WO2012171632A1 - Draht für schleifkontakte und schleifkontakte - Google Patents

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WO2012171632A1
WO2012171632A1 PCT/EP2012/002478 EP2012002478W WO2012171632A1 WO 2012171632 A1 WO2012171632 A1 WO 2012171632A1 EP 2012002478 W EP2012002478 W EP 2012002478W WO 2012171632 A1 WO2012171632 A1 WO 2012171632A1
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WO
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wire
contact
silver
coating
mating contact
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Application number
PCT/EP2012/002478
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English (en)
French (fr)
Inventor
Reinhold Weiland
Thomas Hild
Patrick Baake
Harald Manhardt
Bernd Gehlert
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Heraeus Materials Technology Gmbh & Co. Kg
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Filing date
Publication date
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Priority to US14/126,080 priority patent/US20140120743A1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
    • H01B1/026—Alloys based on copper
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R13/00—Details of coupling devices of the kinds covered by groups H01R12/70 or H01R24/00 - H01R33/00
    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/33—Contact members made of resilient wire
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/18—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

Definitions

  • the invention relates to a wire for producing a sliding contact.
  • the invention also relates to a sliding contact with such a wire.
  • the invention relates to a potentiometric sensor, potentiometer, slider, position sensor, rotary switch, electric motor, generator, wind turbine, slip ring system, actuator or pantograph with such a sliding contact.
  • Wires for sliding contacts and sliding contacts themselves find a variety of applications when power is to be transferred to moving parts.
  • Sheathed wires with an inner core of a first metal, or of a first metallic alloy, and a sheath or a coating of a second metal or a second metallic alloy are also used.
  • Such jacket wires are used for example as sliding contacts in Schleifringübertragersystemen. These are used to transmit signal and power currents in rotating systems, such as wind turbines or robot arms.
  • Sliding contacts are known for example from DE 40 20 700 A1.
  • DE 199 13 246 A1 discloses a grinder for transmitting electrical signals, which is designed as a multi-wire grinder. The multiplicity of contacts should ensure a continuous electrical contact.
  • a tuft contact with a slip ring is known as a sliding contact, which consists of a plurality of individual wires.
  • the trend in slip ring systems is towards higher currents. At the same time, efforts are increasingly being made to reduce expensive precious metals.
  • CONFIRMATION COPY such as to choose stainless steel, while the energy transferring part as a sliding contact body from another, optimized for energy transfer material may consist. It is advantageous that expensive precious metal can be saved because not the entire spring contact must be made of a precious metal or a noble metal alloy. The disadvantage of this is the higher cost of producing such a sliding contact compared to the use of a simple wire.
  • a preferred material used for the construction of wires for sliding contacts are copper beryllium alloys, in particular CuBe 2 , which are gladly used because of their good elastic properties. It is also known to use cladding wires having a core of a copper-beryllium alloy and a shell of a noble metal or a noble metal alloy. These sheath wires have due to the cured Cu Be 2 -Kem good spring properties. Also, the contact resistance and corrosion resistance of these sheath wires are very good due to a typically high gold-containing sheath.
  • the copper-beryllium alloy has a poor electrical conductivity compared to pure copper.
  • the current carrying capacity of such a wire or a coated wire with a core of a copper-beryllium alloy is comparatively low.
  • the diameters of the wires or the number of wires must be increased. Both measures are associated with significant additional costs due to the higher use of precious metals in the jacket or the coating.
  • Beryllium and beryllium alloys such as CuBe 2 are also increasingly avoided due to their environmental impact.
  • the object of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art.
  • a wire and a sliding contact with such a wire is to be provided, which has a higher conductivity, but at the same time still has sufficiently good elastic properties, which are necessary for a sliding contact.
  • Particularly preferred would be a wire that manages without polluting beryllium. Further, it would be advantageous if the manufacturing cost of such a wire and thus a sliding contact constructed with such a wire could be reduced.
  • the object of the invention is achieved in that at least one inner core of the wire consists of a copper-silver alloy.
  • the copper-silver alloy makes it possible to build up a thin, well-conductive spring contact. It can be provided that the inner core extends along the entire length of the wire.
  • the wire is an elastic wire with a round or an angular cross-section. Wires are easy to get. With a round cross section of the wire, this has a symmetrical elasticity, so that a mating contact of a sliding contact, which is constructed with such a wire, may also be uneven.
  • the copper-silver alloy has up to 30 wt .-% silver, preferably 1 to 25 wt .-% silver, more preferably 5 to 15 wt .-% silver, most preferably 10% by weight of silver.
  • the mechanical and electrical properties are particularly well suited to construct wires according to the invention.
  • the wires are then particularly well suited for sliding contacts according to the invention.
  • the proportion of silver is given here in percent by weight (wt .-%).
  • the copper-silver alloy contains small admixtures of other elements with a proportion of less than 4 wt .-%, in particular Zr and / or Cr, preferably with a proportion of less than 1 wt .-%, particularly preferably with a proportion of less than 0.1 wt .-%.
  • chromium (Cr) but also zirconium (Zr) can simplify the application of a gold alloy as a coating, or ensure that a gold alloy holds better on the surface of the wire.
  • the wire is extended and has a cross section between 0.1 mm and 4 mm.
  • the wire has a thickness of 0.1 mm to 3 mm, preferably a thickness of 0.15 mm to 2 mm.
  • the wire is a wound endless wire or has a length of 10 mm to 300 mm, preferably one Length of 20 mm to 180 mm, more preferably has a length of 30 mm to 100 mm.
