用于連續傳輸電流的滑環體制造技術

本發明專利技術涉及一種滑環體及其應用，其中，該滑環體包括基底材料和由金或金合金制成的滑動接觸面，并用支持基部固定滑動接觸面，而滑環體用于滑環傳輸器（尤其是在風力發電站或工業機器人中），以傳輸控制信號、控制電流和發電機電流。由此延長了工作壽命，提高了性能，獲得了更小的電壓降，并顯著地節省了金。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】用于連續傳輸電流的滑環體本專利技術涉及用于滑環傳輸器以連續傳輸電流的一種滑環體和制 造它的電鍍方法。當對電流傳輸性能(旋轉時的電壓變化)、工作壽命和維修便利性 有高要求時，常常應用帶有由不銹鋼或貴金屬附層制成的接觸系統的 旋轉電流傳輸器。其區分為帶有電流斷開的滑動觸頭和不帶有電流斷開的滑動觸頭"滑動觸頭在不連續的滑動導軌上均勻一致地運動(直流最小型發 電機)"在通電時，電刷觸頭滑過接觸部分到達新的靜止位置(轉動開關、 滑動開關)"滑動觸頭在閉合的滑動導軌上均勻一致地運動(滑環傳輸器)用于連續傳輸電流的典型結構是圓柱形滑環傳輸器或帶有印刷 電路板的平的傳輸器系統。電負載圖鐠顯示了數據傳輸(<1 A)和能量傳 輸(100-500A)。為了傳輸更高的電流(〉2A),視應用情況而把多個貴金 屬滑動觸頭平行地設置在滑動導軌上。在起重機的導線筒 (Leitungstrommeln)中、焊接機器人或風力發電站的發電機中，可以由 此傳輸高達500A的負載電流。在銅基上的鍍鎳基底上的筒單金鈷覆層具有波動的電壓降，并因 此影響傳輸質量。在大約3百萬至5百萬轉后，電壓降上升得非常明 顯，使得滑環傳輸器不再可以使用。電鍍的層次系統在基底上具有至少兩個不同的層。通常用于傳輸 電流的電鍍層次系統具有在黃銅基底上的大約0.5iiim厚的銅層和涂覆 在銅層上的2-5inm厚的鎳層，在鎳層上再次附著了 5-15pm厚的金銅鎘層。與簡單電鍍層相比，在基底上使用該層次系統取得了更長的工 作壽命。但是，與簡單的金鈷附層相比，出現了明顯升高的電壓降。 此外，出于生態或衛生方面的原因，并不希望使用鎘。本專利技術的目的在于，使電壓降變得更小、更均勻，并進一步延長 系統的工作壽命。在獨立權利要求中說明了該目的的解決辦法。在從屬權利要求中 說明了有利的實施例。根據本專利技術，滑動接觸面應用在比目前通常所用的襯墊更薄的硬 村墊上。這使其可以獲得至今無法取得的性能(電壓降的變化)，而電壓降在2A的條件下，直到5000000轉時，其仍然落在明顯低于0.5V 的恒定數值上。在進一步的運轉中，即使到至少10000000轉，仍然 可以獲得至少和現有技術中在1000000轉才可獲得的性能一樣好的性無論如何，硬度必須比迄今用作擴散阻擋層的鎳的硬度高。鉑族 金屬和摻磷的鎳具有對于本專利技術來說足夠的硬度。根據本專利技術的滑環 傳輸器適用于所有用于旋轉系統的電能傳輸和數據傳輸的應用，尤其 是風力發電站、機器人、焊接機器人、導線筒和雷達設備，這些系統 全都不能使用固定安裝的電流接口 。優選地，由金或由硬金合金制成的滑動接觸面的層厚明顯減小。 因此，根據本專利技術，不僅可顯著地減少金的用量，還可延長使用時間。適層厚減少了至少30%,特別地減少了至少50%。已經證明，層厚小 于lOinm,尤其是l-5pm，優選地是2-3pm——尤其是在使用由 Hera277(AuPdAg合金)制成的貴金屬滑線時。超過15mhi時，金覆層 越來越不經濟。而磨損決定與工作壽命有關的最小層厚。在合理的構造中，滑動接觸軌道的滑動接觸面可以是軌道形的。 軌道可以沿軸向地置在圓盤表面上或沿徑向設置在環外側。在合理的構造中，滑動接觸圓盤上作為軌道的滑動接觸面也可以 是圓盤形的。在圓盤上可以沿徑向設置彼此相鄰的多個軌道。已經證 明，印刷電路板適用于這種設計。在合理的構造中，滑動接觸環上作為軌道的滑動接觸面還可以是 環形的。多個環可以設置成在一條軸線上共軸。已經證明，滑動接觸面由具有鈷或鎳的金合金制成。