DE102018213999A1

DE102018213999A1 - Gleitkontaktkörper sowie elektrischer Drehübertrager

Info

Publication number: DE102018213999A1
Application number: DE102018213999.7A
Authority: DE
Inventors: Martin RIEDMAIER
Original assignee: Spinner GmbH
Current assignee: Spinner GmbH
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2020-02-20
Also published as: WO2020038889A1

Abstract

Beschrieben wird ein Gleitkontaktkörper sowie ein elektrischer Drehübertrager zur Übertragung elektrischer Signale und/oder Energie zwischen zwei beweglich, insbesondere drehbeweglich zueinander gelagerten, einen Zwischenspalt einschließenden Körpern.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass wenigstens zwei fingerartig ausgebildete Kontaktfedern vorgesehen sind, die monolithisch jeweils einseitig über eine gemeinsame Tragstruktur verbunden sind. Die wenigstens zwei fingerartig ausgebildeten Kontaktfedern verfügen jeweils über eine Längserstreckung, sind parallel zueinander orientiert, begrenzen beidseitig einen Zwischenspalt und weisen jeweils ein freies Kontaktfederende auf. Zudem ist mittel- oder unmittelbar an den freien Kontaktfederenden jeweils eine geometrisch gekrümmt ausgebildete Oberflächenkontaktkontur vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleitkontaktkörper sowie einen elektrischen Drehübertrager zur Übertragung elektrischer Signale und/oder Energie zwischen zwei beweglich, insbesondere drehbeweglich zueinander gelagerten, einen Zwischenspalt einschließenden Körpern.
Stand der Technik
Gattungsgemäße Gleitkontaktkörper stellen wesentliche Komponenten zur Realisierung elektrischer Drehübertrager dar, zumal sie die Qualität des elektrischen Kontaktes zwischen zwei beweglich, vorzugsweise drehbeweglich gelagerten Körpern bestimmen. Die mitunter auch als Kontaktbürsten bezeichneten Gleitkontaktkörper bestehen aus einem elektrisch gut leitenden metallischen Material, vorzugsweise Messing, Kupfer, Silber, Palladium oder Gold, das sich in erster Linie durch eine gute Kontaktgabe sowie einen möglichst geringen Übergangswiderstand im Zusammenwirken mit einer metallischen Schleifbahn auszeichnet, die gegenüberliegend zum wenigstens einem Gleitkontaktkörper am zumeist als Rotor bezeichneten Körper des elektrischen Drehübertragers aufgebracht ist und auf deren Oberfläche der Gleitkontaktkörper in gleitenden Reibkontakt tritt.
Üblicherweise sind Gleitkontaktkörper stift- oder fingerartig ausgebildet und einseitig an einem der beiden Körper eines elektrischen Drehübertragers befestigt. Der jeweils ansonsten freilagernde Endbereich des Gleitkontaktkörpers verfügt über eine Oberflächenkontaktkontur, die in reibschlüssigem Gleitkontakt mit der Oberfläche der zumeist ringförmig ausgebildeten metallischen Schleifbahn tritt.
Um die Sicherheit sowie auch Übertragungsqualität zwischen einer metallischen Schleifbahn und dem relativ dazu drehbar gelagert angeordneten Gleitkontaktkörper zu erhöhen, wird in an sich bekannter Weise eine Vielzahl, vorzugsweise identisch ausgebildete Gleitkontaktkörper vorgesehen, die jeweils in gleitenden Reibkontakt mit der metallischen Schleifbahn stehen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die elektrische Signal- und/oder Energieübertragung anstelle eines einzigen Gleitkontaktkörpers durch eine Vielzahl derartiger Gleitkontaktkörper realisiert wird.
In diesem Zusammenhang beschreibt die Druckschrift DE 201 15 215 U1 ein Stromübertragungselement zum Übergeben von elektrischen Strömen zwischen einem Rotor und einem Stator eines elektrischen Drehübertragers. Die in dieser Druckschrift als Stromübertragungselement bezeichneten Gleitkontaktkörper sind als geradlinige Drahtelemente jeweils in Form eines einseitig eingespannten Federbalkens an einem ringförmig ausgebildeten Statorkörper derart angebracht, so dass vier drahtelementartig ausgebildete Gleitkontaktkörper in Umfangsrichtung um einen innenliegenden Rotor jeweils gleich beabstandet zueinander angeordnet sind und längs einer am peripheren Umfangsrand des Rotors angebrachten Schleifbahn tangential anliegen.