  • Wires with a length between 10 mm and 300 mm are particularly easy to install in sliding contacts according to the invention. By providing wires of suitable length, manual trimming of an endless wire is avoided. Therefore, cut wires for sliding contacts are particularly preferred.
  • the wire comprises a coating of a noble metal alloy, preferably a coating of a gold alloy, more preferably of a gold alloy comprising silver, copper and / or palladium, most preferably of an alloy containing 70% by weight of gold, 20% by weight of silver and 10% by weight of copper and / or palladium.
  • the coating has the effect that the surface of the wire is not oxidized and thus a low contact resistance of such a wire to a mating contact is ensured in the long term.
  • the core of the wire made of a copper-silver alloy, the surprising combinatorial effect that results from the smaller wire cross-section due to the better electrical conductivity of the copper-silver core, a smaller amount of precious metal for coating the wire use. This saves costs when building the wire.
  • the Cu-Ag core is particularly good and easy to coat with the specified gold alloys. The durability of such a coating on the Cu-Ag alloy is particularly good, especially in silver-containing gold alloys.
  • the coated wire comprises a chromium-containing intermediate layer between the core and the coating.
  • wires of coating can be provided that the coating is a galvanic coating, preferably with a layer thickness of 0.1 to 20 ⁇ ⁇ ⁇ , particularly preferably with a layer thickness of 0.5 to ⁇ ⁇ . 2
  • the coating is a mechanically applied cladding coating, so that the wire is a cladding wire, preferably with a layer thickness of 5 ⁇ to 50 ⁇ , more preferably with a layer thickness of 10 ⁇ to 25 ⁇ ⁇ ⁇ .
  • Coated wires may also be characterized in that the coating is a cylinder jacket that extends around the cylindrical core of the wire.
  • the coating of the wire is applied by roller cladding, sputtering or galvanically applied to the base body.
  • Uncoated wires can be distinguished according to the invention in that the wire consists of the copper-silver alloy. The wire is then a massive copper-silver wire, which also works without an outer coating.
  • the object of the invention is also achieved by a sliding contact with at least one such wire, wherein a mating contact is provided, rests on the conductive surface of at least one of the wires, wherein the spring force of the wire on the conductive surface of the mating contact an electrical contact between the Wire and the mating contact causes and the mating contact is movable against the wire, so that the surface of the wire grinds during a movement of the mating contact on the mating contact.
  • the mating contact is rotatably mounted and the conductive surface of the mating contact is at least partially rotationally symmetrical.
  • the sliding contact is a multi-wire grinder with a plurality of electrically contacted wires.
  • Multiwire grinders are particularly suitable because they can handle the failure of individual contacts and can adapt well to the profile of a mating contact. It can also be provided that the sliding contact is formed such that at least one of the wires rests with its coating on the mating contact.
  • the object of the invention is also achieved by a potentiometric sensor, potentiometer, slider, position sensor, rotary switch, electric motor, generator, wind turbine, slip ring system, actuator or pantograph with such a sliding contact.
  • the object of the invention is finally solved by a potentiometric sensor, a potentiometer, a slider, a position sensor, a rotary switch, an electric motor, a generator, a wind turbine, a slip ring system, an actuator or a current collector with such a wire as a sliding contact.
  • the wires and sliding contacts according to the invention can be used particularly effectively.
  • the invention is based on the surprising finding that the material used, namely the copper-silver alloy, is a highly conductive material, which allows the transmission of higher currents with constant cross section, or allows the transmission of constant currents at a smaller cross section, and the Alloy at the same time has suitable mechanical properties, such as the elasticity has to form a spring contact.
  • the wire is formed as a sheathed wire or as a coated wire, which comprises a core of such a copper-silver alloy, results from the constant cross section at higher currents, or from the smaller cross section at constant currents, the surprising combinatorial advantage that the coat constructed mostly of expensive precious metals or the coating has a smaller cross-section and therefore less of the expensive jacket material or the coating must be consumed for the production of such a jacket wire or coated wire.
  • a corresponding precious metal savings is so connected especially in a mantle wire.
  • Cu-Ag-based wires according to the invention can be used in sliding contacts according to the invention, such as slip ring transmission systems.
  • slip ring transmitters are essentially used for transmitting electrical signals and electrical power in wind turbines. energy systems are used.
  • slipring assemblies are used wherever electrical currents are to be transferred between rotating and static parts, such as robot arms.
  • Figure 1 a schematic side view of a sliding contact according to the invention
  • Figure 2 is a schematic perspective view of a wire according to the invention.
  • Figure 3 a schematic view of an alternative sliding contact according to the invention.
  • Figure 1 shows a schematic side view of a sliding contact 1, which is constructed with a wire 2 according to the invention.
  • the wire 2 is either made of solid copper-silver alloy or it comprises a core of such an alloy and is coated on its outer surface with a gold alloy.
  • the copper-silver alloy conducts the current and provides sufficient elasticity of the wire 2.
  • the wire 2 is fixed with a fixation 3 on a device 4.
  • the device 4 may be any equipment, such as the mast of a wind turbine or a part that is fixedly connected to the mast of a wind turbine.
  • a suspension 5 is arranged, which is fixedly connected to the device 4.
  • a roller 6 is mounted as a counter contact to the wire 2 rotatable about an axis 7.
  • the roller 6 has a conductive surface and is cylindrically shaped.
  • the axis 7 is at the same time the axis of symmetry of the cylindrical roller 6.
