DE102011050588A1

DE102011050588A1 - Drehkupplung zur berührungsfreien Übertragung eines elektrischen Signals und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011050588A1
Application number: DE102011050588A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Schäfer; Matthias Schmidt
Original assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Current assignee: Krauss Maffei Wegmann GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2011-05-24
Publication date: 2012-11-29
Also published as: EP2715863B1; WO2012159622A1; EP2715863A1

Abstract

Drehkupplung (9) zur berührungsfreien Übertragung eines elektrischen Signals, insbesondere eines VHF-Signals, mit einer Statorelektrode (21) und einer kapazitiv mit der Statorelektrode (21) gekoppelten, gegenüber der Statorelektrode (21) drehbaren Rotorelektrode (11), wobei die Statorelektrode (21) und/oder die Rotorelektrode (11) segmentiert ist; Fahrzeug (1) mit einem Signalerzeuger (31), insbesondere für VHF-Signale, und einer mit dem Signalerzeuger (31) verbundenen Antenne (7), wobei der Signalerzeuger (31) und die Antenne (7) mittels einer Drehkupplung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkupplung zur berührungsfreien Übertragung eines elektrischen Signals, insbesondere eines Funk-Signals, bevorzugt VHF-Signals, mit einer Statorelektrode und einer kapazitiv mit der Statorelektrode gekoppelten, gegenüber der Statorelektrode drehbaren Rotorelektrode. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Signalerzeuger, insbesondere für VHF-Signale, und einer mit dem Signalerzeuger verbundenen Antenne.
Einsatz kann die Erfindung an Fahrzeugen aus dem militärischen Bereich finden, welche ein Fahrgestell und einen gegenüber dem Fahrgestell drehbaren Turm aufweisen. Zur Kommunikation mit einer Einsatzzentrale oder anderen Fahrzeugen sind derartige Fahrzeuge typischerweise mit einem Funkgerät ausgerüstet, welches mit einer Antenne verbunden ist. Das Funkgerät dient dabei unter anderem als Signalerzeuger für die über die Antenne abgestrahlten Funksignale.
Um einen möglichst weit reichenden Abstrahlbereich zu ermöglichen und damit sich die Antenne nicht im Richtbereich bzw. Schießbereich einer Hauptwaffe befindet, ist die Antenne bei einem derartigen Fahrzeug in der Regel an einer erhöhten Position auf dem Turm angeordnet. Das in der Regel nicht fernbedienbare Funkgerät hingegen befindet sich vor allem bei besatzungslosen bzw. fernbedienten Panzertürmen im Bereich des Fahrgestells, insbesondere innerhalb eines Besatzungsraums, so dass eine Verbindung des Funkgeräts mit der Antenne erforderlich ist, welche eine Drehung des Turms gegenüber dem Fahrgestell erlaubt.
Zur Übertragung hochfrequenter elektrischer Signale zwischen zwei gegeneinander drehbaren Bauteilen ist es allgemein bekannt, eine Drehkupplung zu verwenden, welche im Bereich einer Drehachse der Bauteile angeordnet ist. Bei einem Fahrzeug der vorstehend beschriebenen Art ist es im Hinblick auf eine Drehkupplung allerdings erforderlich, dass im Bereich der Drehachse ein Freiraum zur Durchführung optischer Komponenten, z. B. eines Periskops vorgehalten wird.
Eine kapazitive Drehkupplung mit einer feststehenden Statorelektrode und einer gegenüber der Statorelektrode drehbaren Rotorelektrode, welche um einen zylindrischen Freiraum angeordnet sind, ist beispielsweise aus der DE 197 08 035 A1 bekannt. Bei dieser Drehkupplung besteht die Rotorelektrode aus einem einzelnen Kreisringabschnitt, während die Statorelektrode als umlaufende Ringleitung ausgestaltet ist.
