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Die
Erfindung betrifft einen Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
zur Übertragung eines elektrischen Stromes bei rotatorisch
bewegten Teilen. Mittels des Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
können beispielsweise Stromrichter oder auch elektrische
Maschinen gespeist werden. Ein weiteres beispielhaftes Anwendungsgebiet
eines Flüssigmetall-Dreh-Übertragers ist die Übertragung
von Signalen zur Steuerung eines oder mehrerer Maschinenteile.
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Üblicherweise
erfolgt die elektrische Stromzufuhr zu einem rotierenden Teil über
Schleifringe, da diese kostengünstig sind. Diese Schleifringe
unterliegen mechanischem Abrieb, also Verschleiß. Die Gewährleistung
einer unterbrechungsfreien Signalübertragung ist technisch
aufwendig.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es die elektrische Stromübertragung
bei Flüssigmetall-Dreh-Übertragern zu verbessern.
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In
der
WO 2005/062432
A1 bzw. der
WO 2007/147657
A1 ist beschrieben, anstelle der herkömmlichen
Kupferschleifringkontakte Flüssigmetalllegierungen zu verwenden.
Hierzu wird an einem feststehenden Teil und dem gegenüber
diesem rotierenden Teil jeweils eine Stromübertragungsfläche
bereitgestellt, wobei die beiden Stromübertragungsflächen
zwischen sich einen Spalt bilden, in den die Flüssigmetalllegierung
eingebracht wird. Damit wird ein elektrischer Kontakt geschaffen,
bzw. werden elektrische Kontakte geschaffen und gleichzeitig wird die
Drehbarkeit des rotierenden Teils gegenüber dem feststehenden
Teil nicht beeinträchtigt.
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Bei
einem Flüssigmetall-Dreh-Übertrager sind die Schleifkontakte
konventioneller Schleifringe durch ein Flüssigmetall ersetzt,
das beispielsweise mittels Kapillarkräften in einem Spalt
zwischen zwei drehbar gegeneinander gelagerten Kontakt ringen gehalten
wird. Gegenüber den konventionellen Schleifringen hat dies
den Vorteil, dass kein Abrieb auftritt und verschleißfreie Übertrager
realisiert werden können. Darüber hinaus entfallen
mögliche Spannungseinbrüche oder eine Funkenbildung
beim Abheben der Schleifkontakte.
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Auch
bei einem Flüssigmetall-Dreh-Übertrager kann es
allerdings zu Problemen bei der Stromübertragung kommen,
wobei dies beispielsweise in nicht homogenen Spannungsabfällen über
das Flüssigmetall resultiert.
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Um
einen Spannungsabfall an den Kontaktringen zu vermeiden, ist es
angezeigt, die Kontaktringe z. B. aus Kupfer zu fertigen. Gute Werkstoffe für
elektrische Leiter, wie Kupfer oder Aluminium, werden allerdings
oft schon bei niedrigen Temperaturen vom Flüssigmetall
angelöst und gehen mit diesem Flüssigmetall (z.
B. Galinstan®) eine feste Legierung
ein, so dass die sichere Funktion des Drehübertragers abhängig
von der Betriebszeit nicht mehr gewährleistet sein kann.
Galinstan® ist eine oft silberne, eutektische
Legierung aus Gallium, Indium und Zinn. Galinstan® ist
also eine Legierung, welche Gallium, Indium und Zinn aufweist und
sich als Flüssigmetall eignet, da es ungiftig ist und auch
noch bei Temperaturen nahe oberhalb des Gefrierpunktes flüssig bleibt.
Als Flüssigmetall kann neben anderen geeigneten Metallen
jedoch beispielsweise auch Quecksilber oder eine andere Flüssigkeit,
die beispielsweise Gallium, Indium und Zinn aufweist, verwendet
werden.