  • the roller 6 is connected via the suspension 5 is not electrically connected to the device 4.
  • the wire 2 is fixed relative to the roller 6 so that it is pressed onto the roller 6. As a result, the wire 2 is elastically deformed. As the roller 6 rotates in the suspension 5, the surface of the wire 2 grinds over the conductive cylinder shell of the roller 6. By the continuous contact which the wire 2 generates with the rotating roller 6, current can flow from the wire 2 be transferred to the roller 6 or vice versa. By the spring force of the wire 2, the contact with the surface of the roller 6 is maintained.
  • an electrical line 8 is connected, with the current to further components (not shown) or can be passed from other components to the wire 2.
  • the wire 2 having a core made of a copper-silver alloy or made entirely of a copper-silver alloy can be made smaller in diameter than conventional wires for conventional sliding contacts to transmit the same current. Therefore, such a wire 2 is less expensive to manufacture and consumes less resources.
  • the wire 2 can be easily manufactured and does not cause any problems in disposal or reprocessing. Finally, the wire 2 comes out completely without beryllium, which meets newer environmental requirements.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a wire 12 according to the invention for sliding contacts, as shown for example in Figures 1 and 3.
  • the wire 12 shown is a cladding wire 12 having a core 19 made of a copper-silver alloy.
  • the jacket wire 12 is round in cross section.
  • the round surface of the core 19 is surrounded by a jacket 20, which forms a cylindrical coating of the core 19.
  • the sheath 20 is made of a gold alloy, which consists of over 50 wt .-% of gold.
  • the jacket 20 is mechanically applied to the core 19.
  • the wire 12 may also be coated with a thin layer of such a gold alloy.
  • the coating 20 may be applied to the copper-silver core 19 of the wire 12 by roll plating, by sputtering, or by electroplating.
  • an intermediate layer (not shown) may be provided between the core 19 and the coating 20.
  • the intermediate layer can be, for example, a chromium alloy which is applied to the core 19 by electroplating or by vapor deposition.
  • FIG. 3 shows a schematic view of an alternative sliding contact 21 according to the invention.
  • the sliding contact 21 is constructed with a multiplicity of wires 22 according to the invention and thus forms a multi-wire grinder or a brush contact.
  • the wires 22 are held by a fixing 23.
  • the fixation 23 positions the wires 22 so as to be spaced apart from a metallic rail 26 that is smaller than the portion of the length of the wires 22 that protrude from the fixation 23.
  • the wires 22 are pressed onto the metallic rail 26 and thereby deform elastically.
  • By the spring force of the wires 22 these are always ge ⁇ presses on the rail 26, which forms the counter-contact to the wires 22nd Via a line 28 are the Wires 22 of the sliding contact 21 electrically contacted.
  • a current may be transmitted from the rail 26 via the wires 22.
  • power can always be transferred from the rail 26 to the wires 22.
  • the wires 22 comprise a copper-silver alloy and therefore can be made smaller than wires for conventional sliding contacts. As a result, on the one hand less material is consumed and on the other hand smaller structures can be realized. This is advantageous with increasing miniaturization of many components.
  • the sliding contact 21 shown can be realized, for example, in a model railway, as shown in Figure 3.
  • copper-silver alloys containing up to 25% by weight of silver and the balance of copper are particularly well suited for constructing a wire 2, 12, 22 according to the invention for a sliding contact 1, 21 according to the invention.
  • small amounts (less than 4% by weight) of other metals may be included in the alloy. Suitable small admixtures may be, for example, chromium or zirconium.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Draht zum Herstellen eines Schleifkontakts, wobei zumindest ein innerer Kern des Drahts aus einer Kupfer-Silber-Legierung besteht. Die Erfindung betrifft auch einen Schleifkontakt mit zumindest einem solchen Draht, wobei ein Gegenkontakt vorgesehen ist, auf dessen leitender Oberfläche zumindest einer der Drähte anliegt, wobei die Federkraft des Drahts auf die leitende Oberfläche des Gegenkontakts einen elektrischen Kontakt zwischen dem Draht und dem Gegenkontakt bewirkt und der Gegenkontakt gegen den Draht beweglich ist, so dass die Oberfläche des Drahts bei einer Bewegung des Gegenkontakts über den Gegenkontakt schleift. Schließlich betrifft die Erfindung auch einen potentiometrischen Sensor, ein Potentiometer, Schieberegler, Positionssensor, Drehschalter, Elektromotor, Generator, Windturbine, Schleifringsystem, Stellantrieb oder Stromabnehmer mit einem solchen Schleifkontakt.

Description

Draht für Schleifkontakte und Schleifkontakte
Die Erfindung betrifft einen Draht zum Herstellen eines Schleifkontakts. Die Erfindung betrifft auch einen Schleifkontakt mit einem solchen Draht.
Schließlich betrifft die Erfindung einen potentiometrischen Sensor, Potentiometer, Schieberegler, Positionssensor, Drehschalter, Elektromotor, Generator, Windturbine, Schleifringsystem, Stellantrieb oder Stromabnehmer mit einem solchen Schleifkontakt. Drähte für Schleifkontakte und Schleifkontakte selbst finden vielfältige Anwendungen, wenn Strom auf bewegliche Teile übertragen werden soll. Dabei werden auch Manteldrähte mit einem inneren Kern aus einem ersten Metall, beziehungsweise einer ersten metallischen Legierung, und einem Mantel oder einer Beschichtung aus einem zweiten Metall oder einer zweiten metallischen Legierung eingesetzt. Solche Manteldrähte werden beispielsweise als Schleifkontakte in Schleifringübertragersystemen eingesetzt. Diese dienen der Übertragung von Signal- und Leistungsströmen in rotierenden Systemen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen oder Roboterarmen.
