用于制造用于滑环的电刷块的设备和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于全自动地制造用于滑环装置的电刷块的方法。制造步骤包括：对载体金属丝进行机械变形，将接触件插入和接通，定长切断各个电刷块，选择性地电镀电刷侧的部段，进行自动化的印刷电路板安装。
【专利说明】
用于制造用于滑环的电刷块的设备和方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于制造用于滑环的电刷块的设备及方法。
【背景技术】
[0002]WO 2013/03063公开了通过如下方式制造一种电刷元件:在能导电的第一载体上施加能导电的接触件，其中，应将预成形的接触件沿纵向方向插入载体中。
[0003]US 5,315,758公开了这样制造一种电刷元件:将由贵金属制成的接触件施加到载体材料的凹部中或者直接施加到载体材料上。为了改进电刷元件在滑轨上的挤压力而建议，电刷元件设有弯曲部。
【发明内容】
[0004]本发明的任务在于，设计一种方法，该方法能够实现至少部分自动化地和/或优选全部自动化地制造和装配电刷块。这引起在品质保持不变的情况下更有效的、更快速的和更精确的制造和装配工艺与高的重复率。
[0005]该任务通过根据权利要求1所述的方法解决。本发明的有利的方案在从属权利要求中给出。
[0006]电刷块包括载体，该载体优选构造为电路板或印刷电路板并且承载和电接通在下文中称为电刷的至少一个电刷元件。电刷可以包括能导电的金属丝段与已被施加的接触件。电刷因此包括至少一个连接区域和至少一个接触区域。所使用的印刷电路板可以是单层的、多层的或柔性的印刷电路板。印刷电路板此外可以含有标记，这些标记能够实现印刷电路板种类和印刷电路板层的自动识别。此外，在制造电刷块之后可以紧接着进行电缆的自动化的钎焊、旋紧或压入。也能够自动实现到滑环壳体中的安装。
[0007]制造工艺基本上可以划分为两个主要部分:
[0008]-制造所述至少一个电刷；
[0009]-将所述至少一个电刷安装在电路板上以形成电刷块。
[0010]无接触件的电刷由能导电的金属丝材料制成，该金属丝材料在下面称为半成品。半成品优选是由非贵金属构成的圆金属丝或其它形状的材料、例如四边形材料或板条。半成品可以是基于铜的、基于铁的、或者为了更好的可焊接性还可以是镀锡的。在具有接触件的电刷中，所使用的用于接触件的半成品可以是基于金的或基于银的、即贵金属亦或碳原料，分别以圆金属丝、四边形棒/金属丝形式的铆钉。也可设想耐燃烧的材料或通过例如添加钨的合金作为用于接触件的半成品。
[0011]为了工作步骤的自动化可以使用工业机械手，这些工业机械手具有用于物体识别的光学拍摄系统以及电感的和/或电容的接近传感器以及用于电导通检查和实施焊接工艺的系统。工业机械手的优点在于高的重复精度、高的可用性、非常好的加工质量、员工保护、高的生产速度和低的生产成本。
[0012]根据本发明的另一种方案，也可以借助于设备对部分PVD或CVD涂覆的金属丝进行处理。具有已涂覆和未被涂覆的部分区域的预处理的金属丝在此由辊提供或已经如此预定长切断地提供，使得预定长切断的部件分别具有一个被涂覆的区域和一个未被涂覆的区域。在PVD或CVD方法中完全被涂覆的金属丝或部件也能够由此供应。对此可以使用光学系统如照相机、反射光栅或磁性传感器、涡流传感器或用于识别部分被涂覆的或完全被涂覆的金属丝段的电容传感器或这样协调的机器周期，使得压印机和冲裁机在正确的部位处将金属丝分离和压印。
[0013]此外也能够制造无接触件的部分被涂覆的或完全被涂覆的弹簧接触件。
[0014]根据本发明的另一种方案也可行的是，对已经完成定长切断的金属丝进行接纳、处理和定向地电镀。在此，至少在金属丝的一部分上施加由贵金属或青铜合金构成的涂层。在此，可以仅对金属丝的部段进行涂覆或者对金属丝与预先施加的接触件一起进行涂覆。这根据所使用的合金来改进电学和/或机械特性。
[0015]电刷也能够仅包括金属丝或金属丝弯头。金属丝的端部能够除了将接触件安置在设置用于与滑动轨道接触的侧面上之外也倒圆地设计或者电镀。弹簧接触件的使用也是可行的，这些弹簧接触件同样能够借助于机械手或装配机电接通到为了接通而设想的金属丝端部上。
[0016]制造工艺优选包括下述步骤:
[0017]a)提供
