KR20220068936A

KR20220068936A - 고도의 동적 적용분야를 위한 접촉 링

Info

Publication number: KR20220068936A
Application number: KR1020210158763A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 부르가르트; 요헨 페르티그; 스테판 마사크; 후베르트 폴록; 케빈 슈어; 이반 이바노프
Original assignee: 티이 커넥티버티 저머니 게엠베하
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-11-17
Publication date: 2022-05-26
Also published as: DE102020130634A1; US20220158398A1; CN114552257A; JP2022081444A; JP7206357B2; EP4002594A1; US11677202B2

Abstract

본 발명은 적어도 제1 및 제2 전기 전도성 접촉 요소(1, 2)를 연결하기 위한 접촉 링(10, 100) 형태의 압축 스프링 접촉부에 관한 것으로, 접촉 링(10, 100)은, 전기 전도성 재료를 포함하는 원형 링 구조 또는 그와 위상적으로 동등한 구조를 포함하고, 이 구조는 적어도 일 측면에 복수의 돌출부들(104, 1004) 및 적어도 일 측면에 복수의 블레이드들(18, 108)을 갖는다. 돌출부들(104, 1004) 및 블레이드들(18, 108)은 접촉 요소(1, 2)의 전기 전도성 재료와 접촉하고 그들 사이에 전기 전도성 연결을 형성하도록 배열되며, 돌출부들(104, 1004) 및 블레이드들(18, 108)은 접촉 요소의 전기 절연 표면층들을 관통한다.

Description

고도의 동적 적용분야를 위한 접촉 링 {CONTACT RING FOR HIGHLY DYNAMIC APPLICATIONS}

본 발명은 전기 전도성 방식으로 접촉 요소들을 연결하는 접촉 링에 관한 것이다.

접촉 링들은 전기 전도성 재료들로 제조된 압축 스프링 접촉부들 형태로 공지되어 있으므로 접촉 요소들 사이에 전기 전도성 연결들을 설정할 수 있다. 이러한 접촉 링들은 전형적으로 평탄하며 예를 들어, 접촉 요소들의 표면들에 교대로 접촉하도록 파형상을 갖는다.

도 1a 및 도 1b는 연결 부재가 없는 2개의 접촉 요소들(도 1a) 그리고 연결 부재가 있는 2개의 접촉 요소들(도 1b)의 통상적인 배열체를 예시한다. 도 1b의 연결 부재는 종래 기술로부터 공지된 전형적인 접촉 링이다. 접촉 링은 평탄하고 파형상이며 그리고 전형적으로 스프링 강으로 제조되는데, 스프링 강은 기계적 특성은 좋지만 전열 특성(electrothermal properties)은 좋지 않으며 이는 또한 두꺼운 은 도금으로도 거의 보상될 수 없다. 공지된 접촉 링의 접촉 섹션들은 또한 전형적인 접촉력들로 산화 알루미늄과 같은 전기 절연 표면층들을 신뢰가능하게 관통할 수 없다. 이들은 또한 부식되기 쉽다.

그러나, 표면은 천연 산화물들과 같은 전기 절연 층들로 제조되지만 전기 전도성 재료들을 포함하는 접촉 요소들은, 도 1b에 도시된 접촉 링에 의해 적절한 전기 전도성 방식으로 연결될 수 없다.

이 문제는 도 1c에 도시된 접촉 링에 의해 해결된다. 그러한 접촉 링은, 전기 전도성 재료, 예컨대 은-도금된 구리 합금의 스트립을 폐쇄함으로써 형성되어, 폐쇄된 링-형상 구조를 형성한다. 스트립은 적어도 하나의 길이 방향 측면에 돌출부들을 포함한다. 돌출부들은 팁들 또는 날카로운 에지들을 가지며, 이들은 접촉 요소들의 전기 절연 표면 층들을 관통하며 이에 의해 접촉 요소들의 전기 전도성 코어들 사이에 전기 전도성 연결을 설정한다.