Die Druckschrift EP 1 654 787 B1 offenbart einen Bürstenblock der stationär an einem ringförmigen Stator angeordnet ist um elektrische Ströme auf eine an einem radialen Umfangsrand eines Rotors angebrachte Schleifbahn zu übertragen. Der Bürstenblock sieht eine Vielzahl einzelne Drahtschleifelemente vor, die elektrisch parallel geschaltet und jeweils in Art eines einseitig eingespannten Federbalkens derart am Bürstenblock angeordnet sind, so dass ihre freien Schleifelementenden längs einer bogenförmigen Hüllkurve angeordnet sind, längs der die rotorseitig angebrachte Schleifbahn verläuft.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleitkontaktkörper sowie einen elektrischen Drehübertrager zur Übertragung elektrischer Signale und/oder Energie zwischen zwei beweglich, insbesondere drehbeweglich zueinander gelagerten, einen Zwischenspalt einschließenden Körpern derart anzugeben, so dass die Herstellung des Gleitkontaktkörpers sowie dessen Montage und Integration innerhalb eines elektrischen Drehübertragers kostengünstig und einfach sein soll, bei ansonsten wenigstens gleichbleibenden, vorzugsweise gegenüber bekannten Lösungen verbesserten elektrischen Signal- und Energieübertragungseigenschaften. Insbesondere soll die Möglichkeit der Skalierbarkeit gegeben sein, d. h. die Anzahl der mit einer Schleifbahn in Kontakt tretenden elektrischen Kontaktstellen soll bedarfsgerecht wählbar sein. Ferner soll der lösungsgemäß ausgebildete Gleitkontaktkörper den Betrieb eines elektrischen Drehübertragers mit jeweils entgegengesetzten Drehrichtungen ermöglichen.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 10 ist ein elektrischer Drehübertrager. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Lösungsgemäß zeichnet sich ein Gleitkontaktkörper zur Übertragung elektrischer Signale und/oder Energie zwischen zwei beweglich, insbesondere drehbeweglich zueinander gelagerten, einen Zwischenspalt einschließenden Körpern derart aus, dass wenigstens zwei fingerartig ausgebildete Kontaktfedern vorgesehen sind, die monolithisch jeweils einseitig über eine gemeinsame Tragstruktur verbunden sind. Die wenigstens zwei fingerartig ausgebildeten Kontaktfedern verfügen jeweils über eine Längserstreckung, die parallel zueinander orientiert sind. Die wenigstens zwei fingerartig ausgebildeten Kontaktfedern sind längs ihrer Längserstreckung jeweils parallel zueinander orientiert und begrenzen gemeinsam einen Spalt. An den freien Kontaktfederenden ist jeweils eine geometrisch gekrümmt, vorzugsweise in Form einer ideal runden oder sphärischen Krümmung ausgebildete Oberflächenkontaktkontur vorgesehen.
Um zu gewährleisten, dass die elektrische Signalübertragung längs jeweils der wenigstens zwei Kontaktfedern symmetrisch, d. h. unter gleichen Bedingungen erfolgt, sind die Kontaktfedern in Form und Größe identisch ausgebildet. Sollten Anwendungsfälle bestehen, die asymmetrische elektrische Übertragungseigenschaften längs der wenigstens zwei Kontaktfedern erfordern, so können Form und Größe der wenigstens zwei Kontaktfedern voneinander abweichen.
Zum Zwecke einer möglichst kostengünstigen Herstellung des lösungsgemäßen Gleitkontaktkörpers sieht eine bevorzugte Ausführungsform die Ausbildung des Gleitkontaktkörpers aus einem metallischen Flächensubstrat vor, aus dem die Tragstruktur sowie die wenigstens zwei Kontaktfeder einstückig bspw. im Wege eines Schneid- oder Stanzvorganges hergestellt sind. Vorzugsweise wird hierzu ein metallisches Flächensubstrat mit einer einheitlichen Substratdicke gewählt, so dass nach entsprechender Konfektionierung die Tragstruktur sowie die wenigstens zwei Kontaktfedern über eine einheitliche Dicke verfügen. Denkbar sind ebenfalls Ausführungsformen, bei denen die wenigstens zwei Kontaktfedern über eine von der Tragstrukturdicke abweichende Dicke verfügen können. Die jeweilige Materialdicke im Bereich der Kontaktfedern und der die Kontaktfedern monolithisch verbindenden Tragstruktur ist in Abhängigkeit von an den jeweiligen Gleitkontaktkörper zu stellenden elektrischen Übertragungseigenschaften konkret vorzunehmen.
