnitt
flexibler Stützbereich
Steggruppe / Kontaktgruppe
Steggruppe / Kontaktgruppe
Steggruppe / Kontaktgruppe
Dorsales Ende
Distales Ende
Distaler Bereich
Verbindung
Kontakt zone
Längskrümmung
Gegenkontakt / Schleifring / Schleifbahn Blech
Anordnungsprofil asymmetrisch
Anordnungsprofil symmetrisch
Anordnungsprofil ohne Steggruppen
Kontaktwulst
Kontaktwulst (aufgeschweißt als Strang)
Kontaktwulst (aufgeschweißt als Punktreihe]
Querrundung
Stegkante
Stegkante
Beschichtung
Einzelsteg
Kontaktpunkt / Halbkugel- oder Linsenform A Schleifrichtung / Relativbewegung
B Stegbreite
D Stegabstand
D_ _K Durchmesser Kontaktpunkt
H Stegdicke / Blechdicke
H_ _F Freie Höhe
R_ _L Krümmungsradius d. Längskrümmung
R_ _Q Krümmungsradius d. Querkrümmung
W Wulstbreite

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Schleifkontaktkorper zum Ubertragen elektrischer Ströme auf einen Gegenkontakt (15), wobei der
Schleifkontaktkorper (1) einen Träger (3) und eine Mehrzahl von gleichzeitig an dem Gegenkontakt federnd anlegbaren Stegen (2) aufweist, die an ihrem dorsalen Ende (9) mit dem Träger (3) verbunden sind, und wobei die Stege (2) im Bereich einer zwischen dem dorsalen Ende (9) und dem distalen Ende (10) vorgesehenen Kontaktzone (13) zueinander beabstandet sind und ein oder mehrere Stege (2) im Bereich der Kontaktzone (10) einen Kontaktwulst (20) aufweisen, dadurch gekenn z e i chnet , dass ein Kontaktwulst (20) durch Materialwegnahme aus einem im Querschnitt rechteckigen Steg gebildet ist und eine nach der Erzeugung eines Kontaktwulstes (20) aufgebrachte Beschichtung (24) aufweist oder dass ein
Kontaktwulst (20 20 ) durch Auftragen eines leitfähigen Kontaktstoffs per Mikro- Laserauftragsschweißen erzeugt ist.
Schleifkontaktkorper nach Anspruch 1, dadurch gekenn z e i chnet , dass zumindest zwei Stege (2) im Bereich zwischen dem dorsalen Ende (9) und dem distalen Ende (10) zur Bildung einer Steggruppe (6, 7, 8) starr miteinander verbunden sind.
Schleifkontaktkorper nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekenn z e i chnet , dass ein oder mehrere oder alle Stege (2) als Mikrostege mit einer Stegbreite von 0,25mm oder weniger ausgebildet sind. Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass die Beschichtung (24) oder der aufgetragene Kontaktstoff ein Edelmetall, insbesondere eine Goldlegierung ist.
Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass der aufgetragene Kontaktstoff eine AuCo- Hartgoldlegierung ist.
Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass der aufgetragene Kontaktstoff eine Wulsthöhe von mehr als 0,03 mm und weniger als 0,15mm, insbesondere zwischen 0,05mm und 0,12 mm hat.
Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass der aufgetragene Kontaktstoff eine Wulstbreite von mehr als 0,03 mm und weniger als 0,15mm hat, insbesondere zwischen 0,05mm und 0,1 mm.
Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass ein Kontaktwulst (20, 20 20 ) durch eine Kette von zwei oder mehr in einer Reihe angeordneten
Kontaktpunkten (26) gebildet ist.
9. ) Schleifkontaktkörper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Kontaktpunkt (26) durch Materialwegnahme gebildet ist, insbesondere durch partielles Wegätzen von Oberflächenbereichen eines Steges.
10. ) Schleifkontaktkörper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Kontaktpunkt (26) aufgeschweißt ist und insbesondere aus einer AuCo Hartgoldlegierung gebildet ist. 11.) Schleifkontaktkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Beschichtung (24) mindestens eine Flanke eines durch Materialwegnahme gebildeten Kontaktwulstes (20) oder Kontaktpunktes (26) bedeckt. 12.) Schleifkontaktkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Kontaktwulst (20) aus einem Restmaterial gebildet ist, das auf einer Außenseite eines Steges (2) nach ätzendem Entfernen der Stegkanten (22,23) verbleibt. 13.) Schleifkontaktkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein Kontaktwulst (20) aus einem Restmaterial besteht, das auf einer Außenseite eines Steges (2) nach
Entfernen der Stegkanten (22,23) mit Laserschneiden verbleibt.
14. ) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass die Breite (W) eines Kontaktwulstes geringer als die Breite (B) eines Steges (2) ist, insbesondere in einem Verhältnis W/B von 3/4 oder weniger.
15. ) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass die Breite (B) eines Stegs (2) gleich oder kleiner als 0,1mm ist, insbesondere zwischen 0,05mm und 0,08mm. 16.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass der Abstand (D) zwischen zwei Stegen (2) gleich oder kleiner als 0,1mm, insbesondere zwischen 0,05mm und 0 , 1mm ist . 17.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass ein Kontaktwulst (20, 20 20 ) einen mittleren
Krümmungsradius (R_Q) von gleich oder weniger als 0, 05mm hat . 18.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass ein Kontaktwulst (20) bezogen auf die Schleifrichtung eine Querrundung aufweist.
19.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn z e i chnet , dass an bzw. auf einem Steg (2) mehrere Kontaktwulste (20) angeordnet sind. Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Schleifkontaktkorper (1) eine Mehrzahl von
Steggruppen (6, 7, 8) aufweist. 21.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Schleifkontaktkorper (1) mindestens einen Einzelsteg (25) aufweist.
22. ) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Schleifkontaktkorper (1) mindestens zwei Steggruppen (6, 7, 8) mit unterschiedlichen Anzahlen von
verbundenen Stegen (2) aufweist.
23. ) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zwei Stege (2) durch mehrere Verbindungsstellen (12) verbunden sind.
24.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass zwei benachbarte Stege (2) verbunden sind.
25.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass eine Verbindungsstelle zwei Stege (2) unter Auslassung eines oder mehrerer dazwischen liegender Stege verbindet .
26.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass ein asymmetrisches Anordnungsprofil (17) für die
Steggruppen (6, 7, 8) und/oder Einzelstege (25) vorgesehen ist.
27.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Stege (2) und Steggruppen (6, 7, 8) im Bereich der Kontaktzone (13) mittensymmetrisch zur
Schleifrichtung (A) angeordnet sind.
28.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der Schleifkontaktkorper (1) aus einem Federstahl, insbesondere einem Edel-Federstahl besteht. 29.) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Stege (2) und der Träger (3) aus einem einzelnen Metallblech (16) gefertigt sind.
30. ) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass der
Schleifkontaktkorper aus einem vorbeschichteten Metallblech (16) gefertigt ist.
31. ) Schleifkontaktkorper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Stegbreiten (B) der Stege (2) eines Kontaktkörpers
(1) unterschiedlich gewählt sind, insbesondere zur Einstellung unterschiedlicher Eigenfrequenzen.
32. ) Schleifkontaktkörper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Grundmaterial des Schleifkontaktkörpers eine Kobalt- Nickel-Eisen Legierung ist mit etwa 17 Gew% Kobalt, 28 Gew% Nickel.
33. ) Schleifkontaktkörper nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass das Grundmaterial des Schleifkontaktkörpers eine CuBe2 Beryllium Kupfer Legierung ist. 34.) Übertragungsvorrichtung zum Übertragen elektrischer Ströme zwischen zwei relativ bewegten
Kontaktpartnern (1, 15) über eine schleifende
Kontaktierung, dadurch gekennzeichnet , dass die Übertragungsvorrichtung zumindest einen
Schleifkontaktkörper (1) nach einem der
vorhergehenden Ansprüche aufweist.
35. ) Übertragungsvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet , dass die
Übertragungsvorrichtung als Bürstenblock mit einer Vielzahl Schleifkontaktkörpern (1) ausgebildet ist, wobei die Schleifkontaktkörper (1) derart angeordnet sind, dass ihre Kontaktzonen (13) auf einer
kreisringförmigen Hüllkurve liegen.
36. ) Verfahren zur Herstellung eines
Schleifkontaktkörpers (1) nach dem Oberbegriff von
Anspruch 1 aus einem Metallblech (16), umfassend die folgenden Schritte: Bereitstellung des Schleifkontaktkörpers (2) durch Materialwegnahme aus einem Metallblech, insbesondere durch Laserschneiden oder Ätzen;
Erzeugen eines Kontaktwulstes (20, 20 20 ) an einem Steg (2) durch Materialwegnahme oder
Mikro-Laserauftragschweißen . Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Auftragen eines ersten Schutzlackes auf das Metallblech (16) in einem Muster, wobei der erste Lack Bereiche des Trägers (3), ggfs. des Befestigungsabschnittes (4), der
Verbindungsstellen (12) und der Kontaktwulste (20) überdeckt, und wobei der erste Schutzlack einem Ätzmittel vollständig standhält;
Auftragen eines zweiten Schutzlackes auf das Metallblech (16) in einem Muster, wobei der zweite Lack die Bereiche der Stegkanten (22,23) neben einem Kontaktwulst (20) bzw. zwischen zur Bildung des Kontaktwulstes (29) vorgesehenen Kontaktpunkten (26) überdeckt, und wobei der zweite Schutzlack einem Ätzmittel nur
kurzzeitig oder beschränkt standhält; Aufbringen einer Ätzflüssigkeit auf das
lackierte Metallblech (16) für eine solche Zeitdauer, dass die Materialbereiche des Blechs (16) zwischen den Stegen (2) vollständig, an den Stegkanten (22,23) und ggfs. zwischen den
Kontaktpunkten (26) aber nur teilweise entfernt werden .
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