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Molybdän
ist beispielsweise dafür bekannt, gegenüber Galinstan® beständig zu sein, so
dass es als Material selbst oder als Beimengung zu einem Material
für den Kontaktring verwendet werden kann. Leider hat Molybdän
wie auch weitere geeignete Metalle den Nachteil einer gegenüber
Kupfer stark verringerten Leitfähigkeit. Die Leitfähigkeit
von Molybdän beträgt etwa ein Drittel der Leitfähigkeit
von Kupfer. Ein weiteres Material welches zur Ausbildung eines oder
mehrerer Kontaktringe verwendet werden kann, ist Stahl. Vorteilhaft
wird ein spezieller Typ von Stahl eingesetzt, welcher gegen über
dem Flüssigmetall beständig ist. Im Vergleich
zu Kupfer haben Stähle in der Regel allerdings auch eine
geringere Leitfähigkeit.
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Wird
ein Kontaktring des Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
nur an einer Stelle des Kontaktrings zum Anschluss z. B. eines Kabels
elektrisch kontaktiert um einen elektrischen Anschluss an eine Spannungsquelle
bzw. einen sich drehenden elektrischen Verbraucher herzustellen,
so wird die Problematik des erhöhten spezifischen elektrischen
Widerstandes des Kontaktwerkstoffes dadurch verschärft, dass
die resultierende Stromdichte entlang der Kontaktringe stark ungleichmäßig
ist, sowohl das Flüssigmetall als auch die Kontaktringe
als Leiter schlecht ausgenützt werden, der Gesamtwiderstand
hoch ist und es zu lokalen Überhitzungen auf Grund der
lokalen ohmschen Verluste kommen kann. Stehen sich die Kabel an
einem Außenring und an einem Innenring des Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
im Extremfall direkt gegenüber, so wird näherungsweise
lediglich ein Stromfluss an den Kontaktringen und am Flüssigmetall
im Bereich direkt zwischen den Kabeln stattfinden und der restliche
Bereich der Kontaktringe und des Flüssigmetalls bleibt
für die Leistungsübertragung ungenutzt bzw. schlecht
genutzt. Darüber hinaus kann das Problem auftreten, dass
abhängig vom Verdrehwinkel eines feststehenden Kontaktringes
gegenüber einem drehbar gelagerten Kontaktring der Weg
zwischen dem Kabel von der Spannungsquelle und dem Kabel zum Verbraucher
unterschiedlich lang ist und sich der Widerstand somit abhängig
vom Verdrehwinkel ändert.
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Um
nun eine Übertragung mit möglichst geringem Widerstand,
und/oder einer möglichst gleichmäßigen
Stromdichteverteilung und/oder einer entschärften Verdrehwinkelabhängigkeit
zu realisieren, wird beispielsweise das Folgende vorgeschlagen.
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Die
Stromversorgung wird von der Spannungsquelle an einer Verteilerschiene
auf eine Mehrzahl von Einzelleitungen aufgeteilt, die rings um einen
feststehenden Außenkontaktring angekoppelt werden. Entsprechend
wird die Leistung an einem ro tierbaren Innenring mittels mehrerer
insbesondere gleichmäßig am Innenumfang verteilter
Kabel abgegriffen, an einer Sammelschiene zusammengeführt und
an den Verbraucher weitergeleitet. Hierdurch werden eine gleichmäßigere
Stromdichte im Übertrager erreicht und die drehwinkelabhängige
Schwankung der mittleren Entfernung zwischen einem Kabel von der
Spannungsquelle und einem Kabel zum Verbraucher einerseits und damit
die Schwankung des elektrischen Widerstands andererseits geringer.
Diese Anordnung kann jedoch einen hohen Realisierungsaufwand und
einen erhöhten Platzbedarf erfordern.
