-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energie- und/oder Datenübertragung.
-
Schienengeführte Fahrzeuge sind allgemein bekannt. Die Energiezufuhr an entsprechende Schienenfahrzeuge ist beispielsweise mittels einer Schleifleitung ermöglicht.
-
Aus der Veröffentlichung von Dalichau, Harald: „Nachrichtenübertragung mit Schlitzhohlleitern" in: Frequenz, Bd. 35, 1981, H.12, S. 318-323. - ISSN 0016 -1136, ist eine Anlage mit Schlitzhohlleitem bekannt, so dass Datenübertragung durch die Schlitzhohlleiter ermöglicht ist mittels elektromagnetischer Wellen.
-
Aus der Veröffentlichung von Dalichau, Harald: „Übergänge und Fahrzeugkoppler für Schlitzhohlleiterstrecken" in: Frequenz, Bd. 36, 1982, H.6, S. 168-175. - ISSN 0016 - 1136, ist ein Schlitzhohlleiter mit einer 50 Ω N-Buchse bekannt, bei der die Mittelleiter der angeschlossenen Koaxialleiter galvanisch miteinander verbunden sind.
-
Aus der
DE 10 2004 008 571 A ist ein Schienenteil für eine Einschienenbahnanlage bekannt, das als Strangguss gefertigt ist und einen integrierten Schlitzhohlleiterbereich aufweist.
-
Aus der
US 5 909 903 A sind Verbindungsmittel für Wellenleiter bekannt.
-
-
Aus der
DE 39 02 076 C1 ist eine Vorrichtung zur berührungslosen Datenübertragung bekannt, wobei ein Fahrzeug auf einem Schienensystem bewegbar ist, das aus Schienenprofilteilen zusammengesetzt ist, wobei entlang der Schienenprofilteile in Schlenenrichtung ein Hohlleiter verlegt ist, der einen in Schienenrichtung verlaufenden Schlitz aufweist.
-
Aus der
US 5 363 464 A ist ein Verbindungsteil für einen Wellenleiter bekannt.
-
Aus der
US 3 500 264 A sind Verbindungsmittel für Wellenleiter bekannt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Energie- und/oder Datenübertragung, weiterzubilden, wobei eine einfache und schnelle und daher kostengünstige Montage ausführbar sein soll.
-
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Vorrichtung zur Energie- und/oder Datenübertragung nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
-
Von Vorteil ist dabei, dass nur eine geringfügige Reduzierung des vom Schlitzhohlleiterprofilteils umgebenen Hohlraums auftritt und somit die Durchleitung von elektromagnetischen Wellen und geringfügig behindert wird. Insbesondere ist jedoch der Verbindungsbereich der beiden Schlitzhohlleiterprofilteile abgedeckt und somit ist die Durchleitung weitaus besser als bei fehlendem Profilverbinderteil.
-
Darüber hinaus ist von Vorteil, dass eine Zentrierung der Schlitzhohlleiterprofilteile zueinander erreichbar ist und somit eine möglichst gute Durchleitung der elektromagnetischen Wellen. Außerdem ist eine zusätzliche Unterstützung der Verbindung zwischen den Schlitzhohlleiterprofilteilen erreichbar und somit bei Versagen einer der Verbindungen eine Sicherheitsfunktion erfüllt.