Bei der Verwendung dieser Drehkupplung in einem Fahrzeug der vorstehend genannten Art ist es bei großen Abmessungen eines vorgebenen Freiraums allerdings möglich, dass die Statorelektrode einen Umfang aufweist, der in der Größenordnung des Wellenlängenbereichs des zu übertragenden Signals liegt. Dabei hat es sich als nachteilig erwiesen, dass leitungstheoretische Effekte auftreten, die das Übertragungsverhalten der Drehkupplung verschlechtern, so dass die Übertragung nur in einem eng begrenzten, schmalbandigen Wellenlängenbereich möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, die breitbandige Übertragung von elektrischen Signalen über eine Drehkupplung zu ermöglichen.
Bei einer Drehkupplung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode segmentiert ist.
Die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode ist in Elektroden-Segmente unterteilt. Die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode sind somit mehrsegmentig aufgebaut. Die Abmessungen der Segmente können klein im Verhältnis zu dem Wellenlängenbereich des übertragenen Signals gewählt sein, so dass wellenlängenabhängige Übertragungseffekte verringert werden. Somit kann eine breitbandige Übertragung von elektrischen Signalen über die Drehkupplung ermöglicht werden.
Bevorzugt ist die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode um einen zylindrischen Freiraum, insbesondere eine Durchführung für mechanische, optische und/oder elektrische Komponenten, angeordnet, so dass im Bereich des Freiraums weitere Bauteile angeordnet werden können. Der Freiraum kann bevorzugt derart ausgestaltet sein, dass in ihm ein optischer insbesondere glasoptischer, Kanal eines Sichtgeräts angeordnet ist.
In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode derart segmentiert ist, dass entlang der Elektrode kein geschlossener Umlauf um den Freiraum gegeben ist. Hierdurch kann ein Stromfluss um den Freiraum herum verhindert werden. Der Umlauf entlang der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode kann unterbrochen sein, so dass keine leitfähige Verbindung entlang der Statorelektrode bzw. der Rotorelektrode um den Freiraum herum besteht. Auf diese Weise können leitungstheoretische Effekte wie z. B. Reflexion durch die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode verringert werden.
Zur Unterdrückung wellenlängenabhängiger Effekte ist es ferner vorteilhaft, wenn die Segmente der Statorelektrode voneinander isoliert sind und/oder wenn die Segmente der Rotorelektrode voneinander isoliert sind. Durch die Isolation der Segmente kann ein Stromfluss zwischen den Segmenten der Statorelektrode bzw. zwischen den Segmenten der Rotorelektrode verhindert werden.
Bevorzugt weist die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode einen kreisringförmigen Verlauf auf, wodurch im Bereich der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode ein kreisförmiger Freiraum entsteht.
Durch die Erfindung können die Freiräume einen großen Durchmesser aufweisen. Für die Durchführung von Komponenten durch die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Länge, insbesondere der Umfang, der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode größer als 0,5 m, insbesondere größer als 0,8 m, bevorzugt größer als 1 m ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind die Segmente der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode als Kreisringsegmente ausgebildet. Hierdurch können die Segmente der Statorelektrode und/oder Rotorelektrode entlang eines kreisringförmigen Verlaufs angeordnet sein.
Für die Übertragung von Signalen mit geringer Wellenlänge ist es von Vorteil, wenn die Länge der Segmente der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode kleiner als 1 m, insbesondere kleiner als 0,8 m, bevorzugt kleiner als 0,5 m ist. Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die Länge der Segmente kleiner als ein Viertel der Wellenlänge eines zu übertragenden VHF-Signals ist, so dass wellenlängenabhängige Effekte verringert werden können.
Vorteilhaft ist ferner eine Ausgestaltung, bei welcher die Statorelektrode und die Rotorelektrode analog segmentiert sind, so dass leitungstheoretische Effekte gleichermaßen in der Statorelektrode und der Rotorelektrode verringert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Statorelektrode und die Rotorelektrode die gleiche Anzahl an Segmenten, insbesondere zwei Segmente, aufweisen. Hierdurch wird es ermöglicht, sowohl auf der Seite der Stators als auch auf der Seite des Rotors eine gleichartige Verschaltung zu verwenden. Bevorzugt sind die Statorelektrode und die Rotorelektrode hälftig getrennt, so dass die Komplexität der Verschaltung gering gehalten werden kann.