Die Tragstruktur des Gleitkontaktkörpers ist flächig ausgebildet und umfasst einen Flächenbereich, der eine orthogonal zur Längserstreckung der wenigstens zwei Kontaktfedern orientierte Erstreckung besitzt und derart geschaffen ist, um im Wege einer Kraft-, Stoff- und/oder Formschlussverbindung mit einem der beiden Körper eines elektrischen Drehübertragers dauerhaft verbunden zu sein.
Vorzugsweise verfügt die Tragstruktur über wenigstens eine Öffnung, durch die eine Verbindungsstruktur zur Ausbildung der dauerhaften Verbindung hindurchführbar ist. Geeignete Verbindungsstrukturen können Löt-, Bond- oder mechanische Schraubverbindungen sein. Zusätzlich oder alternativ zur Verwendung vorstehender Verbindungstechniken dienen Adhäsivkleber, die als Haftvermittler flächig zwischen der Tragstruktur des Gleitkontaktkörpers und einer entsprechenden Fügefläche am Körper für eine dauerhafte Verbindung Verwendung finden.
Die wenigstens zwei mit der Tragstruktur monolithisch verbundenen Kontaktfedern des Gleitkontaktkörpers verfügen in Längserstreckung vorzugsweise über eine konstante Federbreite und schließen in Querrichtung beidseitig den bereits vorstehend erläuterten Spalt ein, dessen Spaltbreite gleich oder vorzugsweise kleiner bemessen ist als die Breite jeweils einer Kontaktfeder.
Gilt es einen Gleitkontaktkörper mit mehreren, d.h. vier, fünf, sechs oder mehr parallel nebeneinander angeordneten Kontaktfeder auszugestalten, so ist aus Gründen einer möglichst geringen Baugröße des Gleitkontaktkörpers das Spaltmaß zwischen zwei benachbarten Kontaktfedern möglichst derart zu reduzieren, so dass kein Kontakt zwischen jeweils benachbarten Kontaktfedern auftreten kann, um so deren individuelle Federauslenkung zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsform spannen die wenigstens zwei Kontaktfedern in einer ansonsten kraftfreien Lagerung eine erste Ebene auf, die gegenüber einer zweiten Ebene geneigt ist, die durch den vorzugsweise eben ausgebildeten Flächenbereich der Tragstruktur vorgegeben ist. Auf diese Weise ragen die Kontaktfedern über eine Fügeebene, längs der die Tragstruktur an einem Körper des elektrischen Drehübertragers dauerhaft gefügt ist, und vermögen mit ihren an den Kontaktfederenden angebrachten Oberflächenkontaktkonturen die am gegenüberliegenden Körper des Drehübertragers angebrachte Schleifbahn im Wege eine gleitenden Reibkontaktes elektrisch zu kontaktieren.
Durch die vorzugsweise ideal rund vorzugsweise sphärisch ausgebildete Oberflächenkontaktkontur, über die jede der wenigstens zwei Kontaktfedern in elektrischen Kontakt mit einer Schleifbahn des elektrischen Drehübertragers in elektrischen sowie auch mechanischen, d. h. körperlichen Kontakt treten, existiert keine bevorzugte Drehrichtung für den elektrischen Drehübertrager, d. h. die zwei drehbar zueinander gelagerten Körper des elektrischen Drehübertragers können jeweils abwechselnd mit unterschiedlichen Drehrichtungen betrieben werden.
Vorzugsweise ist die geometrisch gekrümmt ausgebildete Oberflächenkontur jeweils monolithisch mit der Kontaktfeder verbunden, d. h. die Oberflächenkontur am Ende bzw. am Endbereich jeder einzelnen Kontaktfeder ist durch einen formgebenden Bearbeitungsprozess aus dem Kontaktfedermaterial hergestellt. Alternativ ist es jedoch ebenso möglich, am Kontaktfederende ein separat zur Kontaktfeder ausgebildetes Bauteil im Wege einer Kraft-, Stoff- und/oder Formschlussverbindung mittel- oder unmittelbar dauerhaft zu fügen, das die geometrisch gekrümmt ausgebildete Oberflächenkontaktkontur besitzt. Das separate Bauteil ist aus einem Material gefertigt, das wenigstens eine gleiche oder vorzugsweise bessere elektrische Leitfähigkeit besitzt, als das metallische Material, aus dem die Kontaktfedern sowie die mit den Kontaktfeder monolithisch verbundene Tragstruktur besteht.
