專利名稱：滑動環單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1所述的用于電相連兩個相互彼此可轉動的構造元件的滑動環單元。
背景技術：
滑動環單元通常此外由滑動環電刷和滑動體，特別是滑動環組成，其中滑動環電刷在運行時有到轉動滑動環的滑行接觸。該類型的滑動環單元使用在很多的技術領域中， 用以將電壓，特別是信號或者電功率，例如從靜止的電單元傳導到轉動的電單元上。在此重要的是，例如通過彈性的電刷元件給出在滑動環電刷和滑動環之間好的和持久的接觸。例如為了電子相機的可轉動結合可以需要，不僅高頻數字圖像信號而且模擬電流，例如相機的電流供應可被安全地傳導。舉例來說，在用于外科應用的醫療技術中可以安全地促使存在該類型可轉動相機的愿望。在專利文獻EP 1808941中示出了一種滑動環單元，在其中彎曲的電刷金屬絲進一傳導電壓或者電流或信號到可轉動的滑動環上。該類型的布置除了模擬電流之外當然不適合將通常在遮蔽線路中傳導的高頻數字信號從電刷金屬絲安全地傳導到與之相關的轉動滑動環上。
發明內容本發明的任務在于，提供一種緊湊的滑動環單元用于可靠并安全傳導電壓，尤其是模擬電流和數字信號，該滑動環單元可以低成本生產。上述任務將通過權利要求1所述的技術特征得以解決。相應地本發明的滑動環單元如此配置，使其適用于兩個相互彼此可轉動的構造元件的電相連。其中一個構造元件被設計為具有電芯和屏蔽的第一電纜。所述滑動環單元包括與第一滑動體電接觸的第一電刷元件。此外滑動環單元還包括與第二滑動體電接觸的第二電刷元件，用于傳導貼靠在電芯上的電壓。最后滑動環單元還包括與第三滑動體電接觸的第三電刷元件，用于傳導貼靠在屏蔽上的電壓或貼靠在屏蔽上的電勢。第一滑動體具有軸向連續的凹槽，其中第一電纜被引導通過該凹槽以傳導貼靠在電芯上的電壓。第二電刷元件相對于該第三電刷元件具有徑向偏移地被布置。在此可以通過各自電刷元件關于電刷元件的壓力在各自滑動體上產生，該壓力具有徑向的方向分量(Richtimgskomponente)。第二電刷元件除了關于第三電刷元件的徑向偏移此外還可以在軸向方向上被設置為交疊于第三電刷元件。也就是說，不僅第二電刷元件而且第三電刷元件被設置在滑動環單元的一個(一個以及相同的)截面中。滑動環單元的截面為通過滑動環單元的切面，該切面正交于轉動軸定向。只要不存在無窮大的電阻，電流的傳導原則上伴隨著電壓的傳導。因此在下文電壓的傳導通常也可以理解為電流的傳導。此外電信號在物理上也是基于電壓，因此電壓的傳導也可意味著信號的傳導。因為電壓也經常被稱為電勢，特別是屏蔽電勢通過滑動環也可傳導。和第一滑動體電接觸的第一電刷元件舉例可以被構造為傳導模擬電流用于電裝置的功率供應。和第二滑動體電接觸的第二電刷元件可以用于傳導貼靠在電芯上的信號，尤其是
數字高頻信號。通過本發明的結構方式實現了尤其有利的布置，使得通過緊湊的和制造技術簡單的滑動環單元可以可轉動地傳導各種類型的電壓，尤其是電流和數字信號。其中，對于信號的傳導確保了有效的屏蔽。相應地屏蔽電勢也被傳導到相互彼此可轉動的屏蔽線路上。有利地，滑動環單元包括多個第一電刷元件和多個第一滑動體用于傳導電壓，尤其是模擬電流，其中第一電刷元件和第一滑動體各自彼此具有軸向偏移地設置。有利的是一種結構方式，在其中第一滑動體具有軸向連續的中心孔用于容納第一電纜。在這種情況下滑動體可以被設計成環狀并且因此稱為滑動環。在本發明的其它設計中第二電刷元件還可以設置為軸向偏移于第一電刷元件。在有利方式中，第一電纜相對于第一電刷元件可轉動地設置。相應地第一電纜相對于第一滑動體不可轉動地在滑動環單元中設置。例如在滑動環單元運行時第一電纜可以與第一滑動體轉動。