그러나, 접촉 요소들 사이의 도 1c에 따른 접촉 링의 우세한 탄성 장착으로 인해, 이러한 접촉 링의 내진동성(vibration resistance)이 제한된다. 이는, 진동들의 전체 하중이 돌출부들을 통해 전달되기 때문이다. 따라서, 돌출부들 또는 다른 가요성 구조들이 영구적으로 높은 동적 하중들을 견딜 수 있는 방식으로 이들을 형상화 및 치수화하는 것은 매우 어렵다. 따라서, 양호한 전열 특성들과 증가된 내진동성을 결합한 접촉 피스가 요구된다.

이 문제는 독립항들의 청구 대상에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에 제시되어 있다.

전기 전도성 코어 및 전기 절연 표면 층을 갖는 접촉 요소들을 연결하기 위해, 본 발명은 전기 전도성 재료로 제조되고 각기 접촉 요소들의 전기 절연 표면 층들을 관통하는 접촉 부재를 사용하는 ― 여기서 접촉 피스의 우세한 항복 베어링이 회피됨 ― 아이디어에 기초한다.

본 발명에 따른 접촉 부재는 링 형상 또는 링 형상 디스크를 가지며, 본 출원에서 "링" 및 "링 형상 디스크"라는 용어는 원형 링 구조들뿐만 아니라 원형 링 구조들과 위상적으로 동등한(topologically equivalent) 구조들을 지칭한다. 보다 양호한 이해를 보장하기 위해, 다음에서 "링"이라는 용어만 추가 설명없이 사용될 것이다. 도면들은 원형 링 구조들과 위상적으로 동등한 구조들이 또한 포함되지만 예로써 원형 링 구조들을 도시한다.

접촉 부재의 링 형상은 특히 원통형 접촉 요소들을 상응하는 기부 영역과 효율적으로 연결할 수 있게 하는데, 이는 기부 영역이 제한된 링 형상 설치 공간에서 사용하기에 적절한 아키텍쳐를 갖기 때문이다. 이는 전기 전도성 재료, 예컨대 은-도금된 구리 합금으로 제조된 디스크로부터, 동심원의 더 작은 디스크 및 반경 방향의 요소가 제거되어, 슬롯을 갖는 평탄한 링이 형성된다는 점에서 생성된다. 은-도금된 구리 합금의 사용은 기계적 특성과 전열 특성 사이의 양호한 절충을 나타내기 때문에 유리하다.

접촉 링은 내측방 및 외측방을 향하는 측면들 중 적어도 하나의 측면들 상에 돌출부들을 포함한다. 돌출부들은 링 평면 밖으로 구부러지고 그리고 팁들 또는 날카로운 가장자리들을 가지며, 이들은 접촉 요소들의 전기 절연 표면 층들을 관통하며 이에 의해 접촉 요소들의 전기 전도성 코어들 사이에 전기 전도성 연결을 설정한다. 돌출부들은 (도 1c에서와 같이) 반경 방향으로 또는 (도 2에서와 같이) 접선 방향으로 배향될 수 있다.

부가하여, 접촉 링은 블레이드들(blades)을 포함하며, 블레이드들은 링의 평면 밖으로 구부러지고, 팁들 또는 날카로운 에지들을 갖고, 따라서 접촉 요소들의 대향 표면들을 관통한다. 블레이드들은 돌출부들 사이에서 균등하게 이격된다. 결과적으로, 블레이드들은 최종 배열 상태에서 접촉 링 및 접촉 요소들의 타이트한 압입(tight press fit)을 가능하게 한다. 돌출부들은 주로 굽힘(bending)에 대해 응력을 받지만, 블레이드들은 주로 좌굴(buckling)에 대해 응력을 받는다. 따라서, 돌출부들은 제어된 방식으로 변형되고, 블레이드들은 약간 변형된다. 돌출부들만이 구비된 링-형상 디스크는 길이 방향으로 탄성이 있을 것이다. 다른 한편으로, 본 발명에 따른 링-형상 디스크는 블레이드들에 의해 길이 방향으로 강화된다(stiffened). 따라서, 돌출부들은 블레이드들에 의해 진동이 완화되고, 그에 따라, 접촉 링은 더 높은 전체 내진동성(vibration resistance)을 갖는다.