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Ein
weiterer vorteilhaft ausgestalteter Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
weist beispielsweise einen ersten Kontaktring, einen zweiten Kontaktring und
einen Spalt mit Flüssigmetall zwischen dem ersten Kontaktring
und dem zweiten Kontaktring auf, wobei ein Mittel zur Vergleichmäßigung
der elektrischen Stromübertragung über den Umfang
des Spaltes vorgesehen ist. Dieses Mittel zur Vergleichmäßigung
der elektrischen Stromübertragung ist beispielsweise ein verwendetes
Material, welches eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist,
einen Kontaktanschluss für ein Kabel, oder auch eine Vielzahl
von Kontaktanschlüssen für Kabel, oder dergleichen.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang elektrisch gut leitfähige
Verbindungen wie z. B.:
- – eine Schweißverbindung
(z. B. zwischen einem der Kontaktringe und zumindest einer Anschlussleitung);
- – eine Nietverbindung (z. B. zu einem der Kontaktringe
und zu zumindest einer Anschlussleitung);
- – eine Verschraubverbindung;
- – eine Pressverbindung;
- – eine Verbindung mittels Hippen;
- – eine Verbindung mittels Flammspritzen;
- – eine Verbindung mittels duktiler Vermittlungsschichten,
u.
a.
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Vorteilhaft
ist eine gute leitfähige Verbindung zwischen dem Mittel
zur Vergleichmäßigung der elektrischen Stromübertragung
und dem Kontaktring an. Für diese elektrische Verbindung ist
beispielsweise zumindest eine der obig aufgelisteten Verbindungsarten
gewählt.
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Das
Mittel zur Vergleichmäßigung der Stromübertragung
weist vorteilhaft eine hohe Leitfähigkeit auf und ist an
möglichst vielen über den Umfang des Kontaktrings
verteilten Punkten mit dem flüssigmetallbeständigen
Kontaktring leitfähig verbunden sein. In einem einfachen
Fall handelt es sich bei dem Mittel zur Vergleichmäßigung
der Stromübertragung um eine Stromschiene, die mittels
mehrerer Kabel an einer abzählbaren Anzahl von Punkten
entlang des Umfangs des Kontaktrings mit dem Kontaktring verbunden
ist. In einem weiteren Fall handelt es sich bei dem Mittel zur Vergleichmäßigung
der Stromübertragung um einen zweiten Ring, der durch Hippen (heiß-isostatisches
Pressen) an einer unendlichen Anzahl von Punkten entlang des Umfangs
des Kontaktrings mit diesem verbunden ist. Die Anbindung des äußeren
Mittel zur Vergleichmäßigung der Stromübertragung
zur Stromquelle oder des inneren Mittel zur Vergleichmäßigung
der Stromübertragung zum Verbraucher hin kann dann aber
je über ein einzelnes leitfähig verbundenes Kabel
erfolgen.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist derart ausgestaltbar,
dass an diesem eine Vielzahl elektrischer Anschlüsse, zumindest
an einem Kontaktring, vorgesehen sind, wobei die Anschlüsse
an dem zumindest einen Kontaktring über dem Umfang des Kontaktrings
verteilt sind. Die Verteilung der Anschlüsse kann beispielsweise
symmetrisch über den Umfang zumindest eines der Kontaktringe
erfolgen.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager kann des weiteren
derart ausgestaltet sein, dass zumindest einer der Kontaktringe
mehrschichtig aufgebaut ist, wobei eine erste Schicht an den Spalt
angrenzt und eine zweite Schicht an die erste Schicht angrenzt.
Bei einem äußeren Kontaktring, also dem Kontaktring
mit einem größeren Durchmesser im Vergleich zu
einem zweiten Kontaktring mit einem kleineren Durchmesser, ist die
erste Schicht eine Art innerer Ring des äußeren
Kontaktrings und die zweite Schicht eine Art äußerer
Ring oder mittlerer Ring des äußeren Kontaktringes.
Ein entsprechender Aufbau ist auch bei einem inneren Kontaktring
durchführbar, wobei dann die äußere Schicht
des inneren Kontaktringes an den Spalt angrenzt.