在本發明的其它設計中，通過滑動環單元電壓可從第一電纜傳導到第二電纜上， 其中第二電纜有電芯和屏蔽，其中第二電纜的屏蔽與套管(HUlse)電相連并且第一電纜的屏蔽與第三滑動體電相連，而且該套管以及第三滑動體在軸向并且尤其也在徑向方向上交疊布置。第一電纜和第二電纜可以被設計為同軸電纜。待傳導的電壓，尤其是數字信號，相對地說經常具有高的頻率。超過250MHz或高于IGHz并不罕見。在此重要地是，滑動環單元考慮到數字信號的傳導不能放射電磁干擾脈沖并且尤其保護免受外部電磁場的影響。特別地，在醫療技術中的應用時關于這需要較高程度的安全性。有利地，電壓，尤其是模擬電流，通過滑動環單元可從第三電纜傳導到第四電纜上。其中第三電纜可被引導通過第一滑動體的軸向連續的凹槽。在有利的構造類型中滑動環單元如此被配置，使得通過滑動環單元電壓，尤其是模擬電流，從第三電纜可傳導到第四電纜上，并且電壓，尤其是數字信號，從第一電纜可傳導到第二電纜上，其中第四電纜在滑動環單元的殼體內部被引導為偏移徑向到第二電纜的外部。 在本發明的其它設計中，或者第二電刷元件或者第三電刷元件或者兩個電刷元件被設計為空心體。在此電刷元件的其中之一或者兩個可以如此配置，使得相關電刷元件或者兩個電刷元件具有徑向彈性的特性。尤其地，第二電刷元件或者第三電刷元件或者兩個電刷元件可以具有徑向彈性的簧片。對此可替換地，第二電刷元件或者第三電刷元件或者兩個電刷元件也可以被設計為具有圈狀幾何的平的螺旋彈簧，用于可以實現相對軟的滑動接觸。有利地，第一電纜的電芯與導電的第二滑動體電連接并且布置有填料，該填料包繞第二滑動體和電芯用于吸收至少一部分對于滑動環單元運行所必須的扭矩。此外滑動環單元為了吸收至少一部分對于滑動環單元運行所必須的扭矩可以如此設計，電壓，尤其是數字信號，可從第一電纜傳導到第二電纜上并且第二電纜具有電芯和屏蔽，其中第二電纜的電芯與導電的元件電連接。在此設有填料，該填料包繞元件和電芯。 該元件可以用作為用于第二電刷元件的保持器，使得在滑動環單元運行時由切線摩擦力產生的扭矩通過該元件導入到滑動環單元中。填料可以被理解成例如首先可流動的然后可硬化的材料，也可為粘合劑。在本發明的其它設計中，填料被套管包繞。另外，當a)滑動體或者b)所述的元件各自具有至少一個凹槽用于將填料與滑動體或元件的力配合連接時，可以實現扭矩傳導的改善。從從屬權利要求中得出本發明有利的構造。根據本發明的滑動環單元的其它細節和優點將經由實施例的下面描述結合附圖得出。
圖1示出了滑動環單元的剖視圖；圖2示出了滑動環單元的剖視圖的細節，尤其是用于傳導數字信號的區域；圖3示出了滑動環單元的剖視圖的細節部分，尤其是用于傳導模擬信號的區域；圖如示出了傳導數字信號的電刷元件的側視圖；圖4b示出了傳導數字信號的電刷元件的俯視圖；圖fe示出了另一個用于傳導屏蔽電勢的電刷元件的側視圖；圖恥示出了另一個用于傳導屏蔽電勢的電刷元件的俯視圖。
具體實施方式實施例中介紹的滑動環單元用于電壓的傳導，在此特別是模擬電流和數字信號的傳導，使得例如可轉動的電子相機可與靜止的單元相連。例如用于伺服電機(例如變焦驅動)運動的電流以及相機電子運行的電流考慮為模擬電流。相機交付于高頻數字信號的圖像傳導，該信號同樣可以通過滑動環單元無干擾地傳導。根據圖1，滑動環單元包括定子1和轉子2。轉子2經由軸承3的幫助相對于定子 1可轉動地布置。此外第一電纜21與轉動軸同心地被引導在轉子2中(如圖3所示)，該第一電纜21被設計成所謂的同軸電纜。第一電纜21用于傳導具有GHz范圍內頻率的數字信號。它具有中心導電的電芯21. 1，該電芯21. 1被絕緣層21. 2包繞。在該絕緣層21. 2方面，其被屏蔽21. 3包繞，其中屏蔽21. 3在所介紹的實施例中包括金屬網。此外第一電纜21 具有外絕緣21. 4。根據圖1，第一電纜21的屏蔽21. 3與作為(第三)滑動體的套管2. 3電相連，例如通過卷邊連接。