많은 수의 짧은 돌출부들을 사용함으로써, 본 발명에 따른 접촉 링은 다중 접촉 물리학의 장점들로부터 이익을 얻고 유리한 전열 특성들을 갖는다. 돌출부들 각각은 전기 전도성 접촉부를 설정하고, 이에 의해 접촉 요소들 사이에 복수의 전기 전도성 연결들이 생성되며, 이는 많은 짧은 전류 흐름들 및 중복 접촉으로 이어진다. 부가적인 블레이드들은 이 효과를 더 증가시킨다.

접촉 요소들과 닿기하기 위한 평면형 접촉 섹션들을 갖는 공지된 접촉 링들과 달리, 본 발명에 따른 접촉 링의 접촉 섹션들은 매우 제한되며 이에 의해 부식 발생을 감소시킨다.

유리한 실시예에 따르면, 돌출부들 및 블레이드들은 접촉 링의 내부 측면 및 외부 측면 상에 교번식으로 배열된다.

추가적인 유리한 실시예에 따르면, 돌출부들 및 블레이드들은 접촉 링의 내부 측면에만 또는 외부 측면에만 배열된다.

접촉 링은 2개의 접촉 요소들을 포함하는 접촉 시스템의 일부로서 사용될 수 있으며, 여기서 접촉 링은 제1 접촉 요소에 통합된다. 이 경우에, 접촉은 제1 접촉 요소에 통합된 접촉 링과 제2 접촉 요소 사이에서 단지 일 측면에서만 발생한다.

모든 실시예들에 따른 접촉 링들은 돌출부들 및 블레이드들의 배향, 배열, 개수 및 구성들과 관련하여 높은 수준의 적응성을 갖는다.

본 발명의 보다 양호한 이해를 위해, 하기 도면들에 예시된 실시예들을 통해 상세하게 설명될 것이다. 동일한 요소들은 동일한 참조 번호들 및 동일한 구성요소 지정들로 여기에 지정된다. 더욱이, 도시되고 설명된 상이한 실시예들로부터의 일부 특징들 또는 특징들의 조합들은 또한 그 자체로 독립적인 진보적 해법들 또는 본 발명에 따른 해법들일 수 있다.

도 1a는 제1 및 제2 접촉 요소를 도시한다.
도 1b는 공지된 실시예에서 접촉 링에 의해 연결된 도 1a로부터의 2개의 콘택 요소들을 도시한다.
도 1c는 돌출부들을 갖는 접촉 링을 도시한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 링을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 링을 접촉 요소(1)와 함께 도시한다.
도 3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 링을 접촉 요소(2)와 함께 도시한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 링을 접촉 요소(2)와 함께 도시하며, 여기서, 접촉 요소(2)의 저널(journal)은 접촉 링이 배열되는 홈(groove)을 갖는다.
도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 링을 도시한다.
도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 링을 접촉 요소(1)와 함께 도시한다.
도 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 링을 접촉 요소(2)와 함께 도시한다.

본 발명의 실시예들은 도 2 내지 도 5c를 참조하여 이하에서 상세히 설명될 것이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 접촉 링(10)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 접촉 링(10)은 슬롯(17)을 갖는 전기 전도성 재료로 제조된 평탄한 링-형상 구조를 포함한다. 접촉 링(10)은 내측방을 향하는 측면(104) 및 외측방을 향하는 측면(1004) 상에 돌출부들(104, 1004)을 갖는다. 돌출부들(104, 1004)은 링 평면 밖으로 구부러지고, 테이퍼지며, 그리고 팁들 또는 날카로운 에지들을 가지며, 이들은 접촉 요소들(1 및 2)의 전기 절연 표면 층들을 관통하며 이에 의해 접촉 요소들(1 및 2)의 전기 전도성 코어들 사이에 전기 전도성 연결을 설정한다. 접촉 요소들(1 및 2)의 대향 표면들의 콘스텔레이션(constellation)에 따라, 돌출부들(104, 1004)은 (도 1c에서와 같이) 반경 방향으로 또는 (도 2에서와 같이) 접선 방향으로 배향될 수 있다. 돌출부들(104, 1004)의 접선 방향 배향은 더 효율적인 조립을 가능하게 하며, 따라서 바람직하다.