Schleifkontakte sind beispielsweise aus der DE 40 20 700 A1 bekannt. Die DE 199 13 246 A1 offenbart einen Schleifer zur Übertragung elektrischer Signale, der als Vieldrahtschleifer ausgebildet ist. Die Vielzahl der Kontakte soll dabei einen durchgehenden elektrischen Kontakt si- cherstellen. Aus der EP 0 054 380 A2 ist ein Büschelkontakt mit einem Schleifring als Schleifkontakt bekannt, der aus einer Vielzahl von einzelnen Drähten besteht. Die Tendenz bei Schleifringsystemen geht in Richtung der Übertragung höherer Ströme. Gleichzeitig wird zunehmend eine Reduzierung teurer Edelmetalle angestrebt.
Aus der DE 10 2004 028 838 A1 ist ein Schleifkontakt mit einem Grundkörper aus einem Draht bekannt, bei dem an einem Ende des Drahts ein Schleifkontaktkörper angeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, für den Grundkörper des Kontakts ein preiswertes, federndes Material,
BESTÄTIGUNGSKOPIE wie zum Beispiel Edelstahl zu wählen, während das die Energie übertragende Teil als Schleifkontaktkörper aus einem anderen, zur Energieübertragung optimierten Material bestehen kann. Vorteilhaft ist dabei, dass teures Edelmetall gespart werden kann, da nicht der ganze Federkontakt aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung gefertigt werden muss. Nachteilig ist hieran der höhere Aufwand zum Herstellen eines solchen Schleifkontakts im Vergleich zur Verwendung eines einfachen Drahts.
Ein bevorzugt verwendetes Material zum Aufbau von Drähten für Schleifkontakte sind Kupfer- Beryllium-Legierungen, insbesondere CuBe2, die wegen ihrer guten elastischen Eigenschaften gerne eingesetzt werden. Es ist bekannt dafür auch Manteldrähte zu verwenden, die einen Kern aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung und einem Mantel aus einem Edelmetall oder einer Edelmetalllegierung aufweisen. Diese Manteldrähte besitzen aufgrund des ausgehärteten Cu- Be2-Kems gute Federeigenschaften. Auch der Kontaktwiderstand und die Korrosionsbeständigkeit dieser Manteldrähte sind aufgrund eines typischerweise hochgoldhaltigen Mantels sehr gut.
Nachteilig ist hieran, dass die Kupfer-Beryllium-Legierung eine im Vergleich zu reinem Kupfer schlechte elektrische Leitfähigkeit besitzt. Dadurch ist auch die Stromtragfähigkeit eines solchen Drahts oder eines beschichteten Drahts mit einem Kern aus einer Kupfer-Beryllium- Legierung vergleichsweise gering. Um höhere Ströme zu übertragen, müssen entweder die Durchmesser der Drähte oder die Anzahl der Drähte erhöht werden. Beide Maßnahmen sind mit wesentlichen Mehrkosten aufgrund des höheren Edelmetalleinsatzes im Mantel oder der Beschichtung verbunden. Beryllium und Beryllium-Legierungen wie CuBe2 werden zudem aufgrund ihrer Umweltschädlichkeit zunehmend vermieden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden. Insbesondere soll ein Draht und ein Schleifkontakt mit einem solchen Draht bereitgestellt werden, der eine höhere Leitfähigkeit hat, gleichzeitig aber noch über ausreichend gute elastische Eigenschaften verfügt, die für einen Schleifkontakt notwendig sind. Besonders bevorzugt wäre dabei ein Draht, der ohne umweltschädliches Beryllium auskommt. Ferner wäre es von Vorteil, wenn die Herstellungskosten eines solchen Drahts und damit eines mit einem solchen Draht aufgebauten Schleifkontakts reduziert werden könnten.
Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zumindest ein innerer Kern des Drahts aus einer Kupfer-Silber-Legierung besteht.
Die Kupfer-Silber-Legierung ermöglicht es aufgrund ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften einen dünnen, gut leitenden Federkontakt aufzubauen. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich der innere Kern entlang der gesamten Länge des Drahts erstreckt.
Es kann erfindungsgemäß auch vorgesehen sein, dass der Draht ein elastischer Draht mit einem runden oder einem eckigen Querschnitt ist. Drähte sind leicht zu erhalten. Bei einem runden Querschnitt des Drahts hat dieser eine symmetrische Elastizität, so dass ein Gegenkontakt eines Schleifkontakts, der mit einem solchen Draht aufgebaut wird, auch uneben sein kann.
Besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Drähte zeichnen sich dadurch aus, dass die Kupfer- Silber-Legierung bis zu 30 Gew.-% Silber hat, vorzugsweise 1 bis 25 Gew.-% Silber, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Silber, ganz besonders bevorzugt 10 Gew.-% Silber.
Bei diesen Mischungen sind die mechanischen und elektrischen Eigenschaften besonders gut geeignet, um erfindungsgemäße Drähte aufzubauen. Dies betrifft insbesondere die elektrische Leitfähigkeit der Kupfer-Silber-Legierung (Cu-Ag-Legierung) und die elastischen Eigenschaften, das heißt vor allem den Elastizitäts-Modul der Cu-Ag-Legierung. Die Drähte sind dann für erfin- dungsgemäße Schleifkontakte besonders gut geeignet. Der Anteil des Silbers wird hier in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die Kupfer-Silber-Legierung geringe Beimengungen anderer Elemente mit einem Anteil unter 4 Gew.-%, insbesondere Zr und/oder Cr enthält, vorzugsweise mit einem Anteil von unter 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mit einem Anteil von unter 0,1 Gew.-%.
