专利名称：滑动环单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于电相连两个相互彼此可转动的构造元件的滑动环单元。
背景技术：
滑动环单元通常此外由滑动环电刷和滑动体，特别是滑动环组成，其中滑动环电刷在运行时有到转动滑动环的滑行接触。该类型的滑动环单元使用在很多的技术领域中， 用以将电压，特别是信号或者电功率，例如从静止的电单元传导到转动的电单元上。在此重要的是，例如通过弹性的电刷元件给出在滑动环电刷和滑动环之间好的和持久的接触。例如为了电子相机的可转动结合可以需要，不仅高频数字图像信号而且模拟电流，例如相机的电流供应可被安全地传导。举例来说，在用于外科应用的医疗技术中可以安全地促使存在该类型可转动相机的愿望。在专利文献EP 1808941中示出了一种滑动环单元，在其中弯曲的电刷金属丝进一传导电压或者电流或信号到可转动的滑动环上。该类型的布置除了模拟电流之外当然不适合将通常在遮蔽线路中传导的高频数字信号从电刷金属丝安全地传导到与之相关的转动滑动环上。
发明内容本发明的任务在于，提供一种紧凑的滑动环单元用于可靠并安全传导电压，尤其是模拟电流和数字信号，该滑动环单元可以低成本生产。上述任务将通过权利要求1所述的技术特征得以解决。相应地本发明的滑动环单元如此配置，使其适用于两个相互彼此可转动的构造元件的电相连。其中一个构造元件被设计为具有电芯和屏蔽的第一电缆。所述滑动环单元包括与第一滑动体电接触的第一电刷元件。此外滑动环单元还包括与第二滑动体电接触的第二电刷元件，用于传导贴靠在电芯上的电压。最后滑动环单元还包括与第三滑动体电接触的第三电刷元件，用于传导贴靠在屏蔽上的电压或贴靠在屏蔽上的电势。第一滑动体具有轴向连续的凹槽，其中第一电缆被引导通过该凹槽以传导贴靠在电芯上的电压。第二电刷元件相对于该第三电刷元件具有径向偏移地被布置。在此可以通过各自电刷元件关于电刷元件的压力在各自滑动体上产生，该压力具有径向的方向分量(Richtimgskomponente)。第二电刷元件除了关于第三电刷元件的径向偏移此外还可以在轴向方向上被设置为交叠于第三电刷元件。也就是说，不仅第二电刷元件而且第三电刷元件被设置在滑动环单元的一个(一个以及相同的)截面中。滑动环单元的截面为通过滑动环单元的切面，该切面正交于转动轴定向。只要不存在无穷大的电阻，电流的传导原则上伴随着电压的传导。因此在下文电压的传导通常也可以理解为电流的传导。此外电信号在物理上也是基于电压，因此电压的传导也可意味着信号的传导。因为电压也经常被称为电势，特别是屏蔽电势通过滑动环也可传导。和第一滑动体电接触的第一电刷元件举例可以被构造为传导模拟电流用于电装置的功率供应。和第二滑动体电接触的第二电刷元件可以用于传导贴靠在电芯上的信号，尤其是
数字高频信号。通过本发明的结构方式实现了尤其有利的布置，使得通过紧凑的和制造技术简单的滑动环单元可以可转动地传导各种类型的电压，尤其是电流和数字信号。其中，对于信号的传导确保了有效的屏蔽。相应地屏蔽电势也被传导到相互彼此可转动的屏蔽线路上。有利地，滑动环单元包括多个第一电刷元件和多个第一滑动体用于传导电压，尤其是模拟电流，其中第一电刷元件和第一滑动体各自彼此具有轴向偏移地设置。有利的是一种结构方式，在其中第一滑动体具有轴向连续的中心孔用于容纳第一电缆。在这种情况下滑动体可以被设计成环状并且因此称为滑动环。在本发明的其它设计中第二电刷元件还可以设置为轴向偏移于第一电刷元件。在有利方式中，第一电缆相对于第一电刷元件可转动地设置。相应地第一电缆相对于第一滑动体不可转动地在滑动环单元中设置。例如在滑动环单元运行时第一电缆可以与第一滑动体转动。