부가하여, 접촉 링(10)은, 각기, 내측방 및 외측방을 향하는 측면들 상에 블레이드들(18 및 108)을 포함하며, 이들 블레이드들은 링 평면 밖으로 구부러지고, 그리고 팁들 또는 날카로운 에지들을 갖고, 따라서 접촉 요소들(1 및 2)의 대향 표면들 내로 관통한다. 블레이드들(18 및 108)은 바람직하게는, 돌출부들(104 및 1004) 사이에 반드시 균일하게 배치되는 것은 아니다. 결과적으로, 블레이드들(18, 108)은 최종 배열 상태에서 접촉 링(10)과 접촉 요소들(1 및 2)의 타이트한 압입을 가능하게 한다. 돌출부들(104 및 1004)과 비교하여, 블레이드들(18 및 108)은 링 평면에 대해 더 큰 각도로 배열되고, 따라서 덜 변형된다. 블레이드들(18, 108)은 길이 방향으로 접촉 링(10)을 강화하여서, 돌출부들(104 및 1004)은 진동이 완화되고 접촉 링(10)은 진동에 대한 더 높은 전체 내성을 갖는다. 부가하여, 블레이드들(18 및 108)은 더 높은 접촉 수직력들을 갖는 더 많은 접촉 영역들을 제공함으로써 접촉 내성을 감소시킨다.

접촉 링(10)의 재료는 바람직하게는 은-도금된 구리 합금을 포함한다. 스프링 강과 대조적으로, 이 재료는 양호한 기계적 특성뿐만 아니라 양호한 전열 특성들을 갖는다.

도 3a 및 도 3b는 접촉 링(10)의 적용 예를 도시한다. 접촉 링(10)은 2개의 접촉 요소들(1 및 2) 사이에 배열되며, 이에 따라 이는 돌출부들(14 및 1004) 뿐만 아니라 블레이드들(18 및 108)과 접촉 요소들(1 및 2)의 대향 배치된 표면들에 닿는다(touches). 접촉 요소들(1 및 2)이 서로 가압되면, 돌출부들(14 및 1004) 뿐만 아니라 블레이드들(18 및 108)의 팁들 또는 날카로운 에지들은, 전기 전도성 알루미늄으로 제조된 접촉 요소의 표면에 자연적으로 형성되는 산화 알루미늄 층과 같은 전기 절연 표면 층들을 관통한다.

따라서, 접촉 요소들(1 및 2)이 이들을 서로 전기적으로 분리하는 절연 표면들을 포함하더라도, 제1 접촉 요소(1)의 전기 전도성 코어와 제2 접촉 요소(2)의 전기 전도성 코어 사이에 접촉 링(10)의 도움으로 전기 전도성 연결이 설정될 수 있다. 접촉 링(10)의 양 측면들에 있는 다수의 돌출부들(104 및 1004) 뿐만 아니라 블레이드들(18 및 108)은 2개의 접촉 요소들(1 및 2) 사이의 연결의 전열 특성들에 물리적으로 긍정적인 영향을 미친다.

접촉 요소들(1 및 2)과 접하기 위한 뾰족한 돌출부들(104 및 1004) 뿐만 아니라 블레이드들(18 및 108)을 갖는 접촉 링(10)의 구조는, 또한 접촉 요소들(1 및 2)의 보호 표면을 손상시키는 접촉 섹션들의 영역을 최소화한다. 이에 의해, 접촉 요소들(1 및 2)의 부식이 방지될 수 있다.