Eine geringe Beimengung von Chrom (Cr) aber auch von Zirkonium (Zr) kann beispielsweise das Aufbringen einer Gold-Legierung als Beschichtung vereinfachen, beziehungsweise dafür sorgen, dass eine Goldlegierung besser auf der Oberfläche des Drahts hält.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Draht lan- gestreckt ist und einen Querschnitt zwischen 0,1 mm und 4 mm hat.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Draht eine Dicke von 0,1 mm bis 3 mm hat, vorzugsweise eine Dicke von 0,15 mm bis 2 mm.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Draht ein aufgewickelter Endlos-Draht ist oder eine Länge von 10 mm bis 300 mm hat, vorzugsweise eine Länge von 20 mm bis 180 mm hat, besonders bevorzugt eine Länge von 30 mm bis 100 mm hat.
Drähte mit einer Länge zwischen 10 mm und 300 mm sind besonders einfach in erfindungsgemäßen Schleifkontakten zu verbauen. Durch die Bereitstellung von Drähten in geeigneter Län- ge wird ein manuelles Zuschneiden eines Endlosdrahts vermieden. Daher sind zugeschnittene Drähte für Schleifkontakte besonders bevorzugt.
Eine ganz besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Draht eine Beschichtung aus einer Edelmetall-Legierung umfasst, bevorzugt eine Beschichtung aus einer Gold-Legierung, besonders bevorzugt aus einer Gold-Legierung umfassend Silber, Kupfer und/oder Palladium, ganz besonders bevorzugt aus einer Legierung mit 70 Gew.-% Gold, 20 Gew.-% Silber und 10 Gew.-% Kupfer und/oder Palladium.
Die Beschichtung bewirkt, dass die Oberfläche des Drahts nicht oxidiert und so ein niedriger Kontaktwiderstand eines solchen Drahtes zu einem Gegenkontakt langfristig gewährleistet ist. Mit dem Kern des Drahts aus einer Kupfer-Silber-Legierung ergibt sich dabei der überraschen- de kombinatorische Effekt, dass durch den geringeren Drahtquerschnitt aufgrund der besseren elektrischen Leitfähigkeit des Kupfer-Silber-Kerns gelingt, eine kleinere Menge an Edelmetall zur Beschichtung des Drahts zu verwenden. Dies spart Kosten beim Aufbau des Drahts. Zudem ist der Cu-Ag-Kern besonders gut und einfach mit den angegebenen Gold-Legierungen zu beschichten. Die Haltbarkeit einer solchen Beschichtung auf der Cu-Ag-Legierung ist besonders gut, insbesondere bei Silber-haltigen Gold-Legierungen.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der beschichtete Draht eine Chrom-haltige Zwischenschicht zwischen dem Kern und der Beschichtung umfasst.
Damit wird eine weitere Verbesserung der Haltbarkeit der Beschichtung auf dem Kern erreicht.
Bei erfindungsgemäßen Drähten mit Beschichtung kann vorgesehen sein, dass die Beschich- tung eine galvanische Beschichtung ist, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 0,1 μιη bis 20 μπι, besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke von 0,5 μιτι bis 2 μητι.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung eine mechanisch aufgebrachte Mantelbeschichtung ist, so dass der Draht ein Manteldraht ist, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 5 μιη bis 50 μηι, besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke von 10 μιτι bis 25 μηη. Beschichtete Drähte können sich auch dadurch auszeichnen, dass die Beschichtung ein Zylindermantel ist, die sich um den zylindrischen Kern des Drahts erstreckt.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Beschichtung des Drahts durch Walzplattieren, Sputtern oder galvanisch auf den Grundkörper aufgetragen ist. Unbeschichtete Drähte können sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnen, dass der Draht aus der Kupfer-Silber-Legierung besteht. Der Draht ist dann ein massiver Kupfer-Silber-Draht, der auch ohne eine äußere Beschichtung auskommt.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch einen Schleifkontakt mit zumindest einem solchen Draht, wobei ein Gegenkontakt vorgesehen ist, auf dessen leitender Oberfläche zumin- dest einer der Drähte anliegt, wobei die Federkraft des Drahts auf die leitende Oberfläche des Gegenkontakts einen elektrischen Kontakt zwischen dem Draht und dem Gegenkontakt bewirkt und der Gegenkontakt gegen den Draht beweglich ist, so dass die Oberfläche des Drahts bei einer Bewegung des Gegenkontakts über den Gegenkontakt schleift.
Dabei kann vorgesehen sein, dass der Gegenkontakt drehbar gelagert ist und die leitende Oberfläche des Gegenkontakts zumindest bereichsweise rotationssymmetrisch ist.
Dabei kann ferner vorgesehen sein, dass der Schleifkontakt ein Vieldrahtschleifer mit einer Vielzahl von miteinander elektrisch kontaktierten Drähten ist.