在本发明的其它设计中，通过滑动环单元电压可从第一电缆传导到第二电缆上， 其中第二电缆有电芯和屏蔽，其中第二电缆的屏蔽与套管(HUlse)电相连并且第一电缆的屏蔽与第三滑动体电相连，而且该套管以及第三滑动体在轴向并且尤其也在径向方向上交叠布置。第一电缆和第二电缆可以被设计为同轴电缆。待传导的电压，尤其是数字信号，相对地说经常具有高的频率。超过250MHz或高于IGHz并不罕见。在此重要地是，滑动环单元考虑到数字信号的传导不能放射电磁干扰脉冲并且尤其保护免受外部电磁场的影响。特别地，在医疗技术中的应用时关于这需要较高程度的安全性。有利地，电压，尤其是模拟电流，通过滑动环单元可从第三电缆传导到第四电缆上。其中第三电缆可被引导通过第一滑动体的轴向连续的凹槽。在有利的构造类型中滑动环单元如此被配置，使得通过滑动环单元电压，尤其是模拟电流，从第三电缆可传导到第四电缆上，并且电压，尤其是数字信号，从第一电缆可传导到第二电缆上，其中第四电缆在滑动环单元的壳体内部被引导为偏移径向到第二电缆的外部。 在本发明的其它设计中，或者第二电刷元件或者第三电刷元件或者两个电刷元件被设计为空心体。在此电刷元件的其中之一或者两个可以如此配置，使得相关电刷元件或者两个电刷元件具有径向弹性的特性。尤其地，第二电刷元件或者第三电刷元件或者两个电刷元件可以具有径向弹性的簧片。对此可替换地，第二电刷元件或者第三电刷元件或者两个电刷元件也可以被设计为具有圈状几何的平的螺旋弹簧，用于可以实现相对软的滑动接触。有利地，第一电缆的电芯与导电的第二滑动体电连接并且布置有填料，该填料包绕第二滑动体和电芯用于吸收至少一部分对于滑动环单元运行所必须的扭矩。此外滑动环单元为了吸收至少一部分对于滑动环单元运行所必须的扭矩可以如此设计，电压，尤其是数字信号，可从第一电缆传导到第二电缆上并且第二电缆具有电芯和屏蔽，其中第二电缆的电芯与导电的元件电连接。在此设有填料，该填料包绕元件和电芯。 该元件可以用作为用于第二电刷元件的保持器，使得在滑动环单元运行时由切线摩擦力产生的扭矩通过该元件导入到滑动环单元中。填料可以被理解成例如首先可流动的然后可硬化的材料，也可为粘合剂。在本发明的其它设计中，填料被套管包绕。另外，当a)滑动体或者b)所述的元件各自具有至少一个凹槽用于将填料与滑动体或元件的力配合连接时，可以实现扭矩传导的改善。从从属权利要求中得出本发明有利的构造。根据本发明的滑动环单元的其它细节和优点将经由实施例的下面描述结合附图得出。
图1示出了滑动环单元的剖视图；图2示出了滑动环单元的剖视图的细节，尤其是用于传导数字信号的区域；图3示出了滑动环单元的剖视图的细节部分，尤其是用于传导模拟信号的区域；图如示出了传导数字信号的电刷元件的侧视图；图4b示出了传导数字信号的电刷元件的俯视图；图fe示出了另一个用于传导屏蔽电势的电刷元件的侧视图；图恥示出了另一个用于传导屏蔽电势的电刷元件的俯视图。
具体实施方式实施例中介绍的滑动环单元用于电压的传导，在此特别是模拟电流和数字信号的传导，使得例如可转动的电子相机可与静止的单元相连。例如用于伺服电机(例如变焦驱动)运动的电流以及相机电子运行的电流考虑为模拟电流。相机交付于高频数字信号的图像传导，该信号同样可以通过滑动环单元无干扰地传导。根据图1，滑动环单元包括定子1和转子2。转子2经由轴承3的帮助相对于定子 1可转动地布置。此外第一电缆21与转动轴同心地被引导在转子2中(如图3所示)，该第一电缆21被设计成所谓的同轴电缆。第一电缆21用于传导具有GHz范围内频率的数字信号。它具有中心导电的电芯21. 1，该电芯21. 1被绝缘层21. 2包绕。在该绝缘层21. 2方面，其被屏蔽21. 3包绕，其中屏蔽21. 3在所介绍的实施例中包括金属网。此外第一电缆21 具有外绝缘21. 4。根据图1，第一电缆21的屏蔽21. 3与作为(第三)滑动体的套管2. 3电相连，例如通过卷边连接。