-
Bei der Verbindung durch Einhängen oder bei entsprechender formschlüssiger Verbindung, bei welcher auch in Schlenenrichtung ein Bewegungsfreiheitsgrad vorhanden ist, ist ein weiterer Vorteil, dass temperaturbedingte Bewegungen, wie Ausdehnungen, abbaubar sind, insbesondere ohne dass Spannungen aufgebaut werden.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schlitzhohlleiterprofilteile in Schienenrichtung hintereinander angeordnet, insbesondere auf Stoß. Von Vorteil ist dabei, dass ein durchgehender Hohlraum mit möglichst wenig unterbrochener Innenfläche entsteht.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Schlitzhohlleiterprofilteile jeweils gleich lang wie ein Schienenprofilteil. Von Vorteil ist dabei, dass das Schienensystem synchron mit dem Hohlleiter zusammensetzbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umgeben die Schlitzhohlleiterprofilteile jeweils einen Hohlraum zur Leitung elektromagnetischer Wellen mit Ausnahme des Schlitzes, insbesondere welcher den Luftaustausch zwischen Hohlraum und Umgebung des Schlitzhohlleiterprofilteils ermöglicht. Von Vorteil ist dabei, dass der Schlitz ein Empfangen von Teilen der im Hohlleiter transportierten elektromagnetischen Wellen ermöglicht, indem das Schienenfahrzeug eine Antenne in der Nähe des Schlitzes vorbeibewegt oder im Schlitz bewegt. Somit ist ein sehr hohes Signal-Rausch-Verhältnis der Datenübertragung ermöglicht. Außerdem ist der Schlitz derart vorsehbar und anordenbar, dass Wasser oder andere Flüssigkeiten abfließen können.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an der Innenseite des Schlitzhohlleiterprofils ein Anschlagsteil verbunden, das die Einstecktiefe des Profilverbinderteils in Schlitzhohlleiterteil in Schienenrichtung begrenzt, insbesondere wobei das Anschlagsteil kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden ist. Von Vorteil ist dabei, dass in einfacher Weise das Einstecken des Profilverbinderteils begrenzbar ist und somit eine definierte Verbindung, insbesondere eine wohldefinierte Einstecktiefe einhaltbar ist, der Schlitzhohlleiterprofilteile miteinander ausführbar wird.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Querschnittsfläche des vom jeweiligen . Profilverbinderteil umgebenen Hohlraums um weniger als 10%, insbesondere weniger als 1 %, kleiner als der von den Schlitzhohlleiterprofilteilen umgebene Hohlraum bei NichtVorhandensein des Profilverbinderteils. Von Vorteil ist dabei, dass die Durchleitung der elektromagnetischen Wellen auch über den Verbindungsbereich der Schlitzhohlleiterprofilteile hinweg sehr gut ist.
-
Erfindungsgemäß sind das Profilverbinderteil und das Schlitzhohlleiterprofilteil aus Metall, insbesondere Aluminium, gefertigt, wobei das Schlitzhohlleiterprofilteil als Strangguss gefertigt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine kostengünstige Fertigung ausführbar ist und eine hohe Dämpfung der elektromagnetischen Wellen in Schienenrichtung unterdrückbar ist.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die beiden Stellen nicht in Gravitationsrichtung übereinander angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine besonders stabile Verbindung erreichbar ist, die besonders einfach herstellbar ist, insbesondere durch eine möglichst einfache Bewegungsabfolge, wie Schieben der Schlitzhohlleiterprofilteile auf das Schienenprofil hin, insbesondere mit leicht verdrehter Orientierung des Hohlleiters, und nachfolgender Drehbewegung.
-
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist parallel zum Hohlleiter ein Primärleiter zur induktiven Energieübertragung oder eine Schleifleitung verlegt. Von Vorteil ist dabei, dass das Fahrzeug in einfacher Weise mit Energie versorgbar ist.
-
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
- 1 zeigt den Aufbau eines Schlitzhohlleiters.
- 2 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schienenprofil-Stranggussteil.
- 3 zeigt die an einem Endbereich des Schlitzhohlleiters angeordnete Signaleinspeisung in Schrägansicht.
- 4 zeigt eine zugehörige Draufsicht
- 5 zeigt einen zugehörigen Längsschnitt.
- 6 zeigt eine asymmetrische, an einem Endbereich des Schlitzhohlleiters angeordnete Signaleinspeisung in Schrägansicht.
- 7 zeigt eine zum Ausführungsbeispiel nach 6 zugehörige Draufsicht
- 8 zeigt einen zum Ausführungsbeispiel nach 6 zugehörigen Längsschnitt.
-
In der 2 ist ein erfindungsgemäßer Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schienenprofil-Stranggussteil 2 gezeigt, an das seitlich ein Schlitzhohlleiter, bestehend aus mittels steckbarer Profilverbinder 3 gegeneinander zentrierten Schlitzhohlleiterprofilen 1, eingehängt ist.
-
Der Aufbau des Schlitzhohlleiters selbst ist in 1 in Schrägansicht dargestellt Hierbei sind die jeweils als Stranggussteile, insbesondere Aluminium-Stranggussteile, gefertigten Schlitzhohlleiterprofile 1 miteinander verbunden, indem ein steckbarer Profilverbinder teilweise in Profilrichtung in ein erstes Schlitzhohlleiterprofil eingesteckt vorgesehen ist. Ein benachbartes Schlitzhohlleiterprofil ist somit auf den in Profilrichtung teilweise herausragenden Profilverbinder 3 aufsteckbar. In dieser Weise ist also ein gegeneinander vorgesehenes Ausrichten, also Zentrieren, mittels des Profilverbinders 3 ermöglicht.
-
Der Profilverbinder 3 ist ebenfalls wie das Schlitzhohlleiterprofil 1 aus Metall gefertigt, vorzugsweise aus einem Aluminium und/oder Kupfer enthaltendem Metall. Somit sind mittels des Profilverbinders 3 hochfrequente elektromagnetische Felder ohne wesentliche Verluste über den jeweiligen Verbindungsbereich zwischen zwei benachbarten Schlitzhohlleiterprofile leitbar.