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Bei
dem Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist diejenige
Schicht bzw. derjenige Ring, welcher an das Flüssigmetall
angrenzt, also von diesem benetzt ist, vorteilhaft gegenüber
dem Flüssigmetall beständig. Dies betrifft einen
einschichtigen wie auch einen mehrschichtigen Aufbau. Die Eigenschaft
der schlechten elektrischen Leitfähigkeit einer derartigen Schicht
bzw. eines derartigen Ringes kann eine Folge der chemischen Beständigkeit
gegenüber dem Flüssigmetall sein.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass die erste Schicht dünner
ist als die zweite Schicht des Kontaktrings. Die Dicke bezieht sich
dabei auf eine radiale Richtung bezüglich des Flüssigmetall-Dreh-Übertragers.
Dies bedeutet, dass zumindest eine Schicht, welche an den Spalt
grenzt dünner ist als eine Schicht die nicht an den Spalt
angrenzt, jedoch mit der dünneren Schicht Kontakt hat.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer weiteren
Ausgestaltung derart ausführbar, dass die zweite Schicht
eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit
aufweist als die erste Schicht. Dadurch, dass die erste Schicht,
also die Schicht welche an den Spalt grenzt und somit in Kontakt
mit dem Flüssigmetall gerät, im Vergleich zu einer
weiteren Schicht des selben Kontaktringes vorteilhaft dünner ausgeführt
ist, kann der positive Effekt der guten Leitfähigkeit des
Materials der zweiten Schicht möglichst nahe an den Spalt
herangetragen werden, der negative Effekt einer möglicher
Weise schlechteren Leitfähigkeit des Materials der ersten
Schicht kann folglich gemindert werden. Dies ermöglicht
den Einsatz eines Materials für die erste Schicht, das
zwar eine schlechte elektrische Leitfähigkeit im Vergleich
zu einer weiteren Schicht des Kontaktringes aufweist, jedoch bezüglich
der chemischen Aggressivität des Flüssigmetalls
beständiger ist. Damit kann die Lebensdauer des Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
erhöht werden. Sowohl der erste Kontaktring wie auch der
zweite Kontaktring können mehrschichtig aufgebaut sein
und entsprechendes Material aufweisen.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass die erste Schicht Molybdän
aufweist.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass die erste Schicht einen legierten
Chromstahl aufweist.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausgeführt, dass der legierte Chromstahl hochlegiert
ist.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass die erste Schicht auf eine zweite
Schicht gehippt ist. Die Schichtung betrifft hier wie auch im Allgemeinen
entweder eine Schichtung nur eines Kontaktringes oder die Schichtung
mehrerer Kontaktringe.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass der erste Kontaktring im Vergleich
zum zweiten Kontaktring einen größeren Durchmesser
hat, wobei der erste Kontaktring eine erste Schicht und eine zweite
Schicht aufweist, wobei der zweite Kontaktring eine erste Schicht
und eine zweite Schicht aufweist, wobei die erste Schicht des ersten
Kontaktrings und die erste Schicht des zweiten Kontaktrings zur
Kontaktierung des Flüssigmetalls vorgesehen sind.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass die zweite Schicht des ersten Kontaktrings
und die zweite Schicht des zweiten Kontaktrings Kupfer aufweisen.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass die erste Schicht des ersten Kontaktrings
auf die zweite Schicht des ersten Kontaktrings mittels eines Flammspritzverfahrens
aufgebracht ist und/oder, dass die erste Schicht des zweiten Kontaktrings
auf die zweite Schicht des zweiten Kontaktrings mittels eines Flammspritzverfahrens
aufgebracht ist.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
in eine Windkraftmaschine integriert ist. Die Windkraftmaschine
weist Flügel auf, deren Anstellwinkel beispielsweise mittels
eines elektrischen Motors veränderbar sind, wobei der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
ein Teil einer elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen Stromquelle