此外第一电缆21的电芯21. 1在这里通过焊接连接与销2. 2电接触和机械抗扭固定。销2. 2具有中心轴向的盲孔，电芯21. 1被引导在该盲孔中。如下将阐述地那样，销2. 2在滑动环单元中作用为(第二)滑动体。为此在滑动环单元的装配中可以产生所述焊接连接，在套管2. 3中加入有径向定位孔2. 31，以确保设定焊接位置的可接近性。为了加强电芯21. 1和用作为滑动体的销2. 2之间的机械连接，通过孔2. 31在焊接后加入填料2. 6，该填料在此贡献于吸收在滑动环单元运行时产生的扭矩。为此目的在销2. 2上此外还设有在图中未示出的径向凹槽，但是原则上如接下来所描述的槽1. 41 一样被设计。填料2. 6被套管2. 3包绕，使得在套管2. 3和销2. 2之间或者在套管2. 3和电芯21. 1之间的径向距离在轴向截面中用填料2. 6填满。因此不仅套管2. 3而且销2. 2和电芯21. 1被填料 2. 6包绕。套管2. 3被转子2的构件2. 5所包绕，该构件2. 5支撑在轴承3上。第一电缆21径向被第三电缆22包绕，其由多个绝缘的单链(Einzellitzen)组成。第三电缆22的单链各自径向向外通过在转子2的电绝缘的支撑套管2. 4中的缝隙引导至各自的第一滑动体，这里引导至各自的滑动环2. 1。在滑动环2. 1的径向内侧上第三电缆22的单链各自接触。滑动环2. 1在绝缘支撑套管2. 4上轴向具有轴向偏移Y地彼此排列，其中必要时在相邻的滑动环2. 1之间布置有不导电的绝缘环。在所示实施例中所有的滑动环2. 1同轴布置。每个滑动环2. 1具有环绕的槽，该槽具有V型的几何(也如图3所示)°此外在定子1的壳体1. 10中同轴地设有第二电缆11。靠近该第二电缆11第四电缆12基本上轴向平行地延伸。第二电缆11用于数字信号的传导并且被设计成同轴电缆，同样原则上如第一电缆21构造，使得其具有电芯11. 1、绝缘11. 2、屏蔽11. 3和绝缘的外层11. 4。屏蔽11. 3例如通过卷边连接与空心体2. 7电相连。在空心体2. 7上在轴向延伸中固定有另外的套管， 该套管下面称为保持套管1.7。如图2中详细示出，第二电缆11的电芯11. 1通过焊接连接1. 8与套管形元件1. 4 电并且机械抗扭地连接。该套管形元件1.4具有以槽1.41形状的凹槽。可选择地，为此还可以在套管形元件1. 4中加入多个凹槽。焊接通过径向孔1. 71在保持套管1. 7中进行。 在焊接处理后填料1. 6通过孔1. 71压入在保持套管1. 7和元件1. 4之间或者在保持套管 1.7和电芯11. 1之间的空腔中。之后填料1.6硬化并且用于吸收至少一部分用于滑动环单元运行所必须的扭矩。通过凹槽1. 41该连接的承受性被加强，通过该凹槽1. 41产生填料 1. 6与套管形元件1. 4的力配合的连接。此外还实现了填料1. 6与保持套管1. 7的力配合的连接。由于填料1. 6的容积如此被分配，使得填料1. 6也保留在孔1. 71中，从而其在此在径向上超过保持套管1. 7的内径并且由此在此也同样产生形状配合。另外在填料2. 6和套管2. 3之间的转子侧的连接类似于与定子侧的填料1. 6的所述连接被构造。第四电缆12用于传导模拟电流并同样具有多个单链。在壳体1.10的内部单链与第一电刷元件1.1接触。第一电刷元件1.1在所示例子中在保持物上固定，其设计为电路板并且此外在图中并未描述。第一电刷元件1.1此外在这实施为弹性的金属丝弧 (Drahtbugel)，金属丝弧彼此布置为具有轴向偏移Y。弹性的金属片用作为第二电刷元件1. 2，其布置在作为第二滑动体的销2. 2和套管形元件1.4之间。在图如和仙中示出了第二电刷元件1.2。该第二电刷元件1.2由薄 (0. 1毫米)的金属条片制成，该金属条片被弯曲成开环并且加入到通过腐蚀处理的槽或缺口中，以生成簧片1.21。该簧片1.21为了获得弹性效果径向向内弯曲。每个簧片1.21还包括经由弯曲处理产生的径向向内取向的前凸，该前凸用于产生在销2. 2表面上的滑动接触。第二电刷元件1. 2可以轴向地插入到元件1. 4中，其中通过在元件1. 4中的反弹产生第二电刷元件1. 2相对于套管形元件1. 4的轴向保护。