此外第一電纜21的電芯21. 1在這里通過焊接連接與銷2. 2電接觸和機械抗扭固定。銷2. 2具有中心軸向的盲孔，電芯21. 1被引導在該盲孔中。如下將闡述地那樣，銷2. 2在滑動環單元中作用為(第二)滑動體。為此在滑動環單元的裝配中可以產生所述焊接連接，在套管2. 3中加入有徑向定位孔2. 31，以確保設定焊接位置的可接近性。為了加強電芯21. 1和用作為滑動體的銷2. 2之間的機械連接，通過孔2. 31在焊接后加入填料2. 6，該填料在此貢獻于吸收在滑動環單元運行時產生的扭矩。為此目的在銷2. 2上此外還設有在圖中未示出的徑向凹槽，但是原則上如接下來所描述的槽1. 41 一樣被設計。填料2. 6被套管2. 3包繞，使得在套管2. 3和銷2. 2之間或者在套管2. 3和電芯21. 1之間的徑向距離在軸向截面中用填料2. 6填滿。因此不僅套管2. 3而且銷2. 2和電芯21. 1被填料 2. 6包繞。套管2. 3被轉子2的構件2. 5所包繞，該構件2. 5支撐在軸承3上。第一電纜21徑向被第三電纜22包繞，其由多個絕緣的單鏈(Einzellitzen)組成。第三電纜22的單鏈各自徑向向外通過在轉子2的電絕緣的支撐套管2. 4中的縫隙引導至各自的第一滑動體，這里引導至各自的滑動環2. 1。在滑動環2. 1的徑向內側上第三電纜22的單鏈各自接觸。滑動環2. 1在絕緣支撐套管2. 4上軸向具有軸向偏移Y地彼此排列，其中必要時在相鄰的滑動環2. 1之間布置有不導電的絕緣環。在所示實施例中所有的滑動環2. 1同軸布置。每個滑動環2. 1具有環繞的槽，該槽具有V型的幾何(也如圖3所示)°此外在定子1的殼體1. 10中同軸地設有第二電纜11。靠近該第二電纜11第四電纜12基本上軸向平行地延伸。第二電纜11用于數字信號的傳導并且被設計成同軸電纜，同樣原則上如第一電纜21構造，使得其具有電芯11. 1、絕緣11. 2、屏蔽11. 3和絕緣的外層11. 4。屏蔽11. 3例如通過卷邊連接與空心體2. 7電相連。在空心體2. 7上在軸向延伸中固定有另外的套管， 該套管下面稱為保持套管1.7。如圖2中詳細示出，第二電纜11的電芯11. 1通過焊接連接1. 8與套管形元件1. 4 電并且機械抗扭地連接。該套管形元件1.4具有以槽1.41形狀的凹槽。可選擇地，為此還可以在套管形元件1. 4中加入多個凹槽。焊接通過徑向孔1. 71在保持套管1. 7中進行。 在焊接處理后填料1. 6通過孔1. 71壓入在保持套管1. 7和元件1. 4之間或者在保持套管 1.7和電芯11. 1之間的空腔中。之后填料1.6硬化并且用于吸收至少一部分用于滑動環單元運行所必須的扭矩。通過凹槽1. 41該連接的承受性被加強，通過該凹槽1. 41產生填料 1. 6與套管形元件1. 4的力配合的連接。此外還實現了填料1. 6與保持套管1. 7的力配合的連接。由于填料1. 6的容積如此被分配，使得填料1. 6也保留在孔1. 71中，從而其在此在徑向上超過保持套管1. 7的內徑并且由此在此也同樣產生形狀配合。另外在填料2. 6和套管2. 3之間的轉子側的連接類似于與定子側的填料1. 6的所述連接被構造。第四電纜12用于傳導模擬電流并同樣具有多個單鏈。在殼體1.10的內部單鏈與第一電刷元件1.1接觸。第一電刷元件1.1在所示例子中在保持物上固定，其設計為電路板并且此外在圖中并未描述。第一電刷元件1.1此外在這實施為彈性的金屬絲弧 (Drahtbugel)，金屬絲弧彼此布置為具有軸向偏移Y。彈性的金屬片用作為第二電刷元件1. 2，其布置在作為第二滑動體的銷2. 2和套管形元件1.4之間。在圖如和仙中示出了第二電刷元件1.2。該第二電刷元件1.2由薄 (0. 1毫米)的金屬條片制成，該金屬條片被彎曲成開環并且加入到通過腐蝕處理的槽或缺口中，以生成簧片1.21。該簧片1.21為了獲得彈性效果徑向向內彎曲。每個簧片1.21還包括經由彎曲處理產生的徑向向內取向的前凸，該前凸用于產生在銷2. 2表面上的滑動接觸。第二電刷元件1. 2可以軸向地插入到元件1. 4中，其中通過在元件1. 4中的反彈產生第二電刷元件1. 2相對于套管形元件1. 4的軸向保護。