Der lösungsgemäße Gleitkontaktkörper erlaubt die Realisierung elektrischer Drehübertrager im Rahmen einer einfachen und kostengünstigen Montage. Zudem gestattet ein Gleitkontaktkörper, der wenigstens zwei, vorzugsweise fünf, sechs oder mehr, jeweils monolithisch miteinander verbundene Kontaktfedern aufweist, die Übertragung hoher elektrischer Ströme, eine Reduzierung des im Wege des Gleitkontakt auftretenden Kontaktrauschens sowie eine deutlich höhere Lebensdauer im Einsatz in einem elektrischen Drehübertragers, zumal sämtliche pro Gleitkontaktkörper vorgesehene Kontaktfedern mit einer Schleifbahn in Kontakt stehen.
Ein lösungsgemäßer elektrische Drehübertrager mit zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagerten Körpern zeichnet sich dadurch aus, dass an einem ersten der beiden Körper wenigstens ein lösungsgemäß ausgebildeter Gleitkontaktkörper angebracht ist, der in Gleitkontakt mit einer auf dem anderen, d.h. zweiten Körper angebrachten elektrischen Schleifbahn steht. Beide Körper des elektrischen Drehübertragers weisen vorzugsweise jeweils eine ebene Trägerplatine auf, die beide parallel zueinander angeordnet sind und deren unmittelbar einander zugewandte Trägerplatinenoberflächen den Zwischenspalt innerhalb des Drehübertragers beidseitig begrenzen. Die Trägerplatinenoberflächen sind jeweils orthogonal zur Drehachse des elektrischen Drehübertragers orientiert, um die sich der rotierende Körper des Drehübertragers dreht sind.
An einer Trägerplatinenoberfläche der beiden Trägerplatinen, die vorzugsweise am ruhenden Körper, d.h. am Stator des Drehübertrages angebracht ist, ist die Tragstruktur wenigstens eines der Gleitkontaktkörper dauerhaft fest gefügt und zudem mit einer in der Trägerplatine integrierten elektrischen Zu- und Ableitungsstruktur verbunden. Die wenigstens zwei Kontaktfedern des Gleitkontaktkörpers schließen mit der Trägerplatinenoberfläche einen Winkel β ein, für den vorzugsweise gilt: 0° < β < 90°, besonders vorzugsweise 10° ≤ β ≤ 45°. Durch die schräge Anstellung der wenigstens zwei Kontaktfedern relativ zur Trägerplatinenoberfläche, an der die Tragstruktur des Gleitkontaktkörpers dauerhaft gefügt ist, durchragen die Kontaktfedern den zwischen beiden Trägerplatinen beidseitig begrenzten Zwischenspalt, so dass die jeweils an den Kontaktfederenden vorgesehenen Oberflächenkontaktkonturen auf einer an der gegenüberliegenden Trägerplatinenoberfläche angebrachten, kreisringförmig ausgebildeten und konzentrisch zur Drehachse angeordneten Schleifbahn anliegen. Die Andruckkraft, mit der die einzelnen Kontaktfedern die Schleifbahn berühren, ist im Wesentlichen durch die den Kontaktfedern innewohnende Federkraft vorgegeben.
Die Anbringung des Gleitkontaktkörpers an der Trägerplatinenoberfläche eines der Körpers des elektrischen Drehübertragers erfolgt vorzugsweise relativ zu der an der Trägerplatinenoberfläche des gegenüberliegenden Körpers angebrachten Schleifbahn derart, so dass die Längserstreckungen der wenigstens zwei Kontaktfedern in einem Bereich des Gleitkontaktes mit einer an die Schleifbahn anlegbaren Tangente einen Winkel α einschließen, für den gilt: 0° < α ≤ 90°, vorzugsweise 60° ≤ α ≤ 90°. Aufgrund der Krümmung der Schleifbahn und der längs einer Linie nebeneinander angeordneten Oberflächenkontaktkonturen der Kontaktfedern kommen die Oberflächenkontaktkonturen auf der Schleifbahn jeweils mit einem radialen Versatz zueinander zu liegen. Hierdurch verteilen sich die einzelnen Berührpunkte der Kontaktfedern über die radiale Breite der Schleifbahn, wodurch eine singuläre Rillenbildung längs der Schleifbahn vermieden wird.