[0018]1.在本发明的一种优选的方案中连续地提供均匀的半成品。所述提供优选经由滚筒或辊实现。
[0019]?.在另一种实施形式中由滚筒或辊供应经CVD或PVD涂覆的材料。
[0020]ii1.在另一种实施形式中供应预定长切断的均匀的金属丝段。
[0021]iv.在另一种实施形式中供应经CVD或PVD涂覆的预定长切断的单个金属丝。
[0022]b)压印接触面
[0023]1.可选地可行的是，在稍后施加接触件的部位处借助于压力冲头或辊压机压印出“扁平部”或“凹部”(提供面状接触)。在另一种实施形式中还设置第二压印部，用于改进成品电刷的可定位性。
[0024]c)施加接触件
[0025]1.接触件通过第一工业机械手被施加。
[0026]?.接触件通过装配机被施加。
[0027]接触件与接通面的接通优选借助于铆接、压入、激光焊接、火焰焊接、电阻焊接、摩擦焊接、钎焊或导电粘接实现。
[0028]ii1.如果电刷仅由金属丝段构成，则省去该工作步骤。
[0029]d)分离
[0030]优选地，第一工业机械手的夹持器在所属的金属丝段处接纳电刷并且借助于冲裁机或剪板机或激光将其从连续材料中分离出，使得切割段包含金属丝段和在其上接通的接触件，所述金属丝段和接触件共同形成电刷。夹持器可以是工业机械手的或其它机器的部件。
[0031]1.在任意的位置处分离。
[0032]i1.如果电刷仅由金属丝段构成，则所分离的部段仅仅包含仅一个扁平部位。
[0033]ii1.在一种替选的实施形式中，所分离的段仅由未被涂覆的、部分被涂覆的或预涂覆的无压印部的金属丝段构成。
[0034]e)功能检查
[0035]1.紧接着所述接通可以进行电刷的导通检查。导通检查能够通过下述单元进行，该单元执行接触件的施加，或者能够通过单独的单元进行。
[0036]i1.如果电刷仅由金属丝段构成，则能够省去该工作步骤。
[0037]f)运输
[0038]1.第一工业机械手或装配机借助于夹持器将电刷引向运输元件。
[0039]-在传送带上轴承套的合适的接纳
[0040]-具有压印的沟槽的传送带
[0041]-在光滑的传送带上
[0042]-或者第一机械手将电刷直接运输到下一个加工步骤。
[0043]也能够使用多重夹持器，使得在一个工作步骤中可以接纳和处理多个电刷。
[0044]g)使所述至少一个电刷弯曲
[0045]弯曲过程在一种优选的实施形式中设计为，使得通过金属丝的多次来回弯曲在弯曲部位处产生金属丝的冷作硬化。通过在弯曲部位处的冷作硬化提高材料强度。由此可以提高弹簧常数。弯曲部位在一种优选的实施形式中构成有半径，因为这引起改进的弹性特性。但弯折的实施方案也是可行的。电刷通过第二工业机械手供应给处理站，该第二工业机械手也可以是第一工业机械手。
[0046]也能够使用已经预定长切断的和/或预弯曲的半成品。即，所述部件能够在步骤c中安装接触件之后或者在步骤e中电功能检查之后直接装配到电路板中。
[0047]1.所述至少一个电刷能够借助于第二工业机械手的夹持器或经由传送带运输至弯曲机。
[0048]在弯曲设备中，下部的金属丝端部能够气动地或者以其它方式被夹紧或者借助于第二工业机械手或其它机器引入到导向装置中，使得电刷的该部分能够随着接触件运动并且另一端部是固定的。也可行的是，弯曲过程直接在已安装状态中在印刷电路板中进行。
[0049]i1.在一个替选的实施方案中仅夹紧金属丝段。
[0050]ii1.在使用多重夹持器的情况下同时夹紧多个金属丝段。
[0051 ] iV.弯曲工艺也能够在处理工艺开始时进行，在步骤a、b、c、d或e中的每个步骤之后进行。
[0052]h)安装
[0053]1.优选地，借助于第二工业机械手的夹持器将所述至少一个电刷接纳或保持在弯曲机中并且在下一个步骤中将其插入到电路板中。
[0054]i)钎焊过程
[0055]1.在一种优选的实施形式中，所述至少一个电刷借助于钎焊方法例如波峰钎焊、火焰钎焊、电阻钎焊、感应钎焊、激光钎焊、选择性钎焊或回流钎焊来固定。
[0056]j)涂油/电镀
[0057]1.在另一种有利的实施形式中，如果涂油是必需的并且在安装之前稍后清洁所述至少一个电刷或电刷块不是必需的，则接触部能够在所述工艺之前借助于浸油润滑以合适的稀释剂(油与溶剂)涂油(在银的情况下晦暗保护(Anlaufschutz)也是可行的)。电刷同样能够借助于电镀池进行电镀。