與此類似地，第三電刷元件1. 3按照圖如和恥所示構造，其同樣包括彈性的簧片
I.31。第三電刷元件1. 3按照同樣的原則在保持套管1. 7中被固定，就如第二電刷元件1. 2 在套管形元件1. 4中一樣。為了清楚起見在圖恥中省略描述通過在電刷元件1. 3中縫隙的可見輪廓。在第二電刷元件1. 2和第三電刷元件1. 3被這樣固定后，銷2. 2和套管2. 3可以被插入到電刷元件1. 2或1. 3中。此后定子側的保持套管1. 7和轉子側的套管2. 3在軸向方向上交疊地布置，這尤其對于遮蔽電磁輻射有意義，因為保持套管1.7和套管2. 3與屏蔽
II.3,21. 3 電接觸。在滑動環單元的運行時轉子2的轉動軸同時為滑動環單元的轉動軸，由此轉子2 可以圍繞轉動軸相對于所有的電刷元件1. 1、1.2、1.3轉動。通過該新的結構實現了及其緊湊和可靠的滑動環單元。尤其地，不僅在相互彼此可轉動的第一與第二電纜21、11之間的數字信號而且在相互彼此可轉動的第三和第四電纜12、22之間的模擬電流可以通過滑動環單元被傳導。此外該結構方式特征還在于，第一電纜21被引導到通過軸向相互排列的滑動環2. 1形成的空腔中。另外第二電刷元件1. 2相對于第三電刷元件1. 3具有徑向偏移 X(如圖2)地布置。該結構允許了極其可靠的電傳導，其雖然各滑動接觸允許了關于電磁干擾的不敏感運行。為了吸收徑向的均衡運動，支持套管1. 7和/或套管形元件1. 4可以徑向浮動地布置在滑動環單元中。另外也可以省略軸承3，尤其省略在殼體1. 10中進一步處于里面的軸承3。特別地在這樣的結構中機器元件，例如說止動環，可以被設于轉子2相對定子的軸向安全。此外在滑動環單元的結構改動中可以如此設計第二和第三電刷元件，使得他們吸收軸承結構意義上的徑向力。當然滑動環單元的功能方式也可以反過來，使得定子1運行時轉動并且轉子2固定。
權利要求
1.用于電相連兩個相互彼此可轉動的構造元件(11、12；21,22)的滑動環單元，其中一個構造元件被設計為具有電芯1)和屏蔽01.3)的第一電纜(21)，并且所述滑動環單元包括第一電刷元件(1. 1)，其與第一滑動體(2. 1)電接觸；包括第二電刷元件(1.2)，其與第二滑動體(2. 2)電接觸，用于傳導貼靠在電芯1) 上的電壓；包括第三電刷元件(1.3)，其與第三滑動體(2. 3)電接觸，用于傳導貼靠在屏蔽01.3) 上的電壓；其中第一滑動體(2. 1)具有軸向連續的凹槽，第一電纜被引導通過該凹槽以傳導貼靠在電芯1)上的電壓并且第二電刷元件(1.2)相對于該第三電刷元件(1.3)具有徑向偏移(X)地被布置。
2.根據權利要求1所述的滑動環單元，其特征在于，所述滑動環單元包括多個第一電刷元件(1. 1)和多個第一滑動體(2. 1)用于傳導電壓，其各自具有軸向偏移(Y)地彼此被布置。
3.根據權利要求1或2所述的滑動環單元，其特征在于，第一滑動體(2.1)具有軸向連續的中心孔用于容納第一電纜01)。
4.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，第二電刷元件(1. 軸向偏移于第一電刷元件(1. 1)被布置。
5.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，第一電纜相對于第一電刷元件(1. 1)可轉動。