Typischerweise weist ein elektrischer Drehübertrager eine Vielzahl elektrisch isoliert gegeneinander angeordnete elektrische Übertragungskanäle auf, d. h. an der Trägerplatinenoberfläche eines der beiden Körper sind zwei oder mehrere konzentrisch zur Drehachse und relativ zueinander elektrisch isoliert angeordnete Schleifbahnen angebracht, die jeweils mit wenigstens einem lösungsgemäß ausgebildeten Gleitkontaktkörper im elektrischen Gleitkontakt stehen. Weitere Einzelheiten zur Ausbildung des lösungsgemäßen Gleitkontaktkörpers sowie eines diesen umfassenden elektrischen Drehübertragers sind den weiteren Ausführungen unter Bezugnahme konkreter Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

1 schematisierte Darstellung eines lösungsgemäß ausgebildeten Gleitkontaktkörpers,
2a, b Draufsichten sowie Seitenansichten auf verschiedene Ausführungsformen zur Realisierung eines Gleitkontaktkörpers,
3 Leiterplatine mit einer Vielzahl daran angebrachter Gleitkontaktkörper,
4 Leiterplatine mit fünf separat angeordneten elektrischen Schleifbahnen sowie
5 Detaildarstellung von an einer Schleifbahn aufliegenden Kontaktfedern eines Gleitkontaktkörpers.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
In 1 ist eine perspektivische Darstellung eines lösungsgemäß ausgebildeten Gleitkontaktkörpers 1 dargestellt, der einstückig aus einem metallischen Flachmaterial, bspw. in Form eines Messing- oder Kupferbleches, im Wege eines Schneid- oder Stanzverfahrens gefertigt ist. Der Gleitkontaktkörper 1 verfügt im dargestellten Ausführungsbeispiel über sechs in Form und Größe gleichdimensioniert, fingerartig ausgebildete Kontaktfedern 2, die jeweils paarweise einen Spalt 3 einschließen und monolithisch, d. h. einstückig, über eine Tragstruktur 4 miteinander verbunden sind. Die Tragstruktur 4 verfügt über drei Öffnungen, die zum Zwecke einer dauerhaften Verbindung zu einer Trägerplatine, die in 3 dargestellt ist, vorgesehen sind. Die Kontaktfedern 2 des Gleitkontaktkörpers 1 weisen jeweils gleichdimensionierte Federbreiten b auf, die jeweils gleich, vorzugsweise größer dimensioniert ist als die Spaltbreite Sb des Spaltes 3, der jeweils von zwei unmittelbar nebeneinander angeordneten Kontaktfedern 2 seitlich begrenzt wird. Die Tragstruktur 4 weist einen ebenen Flächenbereich 4' auf, der mit einer Ebene E, die von den parallel nebeneinander angeordneten Kontaktfedern 2 aufgespannt wird, einen Winkel β einschließt, für den gilt: 90° < β < 180°, vorzugsweise 45° ≤ β ≤ 3°.
Am Kontaktfederende jeder einzelnen Kontaktfeder 2 ist eine Oberflächenkontaktkontur 5 vorgesehen, die vorzugsweise exakt rund bzw. sphärisch ausgebildet ist. Im Falle des in 1 illustrierten Ausführungsbeispiels sind die Oberflächenkontaktkonturen 5 jeweils monolithisch, d. h. einstückig mit den Kontaktfedern 2 ausgebildet. Die Oberflächenkontaktkonturen 5 können vorzugsweise im Wege eines Warm- oder Kaltumformprozesses aus dem Material jeder einzelnen Kontaktfeder 2 gearbeitet sein.
2a zeigt die Draufsicht auf vier unterschiedliche Ausbildungsvarianten, I-IV, für an den Enden jeder Kontaktfeder 2 angebrachte Oberflächenkontaktkonturen 5. 2b zeigt die entsprechende Seitenansichten der vier unterschiedlichen Oberflächenkontaktkonturen 5.