[0058]对此，所述至少一个电刷能够通过第二工业机械手或传送带以其尖部浸到油池或电镀池中。
[0059]k)检查
[0060]1.电刷块或至少一个电刷或钎焊部位能够借助于光学系统检查正确的处理。
【附图说明】
[0061 ]下面不局限于一般性发明构思借助于实施例参考附图示例性地描述本发明。
[0062]图1示出半成品供应以及压印过程；
[0063]图2示出电刷的定长切断过程以及通过工业机械手进行的接纳；
[0064]图3示出在传送带上的电刷；
[0065]图4示出PVD或CVD涂覆工艺；
[0066]图4a示出经PVD或CVD涂覆的金属丝；
[0067]图5示出电镀工艺或电刷部件的预涂油；
[0068]图6示出通过工业机械手接纳电刷；
[0069]图7示出通过工业机械手将电刷装入到印刷电路板；
[0070 ]图8示出具有多重夹持器的工业机械手；
[0071]图9示出具有电刷块的滑环装置；
[0072]图10示出电刷块。
【具体实施方式】
[0073]图1公开一种以圆形金属丝20形式的半成品11，该金属丝被卷绕在辊10上。金属丝20在第一步骤中被供应给压机的处理站。通过冲头30在金属丝20中压制出凹部12或扁平部
12。随后将接触件40装入到凹部或扁平部中，并且例如通过钎焊使接触件40与金属丝导电连接。接通工艺在此没有示出。
[0074]图2公开了通过工业机械手60对在步骤a-e的至少一个步骤中已处理的半成品的继续运输。工业机械手60夹持金属丝20，并且切割工具50将金属丝20分离为，使得被分离的段包括金属丝和接触件40。
[0075]图3公开了将电刷100靠放到传送带80上。电刷100能够由可导电的金属丝段与已被施加的接触件40构成。电刷因此包括连接区域13和至少一个接触区域14。
[0076]图4公开了物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)涂覆的基本方案。优选地，该涂层以连续的或准连续的过程被施加。作为替选方案也能够以一批的单个金属丝或金属带实施。由第一滚筒81能够供应未被涂覆的金属丝或金属带。所述金属丝或金属带优选被掩盖件82掩盖，该掩盖件具有用于待被涂覆的面的开口 86。所述面可以暴露于对于PVD或CVD处理所需的等离子体85、气体或任意的前体或任何其它试剂或介质。此外，所述过程在真空室中在待涂覆的材料的开放的面86上实施。在设备的另一端部上存在用于卷绕局部被涂覆的金属丝的第二滚筒83。
[0077]图4a公开了一种连续金属丝66或一种金属带或者这种金属丝或金属带的至少部分，该部分具有多个已处理的滑环电刷的长度。金属丝或金属带的预先确定的部段67通过使用至少一个电机极板(Elektrodenpad)进行电镀。在电镀金属丝或金属带之后，将连续金属丝66切成段，使得每个段包含被涂覆的部段和未被涂覆的部段。
[0078]图5公开了电刷100的电镀涂覆。在此，仅接触件的侧面被涂覆。通过浸入油、油池90中，电刷100也能够为了特定的应用而局部地预涂油。
[0079]图6公开了一种工业机械手60，该工业机械手从传送带80拾取电刷100。
[0080]图7公开了在下一个步骤中的工业机械手60，该工业机械手将预弯曲的电刷100装配到印刷电路板110中用于最终装配。
[0081]图8公开了一种工业机械手60，该工业机械手具有用于同时接纳多个电刷100并且将其装配到印刷电路板110中的多重夹持器附件。
[0082]在图9中示出了滑环的俯视图。在滑环壳体200中设有至少一个滑环模块210以及至少一个电刷块120。滑环模块210优选借助于模块载体211相对于滑环壳体200可转动地固定在轴212上。滑环模块210围绕轴转动，在该轴的中部示出装置的旋转轴线。至少一个第一电刷101以及至少一个第二电刷102与所述至少一个滑环模块210相嵌接，所述第一电刷和所述第二电刷优选通过至少一个印刷电路板110保持并且特别优选地借助于该印刷电路板接通并且共同形成电刷块120。在此，两个电刷101、102在滑环模块210的相同的轨道上运行并且相互电连接。所述至少一个电刷块120通过至少一个插接连接器223经由至少一个电缆224与至少一个外部插接连接器262连接。滑环壳体优选具有四个侧面，这些侧面特别优选以直角相对于其相邻的侧面设置。