도 4는 홈(19)을 갖는, 저널(20)을 갖춘 접촉 요소(2)의 가능한 실시예를 도시한다. 접촉 링(10)은 슬롯(17)을 통해 반경 방향으로 확장 가능하며, 따라서, 특별한 결합 프로세스에 대한 필요 없이, 저널(20) 상의 홈(19)에 삽입되고 홈(19)에 유지될 수 있다. 이는 폐쇄된 환형 구조에서는 가능하지 않을 것이다.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 접촉 링을 개별적으로 그리고 접촉 요소들(1 및 2)과 함께 각각 도시한다. 제1 실시예의 접촉 링(10)과 같이, 접촉 링(100)은 슬롯(17)을 갖는 전기 전도성 재료로 제조된 평탄한 링-형상 구조를 포함한다. 접촉 링(100)은 외측방을 향하는 측면 상에 돌출부들(1004)을 갖는다. 돌출부들(1004)은 링 평면 밖으로 구부러지고, 테이퍼지며, 그리고 팁들 또는 날카로운 에지들을 가지며, 이들은 접촉 요소들(1 및 2)의 전기 절연 표면 층들을 관통하며 이에 의해 접촉 요소들(1 및 2)의 전기 전도성 코어들 사이에 전기 전도성 연결을 형성한다. 접촉 요소들(1 및 2)의 대향 표면들의 콘스텔레이션에 따라, 돌출부들(1004)은 (도 1c에서와 같이) 반경 방향으로 또는 (도 5a 내지 도 5c에서와 같이) 접선 방향으로 배향될 수 있다. 돌출부들(1004)의 접선 방향 배향은 더 효율적인 구조를 가능하게 하며, 따라서 바람직하다.

부가하여, 접촉 링(100)은 외측방을 향하는 측면들 상에 블레이드들(108)을 포함하며, 이들 블레이드들은 링 평면 밖으로 구부러지고, 그리고 팁들 또는 날카로운 에지들을 갖고, 따라서 접촉 요소들(1 및 2)의 대향 표면들을 관통한다. 블레이드들(108)은 바람직하게는, 돌출부들(1004) 사이에 반드시 균일하게 배치되는 것은 아니다. 결과적으로, 블레이드들은 최종 배열 상태에서 접촉 링(100)과 접촉 요소들(1 및 2)의 타이트한 억지 끼워맞춤(tight interference fit)을 가능하게 한다. 돌출부들(1004)과 비교하여, 블레이드들(108)은 링의 평면에 대해 더 큰 각도로 배치되고, 따라서 덜 변형된다. 블레이드들(108)은 길이 방향으로 접촉 링(100)을 강화하며, 그에 따라 따라서 돌출부들(1004)은 진동이 완화되고 접촉 링(100)은 전체적으로 더 높은 진동 내성을 갖는다. 부가하여, 블레이드들(108)은 더 높은 접촉 수직력들을 갖는 더 많은 접촉 영역들을 제공함으로써 접촉 내성을 감소시킨다.

제2 실시예에 따른 접촉 링(100)은, 단지, 내부측이 아니라 외부측에 돌출부들(1004) 및 블레이드들(108)을 갖는다는 점에서 제1 실시예에 따른 접촉 링(10)과 상이하다. 접촉 요소들(1 및 2)의 대향 표면들의 콘스텔레이션에 따라, 이러한 배열은 반전될 수 있다.

제1 실시예에 따른 접촉 링(10)과 같이, 제2 실시예에 따른 접촉 링(100)의 재료는 바람직하게는 은-도금된 구리 합금을 포함하며, 이는 양호한 기계적뿐만 아니라 양호한 전열 특성들을 갖는다. 접촉 링(100)의 설계는 스탬핑(stamping) 및 굽힘가공(bending)에 의한 간단하고 저렴한 제조뿐만 아니라 매우 유리한 조립을 가능하게 한다.

