AT402125B

AT402125B - Schleifringsystem zur kraft- und momentenfreien übertragung von elektrischer leistung und elektrischen signalen auf einen um eine drehachse beliebig rotierenden körper

Info

Publication number: AT402125B
Application number: AT239893A
Authority: AT
Inventors: Karl Dipl Ing Filz; Thomas Dipl Ing Attwenger; Helmut Dr Gander; Johann Dr Prenninger; Markus Dr Vincze
Original assignee: Karl Dipl Ing Filz; Thomas Dipl Ing Attwenger; Helmut Dr Gander; Johann Dr Prenninger; Markus Dr Vincze
Priority date: 1993-11-26
Filing date: 1993-11-26
Publication date: 1997-02-25
Also published as: ATA239893A

Description

AT 402 125 B

Die Erfindung betrifft ein Schleifringsystem zur kraft- und momentenfreien Übenragung von elektrischer Leistung und oder elektrischen Signalen auf einen um eine Drehachse beliebig rotierenden Körper.

Die Übertragung elektrischer Energie undoder elektrischer Signale auf einen um eine Drehachse beliebig rotierenden Körper erfolgt hauptsächlich durch Schleifringe. Die Signalübertragung erfolgt bei Schleifringen durch elektrisch leitende Schleifer, die auf elektrisch leitenden Ringen schleifen. Durch diesen schleifenden Kontakt tritt zwischen dem am rotierenden Körper befestigten Schleifring und den Schleifern unerwünschte Haft- und/oder Gleitreibung auf, die nicht genau bestimmbar ist. Für rotierende Körper mit hoch genauer Lagerung, z.B. Luftlager, und/oder Positionierung bewirken diese durch Haft- und/oder Gleitreibung verursachten Kräfte und/oder Momente eine unzulässige Schiefstellung der Drehachse und/oder erschweren die Regelung der Rotation um die Drehachse.

Das Patent US-A-4890501 (Schumacher) verfügt über keine vollkommen getrennte Lagerung des Schleifringkörpers und des rotierenden Körpers. Der Schleifringkörper ist starr auf der Welle montiert und beeinflußt durch die auftretende Reibung zwischen Schleifer und Schleifringkörper die Bewegung der Welle (des rotierenden Körpers).

Der Zweck der Erfindung ist die weitgehende Vermeidung dieser durch Haft- und/oder Gleitreibung verursachten Kräfte und/oder Momente auf den rotierenden Körper. Die Übertragung erfolgt für den rotierenden Körper nahezu kraft- und momentenfrei und ist unabhängig von der Regelung oder Steuerung der Beschleunigung und/oder Drehzahl der Drehbewegung des rotierenden Körpers. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Schleifringkörper durch eine eigene Lagerung, die von der Lagerung des rotierenden Körpers vollkommen unabhängig ist, vom rotierenden Körper mechanisch vollständig getrennt ist.

Vorteilhaft werden durch die Erfindung folgende Anforderungen erfüllt: • elektrische Signale und/oder Energie werden auf einen um eine Drehachse beliebig rotierenden Körper übertragen • ohne auf den rotierenden Körper Haft- und/oder Gleitreibung auszuüben wie sie von einem Schleifringsystem verursacht werden, • mit einer nur aus hoch flexiblen Kabelschleifen bestehenden elektrischen Verbindung zwischen Schleifringsystem und rotierendem Körper, • mit einem Antrieb der ein Drehmoment auf den/die Schleifring/e aufbringt um den/diese den rotatorischen Bewegungen des rotierenden Körpers nachzuführen, • mit einer Kupplung zwischen Antrieb und Schleifring um ein Freischalten des Schleifringes zu ermöglichen, • mit einer Vorrichtung zur mechanischen Kopplung des Schleifringes an den rotierenden Körper um im Fehlerfall ein gewaltsames Trennen der elektrischen Verbindungen zu verhindern, • mit einem Sensor zur Erfassung der rotatorischen Position des Schleifrings relativ zum rotierenden Körper, und/oder • mit einem Drehgeber zur Erfassung des Verdrehwinkels des Schleifrings absolut zu dessen Befestigung.

Die Erfindung wird am deutlichsten durch Figur beschrieben.

Um diesen Anforderungen zu genügen wird das Schleifringsystem folgendermaßen ausgeführt. Auf die stillstehende Grundplatte 1 ist eine Achse 2 angeflanscht 25, die auch als Hohlachse ausgeführt werden kann. Diese Achse trägt das Lager 3, das je nach Anzahl der Schleifringe 6 als einzelnes Rillenkugellager oder Luftlager oder als Lagerkombination, bestehend z.B. aus einem Fest- und einem Loslager, ausgeführt wird. Auf diesem Lager läuft der Schleifringkörper 26. Der Schleifringkörper besteht aus einem elektrisch nicht leitenden, hohlen Kunststoffzylinder 5, den elektrisch leitenden Schleifringen, den elektrisch nicht leitenden Isolierringen 7 und der Sensorplatine 9. Die Schleifringe sind abwechselnd mit den Isolierringen über den Kunststoffzylinder geschoben und durch Kabel 8 mit der Sensorplatine verbunden. Die Sensorplatine ist fest mit dem Kunststoffzylinder verbunden und stellt die elektrische Verbindung zwischen dem Schleifringsystem und den Kabelschleifen 12 zum rotierenden Körper 13 her. Auf der Sensorplatine befindet sich ein Sensor 10, 11, der den relativen Verdrehwinkel zwischen Kunststoffzylinder und rotierendem Körper erfaßt und über einen Schleifring der Regeleinheit 22 zuführt. Dieser Sensor besteht aus einer oder mehreren Lichtquellen 11, z.B. Leuchtdioden, und einem oder mehreren diesen frontal gegenüberstehenden Photoempfängern 10, kann aber auch als optischer, induktiver, kapazitiver oder anders kontaktlos messender Sensor ausgeführt werden. Zur Erfassung des absoluten Verdrehwinkels dient der Drehgeber 4, der als Hallsensor, Inkrementalgeber oder sonstiger Drehgeber ausgeführt ist.