第一侧面优选包括安装壁240，该安装壁特别优选具有用于固定滑环壳体200的至少一个固定元件241。第二侧面优选包括通向电刷载体空间250的开口，该开口优选能够通过电刷载体覆盖件251封闭。第三侧面优选包括通向连接器空间260的开口，该开口优选能够通过连接器覆盖件261封闭。该连接器覆盖件261优选用作用于外部插接连接器、例如第一外部插接连接器262和第二外部插接连接器263的载体。为了能够实现将所述至少一个电缆224从电刷载体空间250穿引到连接器空间260中，优选设有至少一个电缆穿引部264。这可以是一个简单的开口，该开口优选利用密封剂密封。特别优选地，使用持久弹性的密封材料、例如硅酮。第四侧面优选包括通向模块空间270的开口，在该模块空间中设置有滑环模块210。该开口优选能够利用模块覆盖件271封闭。滑环壳体优选由金属例如锌或铝制成，特别优选以注塑技术制成。替选地，壳体也可以包括塑料材料、特别优选包括纤维增强的、例如通过玻璃纤维和/或碳纤维增强的塑料材料。优选地，为了密封覆盖件251、261和271而设有密封件231。这可以是环绕的密封件、例如密封条亦或套装的和/或注塑的塑料密封件和/或橡胶密封件。
[0083 ]在图1O中示出按本发明的电刷块120。电刷块具有载体、优选印刷电路板110。印刷电路板110用于接纳电刷101、102以及接纳用于连接电刷101、102的印制导线160。电刷在此以V形从载体伸出。通过该结构形式，至少两个、但通常四个电刷块120可以围绕滑环模块设置，这能够实现更高的接触数。印制导线在此具有连接孔161，连接金属丝能够通过该连接孔插接和钎焊。在此示例性地一对接触弹簧借助于印制导线相互电连接。通过该并联连接能够减小接触电阻，提高可靠性和减小接触噪声。电刷块120的固定能够经由具有孔169的固定元件168实现。在所述电刷载体覆盖件251下方示出轴承壳体290，在该轴承壳体中优选存在轴承，该轴承能实现模块相对于滑环壳体的转动。
[0084]附图标记列表
[0085]10辊
[0086]11半成品
[0087]12扁平部/凹部
[0088]13连接区域
[0089]14接触区域
[0090]20金属丝[0091 ]30冲头
[0092]40接触件
[0093]50切割工具
[0094]60工业机械手
[0095]66连续金属丝
[0096]67预先确定的部段
[0097]80传送带
[0098]81第一滚筒
[0099]82掩盖件
[0100]83第二滚筒
[0101]85等离子体
[0102]86开口
[0103]90涂层池/油池
[0104]100电刷
[0105]101第一电刷
[0106]102第二电刷
[0107]HO印刷电路板
[0108]120电刷块
[0109]160印制导线
[0110]161连接孔
[0111]168固定元件
[0112]169孔
[0113]200滑环壳体
[0114]210滑环模块
[0115]211模块载体
[0116]212轴
[0117]223插接连接器
[0118]224 电缆
[0119]231密封件
[0120]240安装壁
[0121]250电刷载体空间
[0122]251电刷载体覆盖件
[0123]260连接器空间
[0124]261连接器覆盖件
[0125]262插接连接器
[0126]263插接连接器
[0127]264电缆穿引部
[0128]270模块空间
[0129]271覆盖件
[0130]290轴承壳体
【主权项】
1.用于制造电刷块(120)的方法，该电刷块具有至少一个电刷(100、101、102)和至少一个载体(110)，其中，所述至少一个电刷(100、11、102)包括连接区域和接触区域， 所述方法包括下述步骤: a)供应由能导电的材料构成的半成品(11); b)在半成品(11)中压制出凹部(12)或扁平部(12); c)借助于机械手(60)或装配机将接触件装入到所述半成品(11)的压制出的扁平部(12)或凹部(12)中，并且在半成品(11)和接触件(40)之间建立导电连接； d)将所述半成品(11)分割成至少一个电刷(100、101、102)，使得电刷(100、101、102)相应地包括一个接触件(40)以及一段半成品(11); e)通过工业机械手(60)接纳和转移所述至少一个电刷(100、101、102); f)以一个弯曲角使所述至少一个电刷(100、101、102)弯曲； g)将所述至少一个电刷(100、11、102)装入到印刷电路板(110)中； h)将所述至少一个电刷(100、11、12)与印刷电路板(110)钎焊； i)光学检查所述电刷块(120)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)中的所述至少一个电刷(100、101、102)借助于工业机械手(60)转移或运输到传送带(80)上。