Im Falle der 2a, b I) und II) sind die Oberflächenkontaktkonturen 5 monolithisch, d. h. einstückig aus dem Material des Gleitkontaktkörpers 1 gearbeitet. Im Falle der 2a, b I ist die Oberflächenkontaktkontur 5 in Form einer Sphäre ausgebildet, wohingegen im Falle der 2a, b II die entsprechende Oberflächenkontaktkontur 5 flach gekrümmt ausgebildet ist, wie dies auch in 1 der Fall ist. In den Fällen 2a, b III und IV ist jeweils an den Enden der Kontaktfedern 2 ein separates Bauteil 6 gefügt, das über eine Oberflächenkontaktkontur 5 verfügt, die jeweils ideal rund gekrümmt ist. Das separate Bauteil 6 besteht vorzugsweise aus einem sehr gut elektrisch leitenden Material, vorzugsweise Silber oder Gold.
Die in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele zur Realisierung eines Gleitkontaktkörpers weisen allesamt in Form und Größe gleichdimensionierte Kontaktfedern 2 auf, deren Oberflächenkontaktkonturen 5 jeweils längs einer virtuellen Linie L angeordnet sind.
3 zeigt eine Trägerplatine 7, an deren Trägerplatinenoberfläche 7' eine Vielzahl lösungsgemäß ausgebildeter Gleitkontaktkörper 2 angebracht ist. Jeder einzelne Gleitkontaktkörper 2 ist längs seiner Tragstruktur 4 dauerhaft mit der Trägerplatine 7, vorzugsweise im Wege einer Löt- oder Bondverbindung verbunden. Die räumliche Anordnung der einzelnen Gleitkontaktkörper 2 erfolgt unter Maßgabe der geometrischen Ausbildung und Anordnung der ringförmig ausgebildeten Schleifbahnen 8, die in 4 dargestellt sind und auf der Trägerplatinenoberfläche 9' einer zweiten Trägerplatine 9 aufgebracht sind. Die auf der ersten Trägerplatine 7 aufgebrachten Gleitkontaktkörper 2 sowie auch die auf der zweiten Trägerplatine 9 aufgebrachten Schleifbahnen 8 sind jeweils über nicht weiter in den jeweiligen Trägerplatinen verlaufenden elektrischen Zu- und Ableitungen kontaktiert.
Zur Realisierung eines elektrischen Drehübertragers sind die Trägerplatinen 7, 8 mit ihren Trägerplatinenoberseiten 7', 9' jeweils einander zugewandt, um eine beide Trägerplatinen 7, 9 zentrische durchsetzende Drehachse D angeordnet, wobei die Trägerplatinenoberseiten 7', 9' jeweils einen Zwischenspalt, nicht dargestellt, beidseitig begrenzen. Vorzugsweise sind die mit den Schleifbahnen 8 bestückte Trägerplatine 9 am Rotor und die mit den Gleitkontaktkörpern 2 versehene Trägerplatine 7 am Stator eines elektrischen Drehübertragers angebracht.
Die an der Trägerplatinenoberseite 7' dauerhaft gefügten Gleitkontaktkörper 2 sind jeweils derart angeordnet, so dass die Oberflächenkontaktkonturen 5 jeweils eines Gleitkontaktkörpers 2 längs einer auf der Trägerplatinenoberseite 9' aufgebrachten Schleifbahn 8 in gleitend kontaktierende Anlage gebracht werden. Die Längserstreckungen der Kontaktfedern 2 sind jeweils radial zur Drehachse D orientiert oder weisen eine leichte Verkippung relativ zur Radialrichtung auf, vorzugsweise in einer Größenordnung von 0° < α < ≤ 90°. Auf diese Weise berühren die Oberflächenkontaktkonturen eines Gleitkontaktkörpers 2 eine Schleifbahn mit einem lateralen räumlichen Versatz radial zur Schleifbahn, um mögliche, durch den Gleitkontakt verursachte Reibverschleißerscheinungen homogen über die gesamte Oberfläche der Schleifbahn 8 zu verteilen. 5 soll diese Anordnung verdeutlichen. Die längs einer Linie L angeordneten Oberflächenkontaktkonturen 5 eines Gleitkontaktkörpers 1 sind relativ zur gekrümmten Schleifbahn 8 derart angeordnet, so dass die Linie L mit einer an der Schleifbahn 8 anliegenden Tangente T im Bereich des Kontaktes den Winkel α einschließen. Hierdurch liegen die einzelnen Berührpunkte der Oberflächenkontaktkonturen 5 jeweils mit einem lateralen räumlichen Versatz Δx radial an der Schleifbahn 8 an.