与此类似地，第三电刷元件1. 3按照图如和恥所示构造，其同样包括弹性的簧片
I.31。第三电刷元件1. 3按照同样的原则在保持套管1. 7中被固定，就如第二电刷元件1. 2 在套管形元件1. 4中一样。为了清楚起见在图恥中省略描述通过在电刷元件1. 3中缝隙的可见轮廓。在第二电刷元件1. 2和第三电刷元件1. 3被这样固定后，销2. 2和套管2. 3可以被插入到电刷元件1. 2或1. 3中。此后定子侧的保持套管1. 7和转子侧的套管2. 3在轴向方向上交叠地布置，这尤其对于遮蔽电磁辐射有意义，因为保持套管1.7和套管2. 3与屏蔽
II.3,21. 3 电接触。在滑动环单元的运行时转子2的转动轴同时为滑动环单元的转动轴，由此转子2 可以围绕转动轴相对于所有的电刷元件1. 1、1.2、1.3转动。通过该新的结构实现了及其紧凑和可靠的滑动环单元。尤其地，不仅在相互彼此可转动的第一与第二电缆21、11之间的数字信号而且在相互彼此可转动的第三和第四电缆12、22之间的模拟电流可以通过滑动环单元被传导。此外该结构方式特征还在于，第一电缆21被引导到通过轴向相互排列的滑动环2. 1形成的空腔中。另外第二电刷元件1. 2相对于第三电刷元件1. 3具有径向偏移 X(如图2)地布置。该结构允许了极其可靠的电传导，其虽然各滑动接触允许了关于电磁干扰的不敏感运行。为了吸收径向的均衡运动，支持套管1. 7和/或套管形元件1. 4可以径向浮动地布置在滑动环单元中。另外也可以省略轴承3，尤其省略在壳体1. 10中进一步处于里面的轴承3。特别地在这样的结构中机器元件，例如说止动环，可以被设于转子2相对定子的轴向安全。此外在滑动环单元的结构改动中可以如此设计第二和第三电刷元件，使得他们吸收轴承结构意义上的径向力。当然滑动环单元的功能方式也可以反过来，使得定子1运行时转动并且转子2固定。
权利要求
1.用于电相连两个相互彼此可转动的构造元件(11、12；21,22)的滑动环单元，其中一个构造元件被设计为具有电芯1)和屏蔽01.3)的第一电缆(21)，并且所述滑动环单元包括第一电刷元件(1. 1)，其与第一滑动体(2. 1)电接触；包括第二电刷元件(1.2)，其与第二滑动体(2. 2)电接触，用于传导贴靠在电芯1) 上的电压；包括第三电刷元件(1.3)，其与第三滑动体(2. 3)电接触，用于传导贴靠在屏蔽01.3) 上的电压；其中第一滑动体(2. 1)具有轴向连续的凹槽，第一电缆被引导通过该凹槽以传导贴靠在电芯1)上的电压并且第二电刷元件(1.2)相对于该第三电刷元件(1.3)具有径向偏移(X)地被布置。
2.根据权利要求1所述的滑动环单元，其特征在于，所述滑动环单元包括多个第一电刷元件(1. 1)和多个第一滑动体(2. 1)用于传导电压，其各自具有轴向偏移(Y)地彼此被布置。
3.根据权利要求1或2所述的滑动环单元，其特征在于，第一滑动体(2.1)具有轴向连续的中心孔用于容纳第一电缆01)。
4.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，第二电刷元件(1. 轴向偏移于第一电刷元件(1. 1)被布置。
5.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，第一电缆相对于第一电刷元件(1. 1)可转动。