und/oder Spannungsquelle und dem elektrischen Motor zur Drehung
der Flügel ist. Eine Windkraftmaschine mit einem Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
gemäß zumindest einer der obig beschriebenen verschiedenartigen
Ausgestaltungen ist robuster.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
in einen Rundschalttisch oder in einen Rundtakttisch einer Werkzeugmaschine
integriert ist, wobei der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
ein Teil einer elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen
Stromquelle und/oder Spannungsquelle und einem elektrischen Motor
ist. Eine Werkzeugmaschine mit einem Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
gemäß zumindest einer der obig beschriebenen verschiedenartigen
Ausgestaltungen ist robuster.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
in einen Werkzeugkopf bzw. in einen Bearbeitungskopf integriert
ist, wobei der Kopf in einer Werkzeugmaschine verwendet wird, wobei
der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ein Teil einer
elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen Stromquelle
und/oder Spannungsquelle und einem elektrischen Motor ist, welcher
sich im Werkzeugkopf bzw. im Bearbeitungskopf befindet. Ein Werkzeugkopf
bzw. ein Bearbeitungskopf mit einem Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
gemäß zumindest einer der obig beschriebenen verschiedenartigen
Ausgestaltungen ist robuster.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist in einer Ausgestaltung
derart ausführbar, dass der Spalt, also der Bereich welcher
zur Aufnahme des Flüssigmetalls vorgesehen ist und dieses
dann auch aufweist, zur Aufnahme des Flüssigmetalls eine
Spaltbreite von insbesondere 10 μm bis 100 μm
hat.
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Der
Flüssigmetall-Dreh-Übertrager ist derart ausbildbar,
dass beispielsweise der erste Kontaktring drehbar gelagert ist wobei
der zweite Kontaktring nicht drehbar gelagert ist, dass der zweite
Kontaktring drehbar gelagert ist, wobei der erste Kontaktring nicht
drehbar gelagert ist, oder dass der erste und der zweite Kontaktring
beide drehbar gelagert sind.
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Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
werden beispielsweise vorteilhaft bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen
oder Robotern, mit einem feststehendem Teil und einem gegenüber
diesem Teil rotierenden Teil eingesetzt. Die Werkzeugmaschine kann eine
Mehrspindelmaschine oder eine Rundtaktmaschine sein.
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Bei
Mehrspindelmaschinen ist eine Anordnung häufig, bei der
ein feststehendes Teil und ein rotierendes Teil jeweils hohlzylindrisch
sind, wobei ein Teil das andere umgibt, und wobei das von dem anderen
Teil umgebene Teil eine Zylinderwand aufweist. Bei Verwendung von
herkömmlichen Kupfer-Schleifkontakten werden die Stromkabel üblicherweise
in dem von Luft erfüllten Innenraum des Hohlzylinders geführt.
Die Stromzuführungen zu den Stromübertragungsflächen
können auch in der Zylinderwand des von dem anderen Teil
umgebenen Teils geführt sein. Durch Führung der
Stromzuführungen in der Zylinderwand kann der Zylinderhohlraum
für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise zur
Durchführung von anderen Materialien wie Kühl- und
Hydrauliköl. Auch das umgebende Teil kann eine Zy linderwand
aufweisen, in der Stromzuführungen zu den Stromübertragungsflächen
geführt sind. Ist beispielsweise das umgebene Teil feststehend,
so bedeutet dies, dass auch in dem rotierenden Teil die Stromzuführungen
in den Zylinderwänden geführt sind. Dies bedingt
eine relativ kompakte Bauweise.
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Ein
weiteres beispielhaftes Anwendungsgebiet eines Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
ist die Übertragung von Signalen zur Steuerung eines Maschinenteils
wie beispielsweise eines Verbrauchers bei Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen oder
Robotern. Der Verbraucher ist dort insbesondere eine elektrische
Maschine, die als ein Antrieb Verwendung findet.