-
Die Schlitzhohlleiterprofile 1 und die Profilverbinder 3 sind als hohle Stranggussprofilteile gefertigt, so dass also ein Hohlraum auch im durch die Profilverbinder 3 definierten, axialen Verbindungsbereich vorhanden ist, in welchem sich die elektromagnetischen Wellen fortpflanzen können.
-
Durch das Verbinden mittels der Profilverbinder 3 ist also ein sehr langer Hohlleiter für hochfrequente Felder zusammensetzbar, der aus vielen Schlitzhohlleiterprofilen 1 in Profilrichtung zusammengesetzt ist und in einer senkrecht zur Profilrichtung orientierten Richtung eine Öffnung aufweist, die insgesamt einen in Profilrichtung verlaufenden Schlitz bildet. In 2 ist dieser am unteren Endbereich des Hohlraums angeordnet, so dass Flüssigkeiten aus dem Hohlraum über den Schlitz abgeführt werden. Ein längs der Profilrichtung verfahrbar vorgesehenes Fahrzeug ist somit mit einer Antenne ausstattbar, die in der Nähe des Schlitzes vorsehbar ist und somit einen hochfrequenten Datenaustausch zwischen einer auf dem Fahrzeug vorgesehenen Steuerelektronik und einer mit dem Schlitzhohlleiterprofil 1 elektrisch verbundenen, stationär angeordneten elektronischen Schaltung ermöglicht ist.
-
Wie in 2 ersichtlich ist, wird das Schlitzhohlleiterprofil 1 in ein Schienenprofil-Stranggussteil 2 formschlüssig verbunden, insbesondere eingehängt.
-
Hierzu weist das Schienenprofil-Stranggussteil 2 an zwei Positionen Aufnahmebereiche 4 und 7 auf, die jeweils unter dem Schienenbereich 8 zum Abrollen der Räder des Fahrzeugs angeordnet sind. Das Schlitzhohlleiterprofil 1 weist zwei Hakenbereiche (5, 6) auf, mittels derer das Schlitzhohlleiterprofil 1 am Schienenprofil-Stranggussteil 2 eingehängt wird.
-
Die Aufnahmebereiche (5, 6) sind nicht untereinander, also nicht parallel zur Normalenrichtung des Öffnungsbereiches des Schlitzes, ausgerichtet sondern weisen einen Winkel zwischen 10° und 80° zur Vertikalen, also in 2 zur Gravitationsrichtung, und Horizontalen auf. Die Schlitzhohlleiterprofile sind parallel zum Schienenstranggussprofil orientiert.
-
Die beiden Abrollbereiche 8 für Räder sind konkav ausgeführt und zueinander spiegelsymmetrisch bezüglich der durch den Reaktionsteilbereich 9 definierten Ebene. Somit stabilisiert sich das Fahrzeug selbst, ohne dass bei Auslenkungen aus der Ruhelage hohe Querbeschleunigungsänderungen, also Querrucke, auftreten. Der Reaktionsteilbereich ist aus Metall gefertigt, so dass ein Wirbelstromantrieb einsetzbar ist. Hierbei weist das Fahrzeug zumindest eine drehende Scheibe auf, an deren Umfang Magnete mit jeweils abwechselnder Magnetisierungsrichtung angeordnet sind. Die Scheibe wird von einem Motor in Drehbewegung versetzt, so dass die an dem Reaktionsteilbereich 9 vorbei drehenden Magnete Wirbelströme in diesem erzeugen, die zu einer Vortriebskraft in Schienenrichtung führen. Auch die drehende Scheibe trägt zur Stabilisierung bei aufgrund der Drehimpulserhaltung.
-
Die genannten Maßnahmen zur Stabilisierung bewirken daher, dass das Fahrzeug nur geringe Auslenkungen aus der stabilen Lage erfährt und somit die Schlitzbreite gering sein darf. Denn die am Fahrzeug befestigte, im Außenbereich des Schlitzes angeordnete Antenne weicht entsprechend wenig von ihrer stabilen Ruhelage ab.
-
Vorzugsweise ist das Schienenprofil ein Einschienenhängebahnprofil, so dass das Fahrzeug an nur dieser einen Schiene bewegbar ist und eine Last am Fahrzeug angehängt transportierbar ist, beispielsweise eine Auto-Karosserie in der Automobilfertigung.