1, 2 : 접촉 요소
3 : 공지된 알려진 실시예에서의 접촉 링
4 : 돌출부들을 갖춘 접촉 링
10, 100 : 접촉 링
14, 104, 1004 : 돌출부, 내부 돌출부, 외부 돌출부
15 : 평탄한 세그먼트
16 : 폐쇄부
17 : 슬롯
18, 108 : 내부 블레이드, 외부 블레이드
19 : 홈
20 : 저널

Claims

적어도 제1 및 제2 전기 전도성 접촉 요소(1, 2)를 연결하기 위한, 접촉 링(10, 100)으로서,
상기 접촉 링(10, 100)은,
전기 전도성 재료를 포함하는 원형 링 구조 또는 그와 위상적으로 동등한( topologically equivalent) 구조를 포함하고,
상기 구조는 적어도 일 측면 상에 복수의 돌출부들(projections)(104, 1004)을 포함하고,
상기 구조는 적어도 일 측면 상에 복수의 블레이드들(blades)(18, 108)을 포함하며,
상기 돌출부들(104, 1004) 및 상기 블레이드들(18, 108)은 이들이 상기 접촉 요소들(1, 2)의 전기 전도성 재료들과 접촉하고 그들 사이에 전기 전도성 연결을 설정하도록 구성되고,
상기 돌출부들(104, 1004) 및 상기 블레이드들(18, 108)은 상기 접촉 요소들의 전기 절연성 표면 층들을 관통하는,
접촉 링(10, 100).
제1 항에 있어서,
상기 원형 링 구조 또는 그와 위상적으로 동등한 구조는 평탄한 방식으로 배열되는,
접촉 링(10, 100).
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 원형 링 구조 또는 그와 위상적으로 동등한 구조는 반경 방향으로 슬롯을 포함하는,
접촉 링(10, 100).
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 돌출부(104, 1004)는 접촉 요소들(1, 2)에 연결될 수 있는 테이퍼링 단부 섹션들(tapering end sections)을 포함하는,
접촉 링(10, 100).
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 돌출부들(104, 1004) 중 적어도 하나는 스프링 접촉부를 형성하기 위해 구부러지는,
접촉 링(10, 100).
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
각각의 블레이드(18, 108)는 접촉 요소들(1, 2)에 연결 가능한 테이퍼진 단부 부분들(tapered end portions)을 갖는,
접촉 링(10, 100).
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블레이드들(18, 108)의 적어도 일부는 접촉부를 형성하도록 구부러지는,
접촉 링(10, 100).
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 링(10, 100)의 재료는 은-도금된 구리 합금을 포함하는,
접촉 링(10, 100).
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 측면 상의 돌출부들(104) 및 외부 측면 상의 돌출부들(1004)은 반대 방향들로 상기 링 평면 밖으로 구부러지는,
접촉 링(10).
제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 내부 측면 상의 블레이드들(18) 및 상기 외부 측면 상의 블레이드들(108)은 반대 방향들로 상기 링 평면 밖으로 구부러지는,
접촉 링(10).
제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 링은 측면 당 5개의 돌출부들(104, 1004) 및 6개의 블레이드들(18, 108)을 갖는,
접촉 링(10).
제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 링(100)의 단지 일측, 외부측 또는 내부측이 돌출부들(104, 1004) 및 블레이드들(18, 108)을 갖는,
접촉 링(100).
제12 항에 있어서,
상기 접촉 링은 반경 방향으로 슬롯을 가지며, 상기 접촉 링의 에지들은 반대 방향들로 상기 링 평면 밖으로 구부러지는 블레이드들을 형성하는,
접촉 링(100).
제13 항에 있어서,
상기 접촉 링(16)은 상기 외부 측면 또는 상기 내부 측면에 16개의 돌출부들(104, 1004) 및 9개의 블레이드들(18, 108)을 갖지만, 양 측면들 모두에는 없는,
접촉 링(100).
제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 접촉 링(10, 100)은 상기 접촉 요소들 중 하나에 통합되는,
접촉 링(10, 100).