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Ein
weiteres Einsatzfeld des beschriebenen Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
sind Schweißroboter bzw. Schweißmaschinen. Bei
einem Schweißroboter bzw. bei einer Schweißmaschine
bedeuten hohen Stromstärken oft einen frühzeitigen
Ausfall von Lagern, falls der Schweißstrom über
eines oder mehrer Lager geführt wird. Das Lager ist beispielsweise
ein Kugellager, ein Wälzlager, ein Nadellager, ein Zylinderrollenlager
oder dergleichen. Ein Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
kann bei einer Einrichtung zum Schweißen aber auch bei
anderen Maschinen auch als Lager genutzt werden. Somit könnte
mittels des Flüssigmetalls nicht nur eine Lagerfunktionalität
erzielt werden sondern auch die Funktion der Stromübertragung.
Damit kann beispielsweise bei der Einrichtung zum Schweißen
ein oft langes und dickes Kupfer-Kabel durch den Flüssigmetall-Dreh-Übertrager
ersetzet werden.
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Nachfolgend
werden beispielhaft mögliche Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei
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1 eine
erste Ausführungsform eines Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
zeigt;
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2 eine
weitere Ausführungsform eines Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
zeigt;
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3 eine
weitere Ausführungsform eines Flüssigmetall-Dreh-Übertragers
zeigt;
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4 symbolisch
einen Teil einer Windkraftmaschine zeigt;
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5 symbolisch
einen Teil eines Rundschalttisches bzw. eines Rundtakttisches zeigt;
und
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6 symbolisch
einen Teil einer Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugkopf bzw. einem
Bearbeitungskopf zeigt.
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Die
Darstellung gemäß 1 zeigt
einen Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 2,
welcher einen ersten Kontaktring 3, einen zweiten Kontaktring 5 und
einen Spalt 4 mit Flüssigmetall zwischen dem ersten Kontaktring 3 und
dem zweiten Kontaktring 5 aufweist, wobei ein Mittel zur
Vergleichmäßigung der elektrischen Stromübertragung über
den Umfang des Spaltes 4 vorgesehen ist. Dieses Mittel
ist der erste Kontaktring 3 selbst, welcher vorteilhaft
aus einem Material gefertigt ist, welches eine hohe elektrische Leitfähigkeit
aufweist. Der erste Kontaktring 3 ist beispielsweise ein
feststehender Kontaktring und der zweite Kontaktring 5 ist
beispielsweise ein Kontaktring der rotatorisch bewegt werden kann. Über
elektrische Anschlüsse 8 ist der erste Kontaktring 3,
welcher ein äußerer Kontaktring des Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 2 ist,
mit einem Kabel 7 verbunden. Das Kabel 7 führt über
einen weiteren Anschluss 8 beispielsweise zu einer Stromquelle
oder zu einer Spannungsquelle, wobei dies nicht dargestellt ist.
Radial nach innen gerichtet folgt dem ersten Kontaktring 3 ein
zweiter Kontaktring 5, welcher dann einen inneren Kontaktring
des Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 2 darstellt.
Zwischen dem inneren und dem äußeren Kontaktring 3, 5 befindet
sich das elektrisch leitende Flüssigmetall im Spalt 4.
Der innere Kontaktring ist über einen Anschluss 8,
einem Kabel 7 und einem weiteren Anschluss 8 elektrisch mit
einer weiteren Einheit verbindbar. Die weitere Einheit ist nicht
dargestellt, jedoch kann es sich hierbei z. B. um einen sich drehenden
oder drehbaren Verbraucher handeln.
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Die
Darstellung gemäß 2 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flüssigmetall-Dreh-Übertragers 1.
Auch dieser Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1,
weist einen ersten Kontaktring 3, einen zweiten Kontaktring 5 und
einen Spalt 4 mit Flüssigmetall zwischen dem ersten
Kontaktring 3 und dem zweiten Kontaktring 5 auf,
wobei ein Mittel zur Vergleichmäßigung der elektrischen
Stromübertragung über den Umfang des Spaltes 4 vorgesehen ist.