-
Das Fahrzeug ist mittels einer entlang des Schienenprofils verlegten Schleifleitung oder mittels eines entlang des Schienenprofils verlegten Primärleiters versorgbar. Im erstgenannten Fall weist das Fahrzeug einen Schleifabnehmer und im zweitgenannten Fall eine Sekundärspule auf, der eine Kapazität parallel oder In Reihe zugeschaltet ist, so dass die zugehörige elektrische Resonanzfrequenz im Wesentlichen einer oder der Frequenz des in den langgestreckt verlegten Primärleiter eingespeisten Primärstroms entspricht. Dabei wird vorzugsweise eine Mittelfrequenz zwischen 10 und 1000 kHz verwendet, insbesondere zwischen 15 und 40 kHz.
-
Der Profilverbinder 3 ist ebenfalls wie das Schlitzhohlleiterprofil 1 mit seiner Breitseite breiter als 1 cm, vorzugsweise etwa 4 cm, breit ausgeführt und an seiner Schmalseite schmaler als an der Breitseite. Der Hohlleiter ist nicht rechteckförmig ausgeführt sondern die untere Breitseite ist schräg zum Schlitz ausgeführt, der an der unteren Breitseite angeordnet ist. Somit kann Wasser abfließen.
-
Der Profilverbinder 3 weist eine Wandstärke von etwa 1mm auf. Somit ist die Wandstärke deutlich geringer als 10 % der Breitseite, insbesondere sogar geringer als 2 % der Breitseite. Der Profilverbinder 3 ist aus elektrisch leitfähigem Material, vorzugsweise Aluminium. In entsprechender Weise ist das Schlitzhohlleiterprofil 1 aus einem leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium oder eine Aluminium enthaltende Legierung. Mittels der elektrischen Verbindung zwischen Profilverbinder 3 und Schlitzhohleiterprofil 1 ist die gute Durchleitung der Wellen durch den Verbindungsbereich unterstützt.
-
Der Schlitz ist weniger breit als die halbe Breitseite des Schlitzhohlleiterprofils.
-
Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird anstatt der Hakenbereiche zur hakenförmigen Verbindung eine Klipsverbindung oder eine andersartig formschlüssige Verbindung verwendet.
-
Wie in den 3, 4 und 5 gezeigt, wird am Endbereich des Schlitzhohlleiters das hochfrequente Signal eingespeist. Dieses Signal wird in einer nicht gezeigten elektronischen Schaltung erzeugt und über eine Koaxialleitung 30 einem Splitter 31, insbesondere 3dB-Splitter, zugeführt, der am Schlitzhohlleiterprofil angeschraubt Ist. Dieser splittet das Signal in zwei gleich große Teile auf, die sodann über die Leitung 33 für elektromagnetische Wellen jeweiligen SMA-Winkeleinbaubuchsen 32 zugeleitet, die am Schlitzhohlleiterprofil angeschraubt sind und jeweils Haltefunktion für einen Antennenstab aufweisen, der in den Hohlraum des Schlitzhohlleiters hineinragt. Eine jeweilige entsprechend geeignete Bohrung im Schlitzhohlleiter zur Durchführung des jeweiligen Antennenstabes 40 ist vorhanden.
-
Die Signaleinspeisung erfolgt also symmetrisch, wobei die Antennenstäbe 40 in Schlitzrichtung ausgerichtet sind und quer zur Schienenrichtung zueinander beabstandet sind, so dass der H10-Mode, also der Grundmode, des Schlitzhohlleiters anregbar ist.
-
Vorzugsweise wird zur Datenübertragung WLAN nach IEEE802.11 im Frequenzbereich zwischen 1 und 10 GHz, besonders bevorzugt zwischen 5 und 6 GHz verwendet.
-
Am Ende, also als Abschluss des Hohlleiters, ist jeweils ein Kammreflektor 34 angeschraubt am Schlitzhöhlleiterprofil. Dabei umfasst jeder Kammreflektor 34 mehrere, in Reihe angeordnete Zinken, deren Länge mindestens 50% der Ausdehnung des Hohlraums in Richtung der Zinken aufweist. Die Zinken sind regelmäßig voneinander in Schienenrichtung, also Stranggussrichtung, beabstandet. Vorzugsweise beträgt der Abstand weniger ais ein Zehntel einer Wellenlänge des hochfrequenten Signals. Beispielhaft ist ein Abstand zwischen 0,5 mm und 2 mm, insbesondere 1 mm, vorteilhaft.
-
Auf diese Weise ist also eine Einspeisung von Signalen am Ende des Hohlleiters ausführbar. Die Entkoppelung zwischen Hohlraum und Umgebung beträgt bis zu 30 dB oder gar 40 dB.