Als vorteilhaft hat es sich ferner erwiesen, wenn die Segmente der Statorelektrode identisch ausgebildet sind und/oder die Segmente der Rotorelektrode identisch ausgebildet sind. Auf diese Weise kann die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode aus gleichartigen Segmenten zusammengesetzt sein, wodurch die Fertigung der Drehkupplung vereinfacht wird.
Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung sind die Statorelektrode und die Rotorelektrode derart segmentiert, dass in einer Nullstellung einem Segment der Statorelektrode jeweils ein Segment der Rotorelektrode gegenübersteht.
Hinsichtlich der kapazitiven Kopplung der Statorelektrode und der Rotorelektrode hat es sich ferner als vorteilhaft erwiesen, wenn zwischen der Statorelektrode und der Rotorelektrode ein Luftspalt angeordnet ist. Der Luftspalt kann die Statorelektrode von der Rotorelektrode isolieren. Alternativ kann zwischen den Elektroden ein fester, flüssiger oder gasförmiger Isolator, insbesondere Teflon, angeordnet sein.
Die Rotorelektrode kann gegenüber der Statorelektrode um eine Drehachse drehbar sein. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Rotorelektrode in einer zu der Drehachse der Rotorelektrode im Wesentlichen parallelen Richtung von der Statorelektrode beabstandet ist. Die elektrischen Feldlinien im Bereich zwischen der Rotorelektrode und der Statorelektrode können in einer im Wesentlichen parallelen Richtung zu der Drehachse verlaufen.
Ferner kann die Rotorelektrode in einer zu der Drehachse der Rotorelektrode im Wesentlichen senkrechten Richtung von der Statorelektrode beabstandet sein. Hierbei können die Feldlinien zwischen der Rotorelektrode und der Statorelektrode im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Drehachse verlaufen.
Bei einer möglichen Ausgestaltung weist die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode einen gefalteten Querschnitt auf. Durch einen gefalteten Querschnitt der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode können Streukapazitäten vermieden werden. Insbesondere kann die Statorelektrode einen U-förmigen Querschnitt aufweisen, so dass sie die Rotorelektrode mit der offenen Seite des „U” umgreifen kann oder umgekehrt.
Die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode können auch als auf einer Platine angeordnete Leiterbahnen ausgestaltet sein.
Überdies kann die Drehkupplung Vorrichtungen zur Verschaltung der Segmente der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode aufweisen. In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Segmente der Statorelektrode parallel geschaltet sind und/oder wenn die Segmente der Rotorelektrode parallel geschaltet sind. Durch die Parallelschaltung der Segmente kann über alle Segmente das gleiche Signal übertragen werden. Den einzelnen Segmenten der Statorelektrode bzw. der Rotorelektrode kann ein schwaches Signal zugeführt werden, wobei diese zusammengenommen ein stärkeres Signal Gesamtsignal ergeben.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Segmente der Statorelektrode mit einer Vorrichtung zur Aufspaltung eines Signals auf die Segmente verbunden sind und wenn die Segmente der Rotorelektrode mit einer Vorrichtung zum Zusammenführen des Signals von den Segmenten verbunden sind. Ferner können die Segmente der Rotorelektrode mit einer Vorrichtung zur Aufspaltung eines Signals auf die Segmente verbunden sind und die Segmente der Statorelektrode mit einer Vorrichtung zum Zusammenführen des Signals von den Segmenten verbunden sein.
Als Vorrichtung zur Aufspaltung des Signals kann ein so genannter Combiner zur Anwendung kommen, mittels dem ein Signal einer vorgegebenen Amplitude in mehrere Signale mit reduzierter Amplitude aufgespaltet werden kann. Auch zum Zusammenführen des Signals kann ein Combiner zur Anwendung kommen, wobei hier mehrere schwächere Signale zu einem stärkeren Signal zusammengeführt werden können. Für die Fertigung der Kupplung ist es vorteilhaft, wenn die Vorrichtung zur Aufspaltung des Signals und die Vorrichtung zum Zusammenführen des Signals identisch ausgebildet sind, so dass die Anzahl erforderlicher Bauteile verringert wird.
Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Segmente der Statorelektrode und der Rotorelektrode jeweils mittels eines insbesondere in der Mitte des Segments angeordneten Abgriffs mit der Vorrichtung zur Aufspaltung des Signals oder der Vorrichtung zur Zusammenführung des Signals verbunden sind.
Vorteilhaft ist ferner eine Ausgestaltung mit einem die Statorelektrode und/oder Rotorelektrode umschließenden Gehäuse, welches Öffnungen aufweist. Durch die Öffnungen in dem Gehäuse können zwischen der Statorelektrode und/oder der Rotorelektrode und dem Gehäuse vorliegende parasitäre Kapazitäten verringert werden. Ferner kann das Gehäuse aus einem nichtleitenden Material ausgebildet sein.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Signalerzeuger, insbesondere für Funk-Signale, bevorzugt VHF-Signale, und einer mit dem Signalerzeuger verbundenen Antenne. Bei einem derartigen Fahrzeug wird die eingangs genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass der Signalerzeuger und die Antenne mittels einer vorstehend beschriebenen Drehkupplung verbunden sind.
Die Statorelektrode und/oder die Rotorelektrode der Drehkupplung ist in Segmente unterteilt, deren Abmessungen klein im Verhältnis zu dem Wellenlängenbereich des übertragenen Signals gewählt sein können, so dass wellenlängenabhängige Übertragungseffekte verringert werden. Somit kann eine breitbandige Übertragung von elektrischen Signalen von dem Signalerzeuger über die Drehkupplung zu der Antenne ermöglicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antenne gegenüber dem Signalerzeuger drehbar, insbesondere an einem Drehturm, angeordnet. Durch eine drehbare Antenne kann der Sende- und Empfangsbereich der Antenne beeinflusst werden. Durch die Anordnung der Antenne an einem Drehturm können Beeinflussungen von Sichtgeräten und Waffen des Drehturms durch die Antenne verringert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der Signalerzeuger ein Funkgerät, insbesondere ein analoges Funkgerät, bevorzugt im VHF-Bereich. Mittels eines Funkgerätes kann die Besatzung des Fahrzeugs mit anderen Fahrzeugen und/oder einer Einsatzzentrale kommunizieren.
Gemäß einer konstruktiven Ausgestaltung erzeugt der Signalerzeuger ein Signal im Frequenzbereich von 30 bis 300 MHz, insbesondere von 30 bis 100 MHz, bevorzugt im militärischen VHF-Bereich von 30 bis 80 MHz.
Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen vorteilhafte Ausgestaltungen können bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ferner die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Drehkupplung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen zur Anwendung kommen.
Das Fahrzeug kann zudem ein Sichtgerät aufweisen. Diese kann auf dem Turm angeordnet sein. Der optische Kanal des Sichtgeräts kann durch den Freiraum der Drehkupplung verlaufen.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. In diesen zeigt:
1 in einer Seitenansicht ein militärisches Fahrzeug;
2 in einer Draufsicht eine Drehkupplung;
3 in einer Schnittdarstellung die Drehkupplung aus der 2;
4 in einer Schnittdarstellung senkrecht zur Drehachse des Rotors den Rotor der Drehkupplung aus der 3;
5 in einer Schnittdarstellung vertikal zu der Drehachse des Rotors den Stator der Drehkupplung aus der 3; und
6 ein Blockschaltbild der Drehkupplung aus der 3.
In der 1 ist ein Fahrzeug 1 dargestellt, welches als militärisches Radfahrzeug ausgebildet ist. Das Fahrzeug 1 weist ein als Wanne 2 ausgebildetes Fahrgestell mit Rädern 3 sowie einen Drehturm 5 auf.
Innerhalb der Wanne 2 des militärischen Fahrzeugs 1 ist ein Besatzungsraum 4 angeordnet, in welchem ein als Funkgerät 31 ausgebildeter Signalerzeuger angeordnet ist. Anhand des Funkgeräts 31 kann die Besatzung des Fahrzeugs 1 Kontakt zu einer Kommandozentrale aufnehmen. Das Funkgerät 31 erzeugt dabei ein Signal im militärischen VHF-Frequenzbereich von 30 bis 80 MHz.