Dieses Mittel ist repräsentiert durch eine Vielzahl von
Anschlüssen 8 zur elektrischen Kontaktierung des
ersten Kontaktrings 3 bzw. des zweiten Kontaktrings 5.
Die Kontaktringe 3, 5 sind mittels einer Vielzahl
von, vorteilhaft gleichmäßig über den
Innen- bzw. Außenumfang des Flüssigmetall-Dreh-Übertragers 1 verteilter,
Anschlüsse 8 elektrisch angeschlossen. Gemäß 2 sind
lediglich 3 Kabel je Kontaktring exemplarisch skizziert. Weitere
Anschlüsse bzw. Kabel sind durch Punkte angedeutet. Die
von den Kontaktringen über Kabel 7 beabstandeten
Anschlüsse 8 dienen dem Anschluss an eine Verteilerschiene 20 bzw. 21.
Der erste Kontaktring 3 ist mit der Verteilerschiene 20 elektrisch
verbunden, wobei diese Verteilerschiene 20 ihrerseits wieder über
einen weiteren Anschluss 8 mit einer nicht dargestellten
weiteren elektrischen Einrichtung verbunden ist. Der zweite Kontaktring 5 ist
mit der Verteilerschiene 21 elektrisch verbunden. Diese
Verteilerschiene 21 (hier auch Sammelschiene genannt) dient
beispielsweise dem Anschluss eines sich im Betriebszustand drehenden
Verbrauchers, z. B. eines Rotors. Der Kontaktring 5 ist
also drehbar ausgeführt, wohingegen der Kontaktring 3 feststehend
ausgeführt sein kann. Die radiale Dicke 14 des
ersten Kontaktrings 3 ist größer der
radialen Dicke 16 des Spalts 4. Die radiale Dicke 16 des
Spalts 4 ist kleiner der radialen Dicke 17 des
zweiten Kontaktrings 5.
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Die
Darstellung gemäß 3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Flüssigmetall-Dreh-Übertragers 1.
Auch dieser Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1,
weist einen ersten Kontaktring 3, einen zweiten Kontaktring 5 und
einen Spalt 4 mit Flüssigmetall zwischen dem ersten
Kontaktring 3 und dem zweiten Kontaktring 5 auf,
wobei ein Mittel zur Vergleichmäßigung der elektrischen
Stromübertragung über den Umfang des Spaltes 4 vorgesehen ist.
Dieses Mittel ist eine Schicht eines Kon taktringes oder mehrerer
Kontaktringe. Gemäß 3 weist
der erste Kontaktring 3 eine erste Schicht 9 und
eine zweite Schicht 10 auf. Der zweite Kontaktring 5 weist eine
erste Schicht 11 und eine zweite Schicht 12 auf. Die
zweite Schicht 10 des ersten Kontaktringes 3 weist
eine radiale Dicke 14 auf. Die erste Schicht 9 des
ersten Kontaktringes 3 weist eine radiale Dicke 15 auf.
Die erste Schicht 11 des zweiten Kontaktringes 5 weist
eine radiale Dicke 18 auf. Die zweite Schicht 12 des
zweiten Kontaktringes 5 weist eine radiale Dicke 17 auf.
Die radiale Dicken 18 und 15 sind jeweils kleiner
der radialen Dicken 14 und 17.