Vieldrahtschleifer sind besonders geeignet, da sie auch den Ausfall einzelner Kontakte verkraften und sich gut an das Profil eines Gegenkontakts anpassen können. Auch kann vorgesehen sein, dass der Schleifkontakt derart ausgebildet ist, dass zumindest einer der Drähte mit seiner Beschichtung auf dem Gegenkontakt anliegt.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch einen potentiometrischen Sensor, Potentiometer, Schieberegler, Positionssensor, Drehschalter, Elektromotor, Generator, Windturbine, Schleifringsystem, Stellantrieb oder Stromabnehmer mit einem solchen Schleifkontakt gelöst. Die Aufgabe der Erfindung wird schließlich auch gelöst durch einen potentiometrischen Sensor, ein Potentiometer, einen Schieberegler, einen Positionssensor, einen Drehschalter, einen Elektromotor, einen Generator, eine Windturbine, ein Schleifringsystem, einen Stellantrieb oder einen Stromabnehmer mit einem solchen Draht als Schleifkontakt. Bei solchen Bauteilen sind die erfindungsgemäßen Drähte und Schleifkontakte besonders effektiv einsetzbar.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass das verwendete Material, nämlich die Kupfer-Silber-Legierung, ein hochleitfähiges Material ist, das die Übertragung höhe- rer Ströme bei gleichbleibendem Querschnitt erlaubt, beziehungsweise die Übertragung gleichbleibender Ströme bei geringerem Querschnitt erlaubt, und die Legierung gleichzeitig über geeignete mechanische Eigenschaften, wie die Elastizität verfügt, um einen Federkontakt zu bilden.
Wenn der Draht als Manteldraht beziehungsweise als beschichteter Draht ausgebildet ist, der einen Kern aus einer solchen Kupfer-Silber-Legierung umfasst, ergibt sich aus dem gleichbleibenden Querschnitt bei höheren Strömen, beziehungsweise aus dem geringeren Querschnitt bei gleichbleibenden Strömen, der überraschende kombinatorische Vorteil, dass der meist aus teuren Edelmetallen aufgebaute Mantel oder die Beschichtung einen geringeren Querschnitt hat und daher weniger des teuren Mantelmaterials beziehungsweise der Beschichtung zur Herstel- lung eines solchen Manteldrahts beziehungsweise beschichteten Drahts verbraucht werden muss. Dies führt zu einer deutlichen Kostenreduzierung bei der Herstellung eines solchen Manteldrahts beziehungsweise beschichteten Drahts, insbesondere bei dickeren Beschichtungen wie bei Manteldrähten. Damit ist also vor allem bei einem Manteldraht eine entsprechende Edelmetallersparnis verbunden. Aufgrund der im Vergleich zu CuBe2 wesentlich höheren elektrischen Leitfähigkeit von Cu-Ag- Werkstoffen ermöglicht der Einsatz eines Drahts aus einer Cu-Ag-Legierung beziehungsweise eines beschichteten Drahts oder eines Manteldrahts mit einem Cu-Ag-Kern die Übertragung erheblich höherer elektrischer Ströme bei gleichbleibendem Drahtquerschnitt. Umgekehrt kann zur Übertragung vergleichbarer Ströme ein Draht mit geringerem Querschnitt eingesetzt wer- den.
Durch den Ersatz von CuBe2 durch Cu-Ag für Drähte für Schleifkontakte kann der Forderung des Marktes nach berylliumfreien Produkten Rechnung getragen werden. Beryllium steht im Verdacht umweltschädliche Effekte zu haben, daher besteht das Bedürfnis nach Berylliumfreien Produkten.
Erfindungsgemäße Drähte auf Cu-Ag-Basis können in erfindungsgemäßen Schleifkontakten wie Schleifringübertragersystemen eingesetzt werden. Solche Schleifringübertrager kommen im Wesentlichen zur Übertragung von elektrischen Signalen und elektrischer Leistung in Wind- energie-Anlagen zum Einsatz. Allgemein werden Schleifringübertrager überall dort eingesetzt, wo elektrische Ströme zwischen rotierenden und statischen Teilen übertragen werden sollen, wie zum Beispiel bei Roboterarmen.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von drei schematisch darge- stellten Figuren erläutert, ohne jedoch dabei die Erfindung zu beschränken. Dabei zeigt:
Figur 1 : eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Schleifkontakts;
Figur 2: eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Drahts und
Figur 3: eine schematische Ansicht eines alternativen erfindungsgemäßen Schleifkontakts.
Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schleifkontakts 1 , der mit einem erfin- dungsgemäßen Draht 2 aufgebaut ist. Der Draht 2 ist entweder massiv aus einer Kupfer-Silber- Legierung aufgebaut oder er umfasst einen Kern aus einer solchen Legierung und ist an seiner äußeren Mantelfläche mit einer Gold-Legierung beschichtet. Die Kupfer-Silber-Legierung leitet den Strom und sorgt für eine ausreichende Elastizität des Drahts 2.
Der Draht 2 ist mit einer Fixierung 3 auf einer Vorrichtung 4 fixiert. Die Vorrichtung 4 kann ir- gendeine Anlage sein, beispielsweise der Mast einer Windkraftanlage oder ein Teil, das mit dem Mast einer Windkraftanlage fest verbunden ist. An der Vorrichtung 4 ist eine Aufhängung 5 angeordnet, die fest mit der Vorrichtung 4 verbunden ist. In der Aufhängung 5 ist eine Walze 6 als Gegenkontakt zum Draht 2 drehbar um eine Achse 7 gelagert. Die Walze 6 hat dazu eine leitende Oberfläche und ist zylindrisch geformt. Die Achse 7 ist gleichzeitig die Symmetrieachse der zylindrischen Walze 6. Die Walze 6 ist über die Aufhängung 5 nicht elektrisch leitend mit der Vorrichtung 4 verbunden.