6.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，通過滑動環單元電壓可從第一電纜傳導到第二電纜(11)上，其中第二電纜(11)具有電芯(11.1)和屏蔽(11. 3)，其中屏蔽(11.3)與套管(1.7)電相連，以及第一電纜的屏蔽01.3)與第三滑動體(2.3)電相連，以及套管(1. 7)和第三滑動體(2. 3)在軸向方向上交疊布置。
7.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，通過滑動環單元電壓可從第三電纜02)傳導到第四電纜(12)上并且第三電纜02)被引導通過第一滑動體(2. 1) 的軸向連續的凹槽。
8.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，通過滑動環單元電壓可從第三電纜02)傳導到第四電纜(12)上并且此外電壓可從第一電纜傳導到第二電纜 (11)上，其中第四電纜(12)在滑動環單元的殼體(1. 10)的內部被引導為偏移徑向到第二電纜(U)的外部。
9.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，第二電刷元件(1.幻和/或第三電刷元件(1. 每個被設計為空心體并且如此配置，使得電刷元件(1.2、1.；3)具有徑向彈性的特性。
10.根據權利要求9的滑動環單元，其特征在于，第二電刷元件(1. 和/或第三電刷元件(1.3)具有徑向彈性的簧片(1.21、1.31)。
11.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，第一電纜01.1)的電芯(21. 1)與第二滑動體0.2)電相連并且布置有填料O. 6)，該填料包繞第二滑動體(2.2) 和電芯1)，用于吸收至少一部分對于滑動環單元運行所必須的扭矩。
12.根據前述權利要求任一所述的滑動環單元，其特征在于，通過滑動環單元電壓可從第一電纜傳導到第二電纜(11)上，并且第二電纜(11)具有電芯(11.1)和屏蔽 (11. 3)，其中第二電纜(11)的電芯(11. 1)和元件(1.4)電相連，其中布置有填料(1.6)，所述填料包繞元件(1.4)和電芯(11. 1)，用于吸收至少一部分對于滑動環單元運行所必須的扭矩。
13.根據權利要求11或12任一所述的滑動環單元，其特征在于，填料(1.6,2. 6)被套管(1. 7)或第三滑動體(2. 3)包繞。
14.根據權利要求11或13任一所述的滑動環單元，其特征在于，滑動體(2.3)具有凹槽用于填料0.6)與滑動體0.3)的力配合連接。
15.根據權利要求12、13或14任一所述的滑動環單元，其特征在于，元件(1.4)具有凹槽(1.41)用于填料(1.6)與元件(1.4)的力配合連接。
全文摘要
本發明涉及一種用于電相連兩個相互彼此可轉動的構造元件(11、12；21、22)的滑動環單元，其中一個構造元件被設計為具有電芯(21.1)和屏蔽(21.3)的第一電纜(21)。所述滑動環單元包括第一、第二和第三電刷元件(1.1、1.2、1.3)以及第一、第二和第三滑動體(2.1、2.2、2.3)。第一滑動體(2.1)具有軸向連續的凹槽，第一電纜(21)被引導通過該凹槽以傳導貼靠在電芯(21.1)上的電壓并且第二電刷元件(1.2)相對于該第三電刷元件(1.3)具有徑向偏移(X)地被布置。
文檔編號H01R39/64GK102217151SQ200980141328
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月10日 優先權日2008年10月15日
發明者L·安格波因特納, N·弗里澤 申請人:Ltn伺服技術有限責任公司, 邁恩德電子有限責任公司