Im Bereich des Daches der Wanne 2 ist der Turm 5 über einen Drehkranz 8 drehbar um eine Drehachse D gegenüber der Wanne 2 gelagert. Der Turm 5 trägt eine Waffe 6, welche in Elevation richtbar ist. Im Bereich des oberen Endes des Turms 5 ist ferner eine Antenne 7 angeordnet, welche mit dem Funkgerät 31 verbunden ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist diese Verbindung in der 1 nicht dargestellt. Um die Übertragung von analogen Funk-Signalen von dem Funkgerät 31 zu der gegenüber dem Funkgerät drehbaren Antenne 7 zu ermöglichen, ist im Bereich zwischen dem Turm 5 und der Wanne 2 eine kapazitive Drehkupplung 9 vorgesehen, welche im Bereich der Drehachse D des Turms 5 angeordnet ist. Gemäß der Erfindung weist die Drehkupplung 9 eine segmentierte Statorelektrode 21 und eine segmentierte Rotorelektrode 11 auf, wodurch die Übertragung von breitbandigen Signalen über die Drehkupplung 9 ermöglicht werden kann.
Im Folgenden soll anhand der 2–6 auf die Segmentierung der Elektroden 11, 21 sowie weitere Einzelheiten der Drehkupplung eingegangen werden:
Die Drehkupplung 9 besteht im Wesentlichen aus einem Stator 20 und einem um die Drehachse D gegenüber dem Stator drehbaren Rotor 10. Während der Stator 20 bei dem in der 1 gezeigten Fahrzeug 1 an der Wanne 2 angeordnet ist, ist der Rotor 10 mit dem Turm 5 verbunden. Aufgrund der analogen Ausgestaltung von Stator 20 und Rotor 10 könnte die Drehkupplung 9 aber auch in umgekehrter Weise an dem Fahrzeug angeordnet sein.
Wie der Draufsicht auf den Rotor 10 in der 2 zu entnehmen, ist die Drehkupplung 9 von kreisringförmiger Gestalt und erstreckt sich um einen zylindrischen Freiraum F. Der Freiraum F erstreckt sich entlang der Drehachse D und kann zur Anordnung weiterer Bauteile oder zur Durchführung von mechanischen, elektrischen und/oder optischen Komponenten durch die Drehkupplung 9 genutzt werden. Bei dem in 1 dargestellten Fahrzeug 1 ist auf dem Turm 5 ein Sichtgerät 40, beispielsweise ein Periskop, angeordnet, wobei der glasoptische Kanal vom Sichtgerät 40 zum Fahrzeuginnenraum durch den Freiraum F der Drehkupplung 9 verläuft. Der Bereich der Drehachse D steht somit für den glasoptischen Kanal zur Verfügung.
Der Stator 20 weist eine Statorelektrode 21 auf, welche kapazitiv mit der am Rotor angeordneten Rotorelektrode 11 gekoppelt ist. Wie der Schnittdarstellung entlang der in der 2 gezeigten Schnittlinie III-III in der 3 zu entnehmen, ist der Querschnitt der Statorelektrode 21 U-förmig gefaltet ausgebildet, um eine möglichst große für die Kopplung der Elektroden aktive Fläche zu erhalten. Die Rotorelektrode 11 hingegen weist einen rechteckigen Querschnitt auf, welcher in den Bereich der Öffnung des „U” in die Statorelektrode 21 eingreift. Die Statorelektrode 21 ist somit sowohl in einer Richtung parallel zu der Drehachse D als auch in einer zu der Drehachse D senkrechten Richtung von der Rotorelektrode 11 beabstandet. Zwischen den Elektroden 11, 21 befindet sich ein Luftspalt; alternativ kann zur Isolierung der Elektroden 11, 21 ein fester oder flüssiger Isolator, z. B. Teflon, oder ein gasförmiges Medium zwischen die Elektroden 11, 21 eingebracht werden.