Der Draht 2 ist derart relativ zur Walze 6 fixiert, dass er auf die Walze 6 gedrückt wird. Dadurch ist der Draht 2 elastisch verformt. Wenn sich die Walze 6 in der Aufhängung 5 dreht, schleift die Mantelfläche des Drahts 2 über den leitenden Zylindermantel der Walze 6. Durch den fortwäh- renden Kontakt, den der Draht 2 mit der sich drehenden Walze 6 erzeugt, kann Strom von dem Draht 2 auf die Walze 6 oder umgekehrt übertragen werden. Durch die Federkraft des Drahts 2 wird der Kontakt zur Oberfläche der Walze 6 aufrechterhalten.
An dem Draht 2 ist eine elektrische Leitung 8 angeschlossen, mit der Strom auf weiterführende Bauteile (nicht gezeigt) oder von anderen Bauteilen auf den Draht 2 geleitet werden kann. Der Draht 2, der einen Kern aus einer Kupfer-Silber-Legierung hat oder der komplett aus einer Kupfer-Silber-Legierung aufgebaut ist, kann im Durchmesser kleiner aufgebaut werden als herkömmliche Drähte für herkömmliche Schleifkontakte, um den gleichen Strom zu übertragen. Daher ist ein solcher Draht 2 kostengünstiger in der Herstellung und verbraucht weniger Res- sourcen. Der Draht 2 kann einfach herstellt werden und macht keine Probleme bei der Entsorgung oder Wiederaufbereitung. Schließlich kommt der Draht 2 auch völlig ohne Beryllium aus, was neuere Umweltanforderungen erfüllt.
Als Draht 2 kann ein Draht verwendet werden, wie in Figur 2 gezeigt ist und im Folgenden beschrieben wird. Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Drahts 12 für Schleifkontakte, wie sie beispielsweise in den Figuren 1 und 3 dargestellt sind. Der gezeigte Draht 12 ist ein Manteldraht 12 mit einem Kern 19 aus einer Kupfer-Silber-Legierung. Der Manteldraht 12 ist im Querschnitt rund. Die runde Oberfläche des Kerns 19 ist mit einem Mantel 20 umgeben, die eine zylindrische Beschichtung des Kerns 19 bildet. Der Mantel 20 besteht aus einer Gold-Legierung, die zu über 50 Gew.-% aus Gold besteht. Der Mantel 20 ist mechanisch auf den Kern 19 aufgetragen. Alternativ kann der Draht 12 auch mit einer dünnen Schicht aus einer solchen Gold-Legierung beschichtet sein.
Die Beschichtung 20 kann durch Walzplattieren, durch Sputtern oder galvanisch auf den Kupfer-Silber-Kern 19 des Drahts 12 aufgebracht werden. Um eine bessere Haltbarkeit der Be- Schichtung 20 auf dem Kern 19 des Drahts 12 zu erreichen, kann eine Zwischenschicht (nicht gezeigt) zwischen dem Kern 19 und der Beschichtung 20 vorgesehen sein. Die Zwischenschicht kann beispielsweise eine Chrom-Legierung sein, die galvanisch oder über Gasphasen- abscheidung auf dem Kern 19 aufgetragen ist.
Figur 3 zeigt eine schematische Ansicht eines alternativen erfindungsgemäßen Schleifkontakts 21. Der Schleifkontakt 21 ist mit einer Vielzahl von erfindungsgemäßen Drähten 22 aufgebaut und bildet so einen Vieldrahtschleifer beziehungsweise einen Bürstenkontakt. Die Drähte 22 sind durch eine Fixierung 23 gehalten. Die Fixierung 23 positioniert die Drähte 22 derart, dass sie in einem Abstand zu einer metallischen Schiene 26 gehaltert werden, der kleiner ist als der Teil der Länge der Drähte 22, die aus der Fixierung 23 ragen. Dadurch werden die Drähte 22 auf die metallische Schiene 26 gedrückt und verformen sich dabei elastisch. Durch die Federkraft der Drähte 22 werden diese stets auf die Schiene 26 ge¬ drückt, die den Gegenkontakt zu den Drähten 22 bildet. Über eine Leitung 28 werden die die Drähte 22 des Schleifkontakts 21 elektrisch kontaktiert. Ein Strom kann aus der Schiene 26 über die Drähte 22 übertragen werden. Wenn sich die Drähte 22 über die Schiene 26 bewegen, kann so stets Strom von der Schiene 26 auf die Drähte 22 übertragen werden.
Die Drähte 22 umfassen eine Kupfer-Silber-Legierung und können daher kleiner aufgebaut werden als Drähte für herkömmliche Schleifkontakte. Dadurch wird zum einen weniger Material verbraucht und zum anderen können kleinere Strukturen realisiert werden. Dies ist bei zunehmender Miniaturisierung vieler Bauteile vorteilhaft. Der gezeigte Schleifkontakt 21 kann beispielsweise bei einer Modelleisenbahn, so wie in Figur 3 gezeigt, realisiert werden.
Als Drähte 22 können insbesondere Drähte, wie sie in Figur 2 dargestellt und in der Beschrei- bung hierzu erläutert sind, verwendet werden.