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Bei
der Ausgestaltung des Flüssigmetall-Dreh-Übertragers 1 gemäß 3 sind
die Kontaktringe aus je zwei Einzelringen aufgebaut, also aus jeweils
einer ersten Schicht als einen Einzelring und aus einer zweiten
Schicht als weiteren Einzelring, die formschlüssig und
kontaktierend miteinander verbunden sind, wobei der dem Flüssigmetall
zugewandte Einzelring, also jeweils die erste Schicht 9 bzw. 11,
vorteilhaft aus einem flüssigmetallbeständigen
Kontaktmaterial besteht, und der dem Flüssigmetall abgewandte
Einzelring, also entsprechend die zweite Schicht 10 bzw. 12,
einen sehr guten Leiter wie z. B. Kupfer aufweist oder auch aus
Kupfer besteht. Die erste Schicht 9 bzw. 11 hat
unter Umständen eine vergleichsweise schlechtere elektrische Leitfähigkeit
als Kupfer ist dafür allerdings vorteilhaft beständiger
gegenüber dem Flüssigmetall. Um den Gesamtwiderstand
möglichst zu minimieren, ist die Dicke des Einzelrings
welcher das Flüssigmetall kontaktiert gering. Die Einzelringe
aus dem guten Leiter können durchaus in ihrer Wirkung auf
Grund des annähernd zu vernachlässigenden elektrischen
Widerstandes näherungsweise die Wirkung der in 2 entlang
des Außenumfangs des äußeren Kontaktrings
und entlang des Innenumfangs des inneren Kontaktrings angebrachten
Kabelverbindungen wirkungsähnlich ersetzen. Die Verbindung
der Einzelringe, also der Schichten eines Kontaktringes, wird z.
B. durch ”Hippen” (heiß-isostatisches
Pressen) realisiert, das nicht nur eine formschlüssige
und kontaktierende Verbindung schafft, sondern auch eine materi alschlüssige
Verbindung erzeugt. Die Kontaktringe sind wiederum zueinander rotatorisch
bewegbar.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausführung können
sich die folgenden Vorteile ergeben:
- – gleichmäßige
Stromdichteverteilung, d. h. gute Ausnutzung des Kontaktwerkstoffs
und des Flüssigmetalls
- – geringer elektrischer Widerstand durch dünne Schicht
mit Kontaktwerkstoff
- – Drehwinkelunabhängigkeit
- – geringer Realisierungsaufwand und Platzbedarf und/oder
- – robuste Ausführung.
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Die
Darstellung gemäß 4 zeigt
symbolisch eine Windkraftmaschine 40. Die Windkraftmaschine 40 weist
einen Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 in
einer der obig beschriebenen möglichen Ausgestaltungen
auf. Der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 ist
in die Windkraftmaschine 40 integriert, wobei die Windkraftmaschine
Flügel 21 aufweist, welche mittels zumindest eines
elektrischen Motors 22 drehbar sind, wobei der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 ein Teil
einer elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen Stromquelle
und/oder Spannungsquelle 23 und dem elektrischen Motor 22 zur
Drehung zumindest eines Flügels ist.
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Die
Darstellung gemäß 5 zeigt
symbolisch Werkzeugmaschinen 25, 26. Die Werkzeugmaschine 25, 26 weist
einen Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 in
einer der obig beschriebenen möglichen Ausgestaltungen
auf. Der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 ist
beispielsweise in einen Rundschalttisch 27 oder in einen
Rundtakttisch 28 der Werkzeugmaschine 25, 26 integriert,
wobei der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 ein
Teil einer elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen Stromquelle und/oder
Spannungsquelle 23 und einem elektrischen Motor 22 ist.
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Die
Darstellung gemäß 6 zeigt
symbolisch eine Werkzeugmaschine 30, 31. Die Werkzeugmaschine 30, 31 weist
einen Flüs sigmetall-Dreh-Übertrager 1 in
einer der obig beschriebenen möglichen Ausgestaltungen
auf. Der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 ist
in einen Werkzeugkopf 32 bzw. in einen Bearbeitungskopf 33 integriert,
wobei der jeweilige Kopf in der Werkzeugmaschine vorhanden sein
kann. Der Flüssigmetall-Dreh-Übertrager 1 ist
ein Teil einer elektrischen Verbindung zwischen einer elektrischen
Stromquelle und/oder Spannungsquelle 23 und einem elektrischen
Motor 22, welcher sich im Werkzeugkopf 32 bzw.
im Bearbeitungskopf 33 befindet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/062432
A1 [0004]
- - WO 2007/147657 A1 [0004]