Der Stator 20 weist ferner ein metallisches Gehäuse 25 auf, welches die Statorelektrode 21 sowie Teile des Rotors 10, insbesondere die Rotorelektrode 11, umschließt. Sofern sich das Gehäuse 25 und die Elektroden 11, 21 nicht auf dem gleichen Potential befinden, besteht zwischen der jeweiligen Elektrode 11, 21 und dem Gehäuse eine parasitäre Kapazität. Um diese parasitäre Kapazität zu verringern, können in dem Gehäuse 25 Öffnungen angeordnet werden.
Im Bereich hinter den Elektroden 11, 21 sind sowohl am Stator 20 als auch am Rotor 10 mehrere Abgriffe 13 angeordnet, welche mit der jeweiligen Elektrode 11, 21 über eine Zuleitung 14, 24 kontaktiert sind.
Um einen Freiraum F mit möglichst großem Durchmesser zu erhalten, ist der Umfang der Statorelektrode 21 und/oder der Rotorelektrode 11 bei dem Ausführungsbeispiels größer als 0,5 m, insbesondere größer als 0,8 m, bevorzugt größer als 1 m gewählt. Da der Umfang der Rotorelektrode 11 und der Statorelektrode 21 somit in der Größenordnung der Wellenlänge der übertragenen Signale liegt, sind bei der Drehkupplung 9 besondere Vorkehrungen getroffen, um wellenlängenabhängige Dämpfungseffekte zu verringern: Sowohl die Rotorelektrode 11 als auch die Statorelektrode 21 sind segmentiert ausgebildet, so dass die Größenordnung der einzelnen Segmente 12.1, 12.2, 22.1, 22.2 kleiner als ein Viertel der Wellenlänge der übertragenden Signale ist.
Die Darstellungen in den 4 und 5 zeigen einen Schnitt durch die Drehkupplung 9 entlang der in der 3 mit S-S bezeichneten Linie, wobei die Rotorelektrode 10 und die Statorelektrode 20 getrennt voneinander dargestellt sind. Die Rotorelektrode 11 ist, wie der 4 zu entnehmen, in zwei Segmente 12.1, 12.2 geteilt, welche identisch ausgebildet sind. Die Segmente 12.1, 12.2 der Rotorelektrode 11 weisen insbesondere dieselbe Länge auf und sind nach Art von Kreisringsegmenten um den Freiraum F herum verlaufend angeordnet.
Die Segmente 12.1, 12.2 sind voneinander isoliert, so dass sich zwischen den Segmenten 12.1, 12.2 Trennstellen ergeben, welche eine galvanische Trennung der Segmente 12.1, 12.2 bewirken. Durch die Isolierung der Segmente 12.1, 12.2 voneinander ist kein geschlossener Umlauf leitfähigen Materials entlang der Rotorelektrode 11 um den Freiraum F gegeben. Zur Kontaktierung der Segmente 12.1, 12.2 ist jeweils in der Mitte der Segmente 12.1, 12.2 ein Abgriff 13.1, 13.2 vorgesehen.
Analog zu der Rotorelektrode 11 ist die in der 5 dargestellte Statorelektrode 21 in Segmente unterteilt: Die Statorelektrode 21 ist ebenfalls hälftig in zwei Segmente 22.1, 22.2 getrennt, welche identisch ausgebildet sind. Die Segmente 22.1, 22.2 der Statorelektrode 21 sind derart ausgebildet, dass sie sich in der in den 4 und 5 dargestellten Nullstellung genau gegenüberliegen. In dieser Nullstellung ist das in der Darstellung rechte Segment 12.2 der Rotorelektrode 11 kapazitiv mit dem rechten Segment 22.2 der Statorelektrode 21 gekoppelt; das linke Segment 12.1 der Rotorelektrode 11 in der Darstellung ist kapazitiv mit dem linken Segment 22.1 der Statorelektrode gekoppelt.
In dem Ausführungsbeispiel ist die Länge der Segmente 22.1, 22.2 der Statorelektrode 21 und/oder der Segmente 12.1, 12.2 der Rotorelektrode 11 kleiner als 1 m, insbesondere kleiner als 0,8 m, bevorzugt kleiner als 0,5 m.