Durch eine möglichst hohe Anzahl an einzelnen Oberflächenkontaktkonturen 5 pro Gleitkontaktkörper 2 wird die Übertragung hoher elektrischer Ströme sowie ein geringes Rauschverhalten bzw. eine gute Kontaktqualität ermöglicht. Insbesondere bei Anwendungen in der Luftfahrt sowie bei rauen Umweltbedingungen, bspw. bei extremen Temperaturbereichen, kommen diese technischen Vorteil besonders zum Tragen.
Im Falle der in den 3 und 4 dargestellten Trägerplatinen 7, 9 sind die auf der Trägerplatine 7 aufgebrachten Gleitkontaktkörper 1 jeweils derart angeordnet, dass die an der Trägerplatine 9 aufgebrachten elektrischen Schleifbahnen 8 jeweils von zwei Gleitkontaktkörpern 1 an jeweils zur Drehachse D diametral gegenüberliegenden Positionen kontaktiert werden. Selbstverständlich ist die Anzahl der jeweils eine einzige Schleifbahn 8 kontaktierender Gleitkontaktkörper 1 je nach Bedarf und Einsatzbedingungen nahezu beliebig wählbar.
Aufgrund der ideal runden Ausgestaltung der Oberflächenkontaktkonturen 5 werden drehrichtungsunabhängige Betriebsmöglichkeiten für einen elektrischen Drehübertrager möglich.
Aufgrund der sehr flachen Bauweise jedes einzelnen Gleitkontaktkörpers 1 sowie dessen kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige und/oder formschlüssige dauerhafte Anbringung an der Trägerplatinenoberfläche 7' der Trägerplatine 7 ist eine sehr flache und kompakte Bauweise eines elektrischen Drehübertrages möglich, dessen Lebensdauer insbesondere dadurch erhöht bzw. verbessert ist, zumal die Oberflächenkontaktkonturen 5 eines Gleitkontaktkörpers 1 auf der Oberfläche einer Schleifbahn 8 mit einem relativ zur Schleifbahn bezogenen Spurversatz aufliegen, so dass die Schleifbahn 8 weitgehend flächig homogen von einem Gleitkontaktkörper 1 im Wege eines gleitenden Reibkontaktes belastet wird. Ein möglicher Materialverschleiß längs der Schleifbahn kann überdies auch durch eine geeignet weich gewählte Federkennlinie jeder einzelnen Kontaktfeder minimiert werden. Zudem ermöglicht die monolithische Ausbildung des Gleitkontaktkörpers ideale elektrische Übertragungseigenschaften sowie auch eine kostengünstige Herstellung.
Bezugszeichenliste

1: Gleitkontaktkörper
2: Kontaktfeder
3: Spalt
4: Tragstruktur
4': Flächenbereich
5: Oberflächenkontaktkontur
6: Bauteil
7: Trägerplatine
7': Trägerplatinenoberseite
8: Schleifbahn
9: Trägerplatine
9': Trägerplatinenoberseite
b: Kontaktfederbreite
Sb: Spaltbreite
L: Linie
D: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20115215 U1 [0005]
EP 1654787 B1 [0006]

Claims

Gleitkontaktkörper zur Übertragung elektrischer Signale und/oder Energie zwischen zwei beweglich, insbesondere drehbeweglich zueinander gelagerten, einen Zwischenspalt einschließenden Körpern, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei fingerartig ausgebildete Kontaktfedern vorgesehen sind, die monolithisch jeweils einseitig über eine gemeinsame Tragstruktur verbunden sind, dass die wenigstens zwei fingerartig ausgebildeten Kontaktfedern jeweils über eine Längserstreckung verfügen, die parallel zueinander orientiert sind, einen Spalt beidseitig begrenzen und jeweils ein freies Kontaktfederende aufweisen, und dass mittel- oder unmittelbar an den freien Kontaktfederenden jeweils eine geometrisch gekrümmt ausgebildete Oberflächenkontaktkontur vorgesehen ist.
Gleitkontaktkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur zur Anbringung an einen der beiden Körper derart ausgebildet ist, so dass sich die Kontaktfedern innerhalb des Zwischenspaltes erstrecken und mit ihren Oberflächenkontaktkonturen eine am anderen Körper angebrachte elektrische Schleifbahn gemeinsam jeweils unter Ausbildung eines Gleitkontaktes kontaktieren.
Gleitkontaktkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kontaktfedern eine gleiche Form und Größe besitzen.
Gleitkontaktkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur sowie die wenigstens zwei Kontaktfedern aus einem metallischen Flächensubtrat hergestellt sind, das über eine normal zu einer Oberfläche des Flächensubstrates orientierte Substratdicke verfügt.
Gleitkontaktkörper nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur sowie die wenigstens zwei Kontaktfedern über eine einheitliche Dicke verfügen, die der Substratdicke entspricht oder dass die wenigstens zwei Kontaktfedern über eine gegenüber der Tragstruktur geringere Dicke verfügen.
Gleitkontaktkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur einen Flächenbereich umfasst, der eine orthogonal zur Längserstreckung der wenigstens zwei Kontaktfedern orientierte Erstreckung besitzt, und dass die Tragstruktur geeignet dazu ausgebildet ist, im Wege einer Kraft-, Stoff- und/oder Formschlussverbindung mit dem einen Körper dauerhaft verbunden zu sein.
Gleitkontaktkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kontaktfedern längs ihrer Längserstreckung über eine konstante Breite verfügen, und dass der von den wenigstens zwei Kontaktfedern beidseitig begrenzte Spalt kleiner oder gleich der Breite der Kontaktfeder ist.
Gleitkontaktkörper nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Kontaktfedern in einer kraftfreien Lagerung eine erste Ebene aufspannen, die gegenüber dem Flächenbereich der Tragstruktur, der eine zweite Ebene aufspannt, geneigt ist.
Gleitkontaktkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrisch gekrümmt ausgebildete Oberflächenkontaktkontur jeweils monolithisch mit der Kontaktfeder verbunden ist, oder dass die geometrisch gekrümmt ausgebildete Oberflächenkontaktkontur jeweils Teil eines separat zur Kontaktfeder ausgebildeten Bauteils ist, das im Wege einer Kraft-, Stoff- und/oder Formschlussverbindung mittel- oder unmittelbar an dem freien Kontaktfederende dauerhaft gefügt ist.
Elektrischer Drehübertrager mit zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagerten Körpern, von denen an einem ersten Körper wenigstens ein Gleitkontaktkörper angebracht ist, der in Gleitkontakt mit einer auf dem anderen zweiten Körper angebrachten elektrischen Schleifbahn steht, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gleitkontaktkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
Elektrischer Drehübertrager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitkontaktkörper derart an dem ersten Körper angebracht ist, so dass die Längserstreckungen der wenigstens zwei Kontaktfedern mit einer im Bereich des Gleitkontaktes an die Schleifbahn anlegbaren Tangente einen Winkel α einschliessen, für den gilt: 0° < α ≤ 90°.
Elektrischer Drehübertrager nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Gleitkontaktkörper an dem ersten Körper angebracht sind, und dass die Kontaktfedern der wenigstens zwei Gleitkontaktkörper mit jeweils zwei unterschiedlichen, an dem zweiten Körper konzentrisch zueinander um die Drehachse angebrachten Schleifbahnen in Gleitkontakt stehen.
Elektrische Drehübertrager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigsten ein dritter Gleitkontaktkörper an dem ersten Körper angebracht ist, und dass die Kontaktfedern des wenigstens dritten Gleitkontaktkörpers mit einem der beiden Schleifbahnen oder mit einer zu den beiden Schleifbahnen unterschiedlichen, an dem zweiten Körper konzentrisch um die Drehachse angebrachten dritten Schleifbahn in Gleitkontakt stehen.
Elektrischer Drehübertrager nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Gleitkontaktkörper an dem ersten Körper derart angebracht und ausgebildet ist, dass die Oberflächenkontaktkonturen der Kontaktfedern des Gleitkontaktkörpers die Schleifbahn mit einem lateralen räumlichen Versatz radial zur Schleifbahn berühren.
Elektrischer Drehübertrager nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Körper eine ebene Trägerplatine aufweist mit wenigstens einer elektrischen Zu- und Ableitung, an der mittel- oder unmittelbar der wenigstens eine Gleitkontaktkörper kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig und/oder formschlüssig gefügt und mit der wenigstens einen elektrischen Zu- und Ableitung elektrisch kontaktiert ist, dass der zweite Körper eine ebene Trägerplatine aufweist, an der wenigstens eine Schleifbahn angebracht ist, die mit wenigstens einer elektrischen Zu- und Ableitung verbunden ist, und dass die Trägerplatinen des ersten und zweiten Körpers den Zwischenspalt einschliessen.