合適的金鈷合金或金鎳合金具有50-99.8%(重量)的金、0.2-20%(重量)的鈷或鎳、 0-30%(重量)的其它合金成分。這些其它合金成分可以是其它摻雜了 硼、碳、硅或磷的貴金屬和銅。支持基部，具體地是設置在鍍鎳基底上的中間層，其由支持滑動 接觸面的硬材料制成，尤其是由復合物(Verbund)的最硬的材料制成。 已經證明,支持基部，尤其是中間層，由一個或多個鉑族金屬(PGM)或 其合金或硬化的鎳制成。用硼、碳、硅或磷摻雜的鎳、鈷和鐵適于用 作下層合金成分，以節省PGM。已經證明，在由銅合金例如黃銅、青 銅或鋯銅制成的鍍鎳基底上附有Pd的電鍍層。在有限范圍內鉑族金 屬可以由鐵金屬替換。而B、 C、 Si或P的摻雜提高了硬度。已經進一步證明，更硬的中間層附著在由鎳制成的擴散阻擋層 上。如果中間層應用為由用磷硬化的鎳，則可以節省鉑族金屬。在優 選實施例中，在銅基基底(例如黃銅)上設置了由鎳制成的擴散阻擋層。 在鎳擴散阻擋層上附著了由用磷硬化的鎳所制成的中間層。在硬化的 鎳上，附著有作為滑動接觸面的含有鎳的硬金層。這三層的優點在于 它們的不復雜性。鎳擴散不起作用，因為所有這三層都包括鎳。磷擴 散不是已知的。已經證明，中間層的層厚小于10pm，尤其是2-7pm,特別是 3-4,。已經證明，中間層實現成比滑動4妄觸面厚。有利地，由滑動接觸面制成的導電復合物和由其支持的中間層實現成厚度在3-10pm之間，尤其是在4-8|xm之間，而特別有利的是在 5-7pm之間。導電基底優選地是銅合金。已經證明的用于連續電流傳輸的銅合 金包括鋅(黃銅)、錫(青銅)或鋯。支持基部可以通過薄層例如擴散阻擋層或附著介質 (Haftvermittler)與滑動接觸面分開。這樣的層最好實現成厚度不超過 lpm，因為隨著薄層層厚的增加，支持基部的支持功能會受影響。信號、控制電流和發電機電流的滑環傳輸器(尤其是在風力發電站或工 業機器人中)的表面。下面參考附圖舉例說明本專利技術。附圖說明圖1顯示了依賴于與根據本專利技術的滑動接觸面的轉數(Umdrehung) 有關的電壓降；圖2顯示了在根據本專利技術的旋轉式電流傳輸開始時的波形圖； 圖3顯示了在4000000轉之后的波形圖； 圖4顯示了在10000000轉之后的波形圖；圖5a和5b顯示了滑環傳糸敘器;圖6顯示了用于確定電壓降和性能的試驗裝置； 圖7至圖9顯示了對圖1的比較圖； 圖10至圖12顯示了對圖2的比較波形圖 圖13至圖15顯示了對圖3的比較波形圖 圖16至圖18顯示了對圖4的比較波形圖在簡單的實施例(圖5b)中，電流傳輸器設計為環的形式，其中，滑動接觸面設置在環的外表面上。為了制造這樣的環，在黃銅環或青銅環的外側電鍍了 2pm的鎳，然后又附著了 5pm鎳磷。在鎳磷層中， 鎳摻有磷，由此該層明顯地比位于鎳磷層之下的鎳層硬。在用磷摻雜 的鎳層上，電鍍有4pm的金鎳合金。與不帶硬化的鎳層的滑環傳輸器相比，其具有更好的電流傳輸性 能和更高的耐磨性。在其它實施例形式(圖5b)中，在黃銅環外面電鍍有4(im的鎳層。 在該鎳層上電鍍有5pm厚的鈀層。在鈀層上，電鍍有5pm厚的由金 和鈷組成的硬金合金。由該方式生成的電流傳輸器在根據圖7的裝置 中予以評估。這兩個滑線行使在不同的軌跡上。試驗參數:—電負載24VDC/2A/ohmsch， 才妻觸力2-3cN, 彈簧長度45mm， 滑線d=0.5mm， 滑環體d=60mm， 轉速300/min.， 潤滑(Befettung):無， 轉數10000000滑動觸頭由Hera277(AuAgPd合金)形成。在根據圖1的波形圖中，顯示了在試驗開始時候的電壓降。在根 據圖2的波形圖中，表本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種滑環體，其包括基底材料以及由金或金合金制成的滑動接觸面，其特征在于，所述滑動接觸面利用支持基部而穩定。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B格勒特，R波爾森，
申請(專利權)人：WC賀利氏股份有限公司，
類型：發明
國別省市：DE[德國]