Anhand der 6 soll im Folgenden die Verschaltung der Segmente 12.1, 12.2, 22.1, 22.2 erläutert werden:
Das Funkgerät 31 ist mit einer Vorrichtung 30.1 zur Aufspaltung des von dem Funkgerät erzeugten Signals verbunden, welche das von dem Funkgerät 31 erzeugte Signal in zwei Signale mit halber Amplitude trennt, die über getrennte Zuleitungen 32 und 33 zu den Segmenten 22.1, 22.2 der Statorelektrode 21 geleitet werden. Die Zuleitung 32 ist dabei über den Abgriff 23.1 mit dem Segment 22.1 der Statorelektrode 21 verbunden. Die andere Zuleitung 33 ist über einen weiteren Abgriff 23.2 mit dem Segment 22.2 der Statorelektrode 21 verbunden. Die beiden Segmente 22.1, 22.2 der Statorelektrode 21 sind somit parallel verschaltet und übertragen im Wesentlichen identische Informationen. Um die galvanische Trennung der einzelnen Segmente 12,1, 12.2, 22.1, 22.2 der Elektroden 11, 21 auch im verschalteten Zustand zu erhalten, ist die Vorrichtung 30.1 derart ausgebildet, dass die Anschlüsse, welche mit den Zuleitungen 32, 33 verbunden sind, voneinander isoliert sind.
Die Segmente 22.1, 22.1 der Statorelektrode 21 sind kapazitiv mit den Segmenten 12.1, 12.2 der Rotorelektrode 11 gekoppelt, welche über die Zuleitungen 34 und 35 mit einer Vorrichtung 30.2 zum Zusammenführen der Signale verbunden sind. Eine solche Vorrichtung 30.2 wird als Combiner bezeichnet und ist üblicherweise reversibel ausgebildet, so dass in einer Richtung mehrere Einzelsignale zusammengeführt werden können und in der Gegenrichtung ein Signal in mehrere Einzelsignale aufgespaltet werden kann. Der rotorseitige Combiner 30.2 führt die beiden über die Drehkupplung 9 übertragenen Signale zusammen und leitet das resultierende Gesamtsignal an die Antenne 7 weiter. Umgekehrt kann ein durch die Antenne 7 empfangenes Signal mittels des Combiners 30.2 aufgespaltet werden und über die Zuleitungen 34 und 35, die Rotorsegmente 12.1, 12.2, die Statorsegmente 22.1, 22.2, die Zuleitungen 32 und 33 zu dem Combiner 30.1 geleitet werden. Der statorseitige Combiner 30.1 führt die Signale zusammen und leitet sie dem Funkgerät 31 zu, welches in dieser Empfangsrichtung als Signalempfänger arbeitet.
In einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels können die Elektroden 11, 21 der Drehkupplung auch mehr als zwei Segmente 12.1, 12.2, 22.1, 22.2 aufweisen. In diesem Fall ist es erforderlich, die Combiner 30.1, 30.2 derart auszubilden, dass die die entsprechende Anzahl an Einzelsignalen aufspalten bzw. zusammenführen können.
Die vorstehend beschriebene Drehkupplung 9 weist eine Statorelektrode 21 und eine Rotorelektrode 11 auf, welche in Segmente 12.1, 12.2 und 22.1, 22.2 unterteilt sind. Die Abmessungen der Segmente 12.1, 12.2, 22.1, 22.2 können klein im Verhältnis zu dem Wellenlängenbereich des übertragenen Signals gewählt sein, so dass wellenlängenabhängige Übertragungseffekte verringert werden. Somit kann eine breitbandige Übertragung von hochfrequenten elektrischen Signalen, insbesondere eines VHF-Signals, über die Drehkupplung 9 ermöglicht werden.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Wanne
3: Rad
4: Besatzungsraum
5: Drehturm
6: Waffe
7: Antenne
8: Drehkranz
9: Drehkupplung
10: Rotor
11: Rotorelektrode
12.1, 12.2: Segment
13.1, 13.2: Abgriff
14.1, 14.2: Zuleitung
20: Stator
21: Statorelektrode
22.1, 22.2: Segment
23.1, 23.2: Abgriff
24.1, 24.2: Zuleitung
25: Gehäuse
30.1, 30.2: Combiner
31: Funkgerät
32–35: Zuleitung
40: Sichtgerät
D: Drehachse
S: Schnittlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19708035 A1 [0005]

Claims

Drehkupplung zur berührungsfreien Übertragung eines elektrischen Signals, insbesondere eines VHF-Signals, mit einer Statorelektrode (21) und einer kapazitiv mit der Statorelektrode (21) gekoppelten, gegenüber der Statorelektrode (21) drehbaren Rotorelektrode (11), dadurch gekennzeichnet, dass die Statorelektrode (21) und/oder die Rotorelektrode (11) segmentiert ist.
Drehkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorelektrode (21) und/oder die Rotorelektrode (11) um einen zylindrischen Freiraum (F), insbesondere eine Durchführung für mechanische, optische und/oder elektrische Komponenten, angeordnet ist.
Drehkupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass die Statorelektrode (21) und/oder die Rotorelektrode (11) derart segmentiert ist, dass entlang der Elektrode (11, 21) kein geschlossener Umlauf um den Freiraum (F) gegeben ist.
Drehkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (22.1, 22.2) der Statorelektrode (21) voneinander isoliert sind und/oder dass die Segmente (12.1, 12.2) der Rotorelektrode (11) voneinander isoliert sind.
Drehkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorelektrode (21) und/oder die Rotorelektrode (11) einen kreisringförmigen Verlauf aufweist.
Drehkupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang der Statorelektrode (21) und/oder der Rotorelektrode (11) größer als 0,5 m, insbesondere größer als 0,8 m, bevorzugt größer als 1 m ist.
Drehkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (22.1, 22.2) der Statorelektrode (22) und/oder die Segmente (12.1, 12.2) der Rotorelektrode (11) als Kreisringsegmente ausgebildet sind.
Drehkupplung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Segmente (22.1, 22.2) der Statorelektrode (21) und/oder der Segmente (12.1, 12.2) der Rotorelektrode (11) kleiner als 1 m, insbesondere kleiner als 0,8 m, bevorzugt kleiner als 0,5 m ist.
Drehkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorelektrode (21) und die Rotorelektrode (11) die gleiche Anzahl an Segmenten (12.1, 12.2, 22.1, 22.2), insbesondere zwei Segmente (12.1, 12.2, 22.1, 22.2), aufweisen.
Drehkupplung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (22.1, 22.2) der Statorelektrode (21) parallel geschaltet sind und/oder dass die Segmente (12.1, 12.2) der Rotorelektrode (11) parallel geschaltet sind.
Drehkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (22.1, 22.2) der Statorelektrode (21) mit einer Vorrichtung (30.1) zur Aufspaltung eines Signals auf die Segmente (22.1, 22.2) verbunden sind und dass die Segmente (12.1, 12.2) der Rotorelektrode (11) mit einer Vorrichtung (30.2) zum Zusammenführen des Signals von den Segmenten (12.1, 12.2) verbunden sind und/oder umgekehrt.
Drehkupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (22.1, 22.2) der Statorelektrode (21) und die Segmente (12.1, 12.2) der Rotorelektrode (11) jeweils mittels eines in der Mitte des Segments (12.1, 12.2, 22.1, 22.2) angeordneten Abgriffs (13.1, 13.2, 23.1, 23.2) mit der Vorrichtung (30.1) zur Aufspaltung des Signals oder der Vorrichtung (30.2) zur Zusammenführung des Signals verbunden sind.
Fahrzeug mit einem Signalerzeuger (31), insbesondere für VHF-Signale, und einer mit dem Signalerzeuger (31) verbundenen Antenne (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Signalerzeuger (31) und die Antenne (7) mittels einer Drehkupplung (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche verbunden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne (7) gegenüber dem Signalerzeuger (31) drehbar, insbesondere an einem Drehturm (5), angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalerzeuger (31) ein Funkgerät ist.