3.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所述至少一个电刷(100、101、102)在步骤e)或f)之前在能导电地连接的接触件(40)的侧面上进行电镀涂覆合金。4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 在步骤f)中通过由所述工业机械手(60)多次来回弯曲所述至少一个电刷(100、101、102)来设定所述至少一个电刷(100、101、102)的弹簧常数。5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所述电刷块(120)在步骤f)之前在能导电地连接的接触件(40)的侧面上在含油的溶液中进行预涂油。6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 在步骤a)之前对来自第一滚筒(81)的半成品(11)进行PVD涂覆，并且紧接着将其再次卷绕到第二滚筒(83)上。7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所使用的工业机械手(60)借助于光学系统识别待夹持的电刷块(100)。8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所使用的工业机械手(60)借助于多重夹持器实施夹持动作。9.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所使用的工业机械手(60)借助于单个的夹持器实施夹持动作。10.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所述工业机械手(60)在接触件(40)的接通工艺之后在步骤c)、d)或e)之前实施电刷(100、101、102)的电导通检查。11.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所述工业机械手(60)在接触件(40)的接通工艺之后借助于焊接附件实施。12.根据上述权利要求之一所述的方法，其中， 所述至少一个电刷(100、101、102)在步骤g)中借助于钎焊方法固定在载体(110)上。13.用于制造电刷块(120)的方法，该电刷块具有至少一个电刷(100、101、102)和至少一个载体(110)，其中，所述至少一个电刷(100、11、102)包括连接区域和接触区域， 所述方法包括下述步骤: a)供应金属丝(20); b)定长切断金属丝(20); c)通过工业机械手(60)使所述至少一个电刷(100、101、102)弯曲； d)将所述至少一个电刷(100、11、102)装入到印刷电路板(110)中； e)将所述至少一个电刷(100、11、12)与印刷电路板(110)钎焊； f)光学检查所述电刷块(120)。14.根据权利要求13所述的方法，其中， 在步骤b)之前在半成品(11)中压制出凹部(12)或扁平部(12)。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中， 在步骤b)之前，借助于机械手(60)或装配机将接触件插入到半成品(11)的压制出的扁平部(12)或凹部(12)中，在半成品(11)和接触件(40)之间建立能导电的连接。
【文档编号】H01R43/12GK106025767SQ201610195688
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】C·霍尔茨阿普费尔, P·海因布赫, B·施特劳布, K·巴尔克
【申请人】滑动环及设备制造有限公司