6.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，通过滑动环单元电压可从第一电缆传导到第二电缆(11)上，其中第二电缆(11)具有电芯(11.1)和屏蔽(11. 3)，其中屏蔽(11.3)与套管(1.7)电相连，以及第一电缆的屏蔽01.3)与第三滑动体(2.3)电相连，以及套管(1. 7)和第三滑动体(2. 3)在轴向方向上交叠布置。
7.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，通过滑动环单元电压可从第三电缆02)传导到第四电缆(12)上并且第三电缆02)被引导通过第一滑动体(2. 1) 的轴向连续的凹槽。
8.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，通过滑动环单元电压可从第三电缆02)传导到第四电缆(12)上并且此外电压可从第一电缆传导到第二电缆 (11)上，其中第四电缆(12)在滑动环单元的壳体(1. 10)的内部被引导为偏移径向到第二电缆(U)的外部。
9.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，第二电刷元件(1.幻和/或第三电刷元件(1. 每个被设计为空心体并且如此配置，使得电刷元件(1.2、1.；3)具有径向弹性的特性。
10.根据权利要求9的滑动环单元，其特征在于，第二电刷元件(1. 和/或第三电刷元件(1.3)具有径向弹性的簧片(1.21、1.31)。
11.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，第一电缆01.1)的电芯(21. 1)与第二滑动体0.2)电相连并且布置有填料O. 6)，该填料包绕第二滑动体(2.2) 和电芯1)，用于吸收至少一部分对于滑动环单元运行所必须的扭矩。
12.根据前述权利要求任一所述的滑动环单元，其特征在于，通过滑动环单元电压可从第一电缆传导到第二电缆(11)上，并且第二电缆(11)具有电芯(11.1)和屏蔽 (11. 3)，其中第二电缆(11)的电芯(11. 1)和元件(1.4)电相连，其中布置有填料(1.6)，所述填料包绕元件(1.4)和电芯(11. 1)，用于吸收至少一部分对于滑动环单元运行所必须的扭矩。
13.根据权利要求11或12任一所述的滑动环单元，其特征在于，填料(1.6,2. 6)被套管(1. 7)或第三滑动体(2. 3)包绕。
14.根据权利要求11或13任一所述的滑动环单元，其特征在于，滑动体(2.3)具有凹槽用于填料0.6)与滑动体0.3)的力配合连接。
15.根据权利要求12、13或14任一所述的滑动环单元，其特征在于，元件(1.4)具有凹槽(1.41)用于填料(1.6)与元件(1.4)的力配合连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于电相连两个相互彼此可转动的构造元件(11、12；21、22)的滑动环单元，其中一个构造元件被设计为具有电芯(21.1)和屏蔽(21.3)的第一电缆(21)。所述滑动环单元包括第一、第二和第三电刷元件(1.1、1.2、1.3)以及第一、第二和第三滑动体(2.1、2.2、2.3)。第一滑动体(2.1)具有轴向连续的凹槽，第一电缆(21)被引导通过该凹槽以传导贴靠在电芯(21.1)上的电压并且第二电刷元件(1.2)相对于该第三电刷元件(1.3)具有径向偏移(X)地被布置。
文档编号H01R39/64GK102217151SQ200980141328
公开日2011年10月12日 申请日期2009年9月10日 优先权日2008年10月15日
发明者L·安格波因特纳, N·弗里泽 申请人:Ltn伺服技术有限责任公司, 迈恩德电子有限责任公司