Es hat sich herausgestellt, dass Kupfer-Silber-Legierungen mit bis zu 25 Gew.-% Silber und dem Rest aus Kupfer besonders gut geeignet sind, um einen erfindungsgemäßen Draht 2, 12, 22 für einen erfindungsgemäßen Schleifkontakt 1 , 21 aufzubauen. Zudem können geringe Beimengungen (unter 4 Gew.-%) anderer Metalle in der Legierung enthalten sein. Geeignete ge- ringe Beimengungen können beispielsweise Chrom oder Zirkonium sein.
Die in der voranstehenden Beschreibung, sowie den Ansprüchen, Figuren und Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln, als auch in jeder beliebigen Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 , 21 Schleifkontakt
2, 12, 22 Draht
3, 23 Fixierung
4 Vorrichtung
5 Aufhängung
6 Walze / Gegenkontakt
7 Nabe / Achse
8, 28 Leitung
19 Kern
20 Mantel
26 Schiene / Gegenkontakt

Claims

Patentansprüche
1. Draht (2, 12, 22) zum Herstellen eines Schleifkontakts (1 , 21), dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein innerer Kern (19) des Drahts (2, 12, 22) aus einer Kupfer-Silber-Legierung besteht.
2. Draht (2, 12, 22) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
sich der innere Kern (19) entlang der gesamten Länge des Drahts (2, 12, 22) erstreckt. 3. Draht (2, 12, 22) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Kupfer-Silber-Legierung bis zu 30 Gew.-% Silber hat, vorzugsweise 1 bis 25 Gew.-% Silber, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% Silber, ganz besonders bevorzugt 10 Gew.-% Silber. 4. Draht (2, 12, 22) nach einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupfer-Silber-Legierung geringe Beimengungen anderer Elemente mit einem Anteil unter 4 Gew.-%, insbesondere Zr und/oder Cr enthält, vorzugsweise mit einem Anteil von unter 1 Gew.-%, besonders bevorzugt mit einem Anteil von unter 0,1 Gew.-%. 5. Draht (2, 12, 22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Draht (2, 12, 22) eine Dicke von 0,1 mm bis 3 mm hat, vorzugsweise eine Dicke von 0,15 mm bis 2 mm. 6. Draht (2, 12, 22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Draht (2, 12, 22) ein aufgewickelter Endlos-Draht ist oder eine Länge von 10 mm bis 300 mm hat, vorzugsweise eine Länge von 20 mm bis 180 mm hat, besonders bevorzugt eine Länge von 30 mm bis 100 mm hat.
7. Draht (2, 12, 22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Draht (2, 12, 22) eine Beschichtung (20) aus einer Edelmetall-Legierung umfasst, bevorzugt eine Beschichtung (20) aus einer Gold-Legierung, besonders bevorzugt aus einer Gold-Legierung umfassend Silber, Kupfer und/oder Palladium, ganz besonders bevorzugt aus einer Legierung mit 70 Gew.-% Gold, 20 Gew.-% Silber und 10 Gew.-% Kupfer und/oder Palladium.
Draht (2, 12, 22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (20) eine galvanische Beschichtung (20) ist, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 0,1 pm bis 20 pm, besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke von 0,5 pm bis 2 μητι.
Draht (2, 12, 22) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Beschichtung (20) eine mechanisch aufgebrachte Mantelbeschichtung (20) ist, so dass der Draht (2, 12, 22) ein Manteldraht (12) ist, vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 5 pm bis 50 pm, besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke von 10 pm bis 25 pm.
Draht (2, 12, 22) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (20) ein Zylindermantel ist, die sich um den zylindrischen Kern (19) des Drahts (2, 12, 22) erstreckt.
Draht (2, 12, 22) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht (2, 22) aus der Kupfer-Silber-Legierung besteht.
Schleifkontakt (1 , 21) mit zumindest einem Draht (2, 12, 22) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Gegenkontakt (6, 26) vorgesehen ist, auf dessen leitender Oberfläche zumindest einer der Drähte (2, 12, 22) anliegt, wobei die Federkraft des Drahts (2, 12, 22) auf die leitende Oberfläche des Gegenkontakts (6, 26) einen elektrischen Kontakt zwischen dem Draht (2, 12, 22) und dem Gegenkontakt (6, 26) bewirkt und der Gegenkontakt (6, 26) gegen den Draht (2, 12, 22) beweglich ist, so dass die Oberfläche des Drahts (2, 12, 22) bei einer Bewegung des Gegenkontakts (6, 26) über den Gegenkontakt (6, 26) schleift.
13. Schleifkontakt (1 , 21) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass
der Gegenkontakt (6) drehbar gegen den Draht (2, 12, 22) gelagert ist und die leitende Oberfläche des Gegenkontakts (6) zumindest bereichsweise rotationssymmetrisch ist. Schleifkontakt (1 , 21) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (21) ein Vieldrahtschleifer (21) mit einer Vielzahl von miteinander elektrisch kontaktierten Drähten (2, 12, 22) ist.
Schleifkontakt (1 , 21) nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14 mit zumindest einem Draht (2, 12, 22) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkontakt (1 , 21) derart ausgebildet ist, dass zumindest einer der Drähte (2, 12, 22) mit seiner Beschichtung (20) auf dem Gegenkontakt (6, 26) anliegt.
Potentiometrischer Sensor, Potentiometer, Schieberegler, Positionssensor, Drehschalter, Elektromotor, Generator, Windturbine, Schleifringsystem, Stellantrieb oder Stromabnehmer mit einem Schleifkontakt (1 , 21) nach einem der Ansprüche 12 bis 15.
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