Die Bürstenträger 19 sind ebenfalls auf der Grundplatte montiert und tragen die aus elektrisch leitendem, federndem Material bestehenden Schleifer 18, die tangential an den Schleifringen schleifen. 2

Claims

AT 402 125 B Elektrische Signale und/oder Energie werden von den Schleifern durch einen schleifenden Kontakt auf die Schleifringe und von diesen über die Kabel zur Sensorplatine übertragen. Mit den Kabelschleifen 12 erfolgt dann die Übertragung auf den rotierenden Körper 13. Der Schleifringkörper wird durch einen eigenen Antrieb 23 bertrieben der direkt auf der Achse oder seitlich neben der Achse sitzt Der Antrieb bringt das Drehmoment über eine Kupplung 24 auf den Schleifringkörper auf. Durch die Kupplung kann der Antrieb vom Schleifringkörper entkoppelt werden. Der Antrieb kann elektro-magnetisch, pneumatisch, hydraulisch oder auch in einer anderen denkbaren Weise mit und ohne Getriebe verwirklicht werden. Außerhalb der Drehachse 27 des rotierenden Körpers werden ein oder mehrere Bolzen 15 am rotierenden Körper angebracht, die den Schleifringkörper mit dem rotierenden Körper mitdrehen, wenn der Antrieb, die Kupplung oder die Regeleinheit des Schleifringkörpers ausfallen. Zwischen den Bolzen und den zu diesen gehörenden Ausnehmungen im Schleifringkörper existiert ein radialer Luftspalt von zwei oder mehr Millimetern. Erst wenn der relative Verdrehwinkel zwischen Schleifringkörper und rotierendem Körper größer als eine einzustellende maximal zulässige Abweichung wird, berühren die Bolzen den Schleifringkörper. Der Aufprall der Bolzen auf den Schleifringkörper wird durch Puffer 20, 21 gedämpft, die in den Ausnehmungen des Schleifringkörpers montiert sind. Bevor die Bolzen mit den Puffern am Schleifringkörper in Kontakt kommen berühren sie je nach Drehrichtung einen der beiden auf der Sensorplatine tangential auf beiden Seiten eines Bolzen montierten Schalter 16 oder 17 und lösen über diesen die Kupplung. Damit ist der Antrieb vom Schleifringkörper entkoppelt. Die Regeleinheit kann als digitaler und/oder analoger Regler ausgeführt sein und regelt den relativen Verdrehwinkel zwischen Schleifringkörper und rotierendem Körper auf Null aus. Bei ordnungsgemäßer Funktion des Antriebs, der Regeleinheit, der Kupplung und aller anderen im Schleifringsystem vorhandenen Teile gibt die Regeleinheit ein Funktionssignal 28 aus um die Funktionstüchtigkeit des Systems anzuzeigen. Patentansprüche 1. Schleifringsystem zur kraft- und momentenfreien Übertragung von elektrischer Leistung und/oder elektrischen Signalen auf einen um eine Drehachse beliebig rotierenden Körper, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifringkörper (26) durch eine eigene Lagerung (3), die von der Lagerung des rotierenden Körpers (13) vollkommen unabhängig ist, vom rotierenden Körper mechanisch vollständig getrennt ist.
2. Schleifringsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifringkörper (26) mit einem eigenen Antrieb (23) versehen ist.
3. Schleifringsystem nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachführung des Schleifringkörpers (26) durch Messung des relativen Vedrehwinkels zwischen rotierendem Körper (13) und Schleifringkörper (26) mit einem kontaktlos messenden Sensor (10, 11) erfolgt.
4. Schleifringsystem nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachtuhrung des Schleifringkörpers (26) durch Messung des absoluten Verdrehwinkels des rotierenden Körpers (13) mit einem Drehgeber (4) erfolgt.
5. Schleifringsystem nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kupplung (24) den Antrieb (23) vom Schleifringkörper (26) im Fehlerfall entkoppelt.
6. Schleifringsystem nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere auf dem rotierenden Körper (13) befestigte Bolzen (15) bei Versagen der Regelung oder eines anderen Teiles der Nachführung den Schleifringkörper (26) mit dem rotierenden Körper (13) mitdrehen.
7. Schleifringsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Fehlerfall Bolzen (15) ein gewaltsames Trennen der Kabelschleifen (12) verhindern.
8. Schleifringsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Puffer (20, 21) den Aufprall beim mechanischen Mitnehmen durch Bolzen (15) vermindern. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 3