-
Es wird also mit einfachen und kostengünstigen Mitteln eine Einspeisung der Signale in einen Hohlleiter ausgeführt.
-
Der Splitter 31 wird vorzugsweise als 3dB-Splitter ausgeführt. Dabei wird im Unterschied zu einem Verteiler, wie T-Verteiler, eine wesentlich verbesserte Einkopplung erreicht. Der Unterschied zu einem gewöhnlichen T-Verteiler liegt darin, dass bei einem T-Verteiler die beiden In den Hohlleiter hineinragenden Antennenstäbe durch den T-Verteiler galvanisch miteinander verbunden sind, während bei einem aktiven Splitter die beiden Ausgänge zu den Antennenstäben eine Entkopplung von mindestens 10dB bei der Arbeitsfrequenz aufweisen. Dadurch werden direkte Resonanzen zwischen den beiden Antennenstäben vermieden, wodurch eine verbesserte Einkopplung des Signals in den Schlitzhohlleiter erreicht wird.
-
Somit hat der Splitter ein Bandpassverhalten. Denn bei verschwindender Frequenz wirkt die galvanische Verbindung. Bei der Arbeitsfrequenz wird das Signal vom Eingang des Splitters her an die beiden Ausgänge und somit an die beiden Antennen aufgesplittet, wobei die Entkopplung für die Arbeitsfrequenz zwischen den beiden Antennen wirksam ist.
-
Die Winkeleinbaubuchse verbindet den Außenleiter der herangeführten Koaxial-Leitung 33 mit dem Schlitzhohileiterprofil 1, da sie mit ihrem metallischen Gehäuse auf diesem schraubverbunden ist. Der Mittelleiter der herangeführten Koaxial-Leitung 33 wird mit dem Antennenstab 40 verbunden, der in das Schlitzhohlleiterprofil 1 hineinragt. Der Antennenstab 40 ist zumindest teilweise mit einem Dielektrikum zur mechanischen Stützung und elektrischen Isolation gegenüber dem Schlitzhohlleiterprofil umgeben. Beispielhaft ist er als Kunststoffhülse ausgeführt oder als dergleichen stabilisierende, elektrisch bei niedrigen Frequenzen isolierendes Teil.
-
In dem in den 6, 7 und 8 gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel keine symmetrische sondern eine asymmetrische Signaleinspeisung gezeigt. Dabei wird allerdings wiederum der gleiche Mode angeregt, also der H10-Mode des Schlitzhohlleiters.
-
Die Signaleinleitung erfolgt wiederum über einen Antennenstab 40, der von einer Winkeleinbaubuchse 32 gehalten ist und der mit dem Mittelleiter der Koaxial-Leitung verbunden ist, welche an der Winkeleinbaubuchse 32 angeschlossen ist. Somit weist die Winkeleinbaubuchse einerseits Haltefunktion für den Antennenstab und andererseits die Funktion der Signaldurchleitung auf. Hierzu ist der Außenleiter des Koaxial-Leiters mit dem Gehäuse der Winkeleinbaubuchse elektrisch verbunden, das wiederum mit dem Schlitzhohlleiterprofilteil verbunden ist.
-
Der Kammreflektor 34 ist mittels der Befestigungsschrauben 60 am Schlitzhohlleiterprofil gehalten.
-
Da nur ein Koaxial-Kabel verwendet ist, ist somit der Splitter einsparbar und trotzdem derselbe Mode anregbar. Die Qualität der Einspeisung ist nahezu gleichwertig.
-
Der Antennenstab 40 ist seitlich derart verschoben, dass der Bereich des Schlitzes und dessen gedachte Fortsetzung in den Innenraum des Schlitzhohlleiters frei ist. Auf diese Weise ist der Schlitz und dessen Fortsetzung durchfahrbar mit einer am Fahrzeug angeordneten Antenne. Vorzugsweise wird also der Antennenstab 40 derart seitlich angeordnet, dass er im Bereich der wasserabführenden Schräge der Breitseite angeordnet ist.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schlitzhohlleiterprofil
- 2
- Schienenprofil-Stranggussteil
- 3
- steckbarer Profilverbinder
- 4
- Aufnahmebereich
- 5
- Hakenbereich
- 6
- Hakenbereich
- 7
- weiterer Aufnahmebereich
- 8
- Abrollbereich für Räder
- 9
- Reaktionsteilbereich
- 30
- Koaxialkabel
- 31
- Splitter, insbesondere 3dB-Splitter
- 32
- SMA Winkeleinbaubuchse
- 33
- Leitung für elektromagnetische Wellen
- 34
- Kammreflektor
- 40
- Antennenstab
- 60
- Befestigungsschrauben für Kammreflektor
