DE19537649C2

DE19537649C2 - Drehelement für koaxiale Verbindung

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Publication number: DE19537649C2
Application number: DE1995137649
Authority: DE
Inventors: Henner Aulebach; Claus Kruse
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-10-10
Filing date: 1995-10-10
Publication date: 1999-03-25
Anticipated expiration: 2015-10-11
Also published as: EP0768738A1; DE19537649A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Drehelement für koaxiale Verbindungen, insbesondere für hochfrequenzleitende und/oder hochspannungsleitende Verbindungen, mit zwei rohrförmigen, gegeneinander drehbaren und leitend verbundenen Elementen mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, wobei in den rohrförmigen Elementen axial jeweilige Leitungselemente angeordnet sind, die eben falls gegeneinander drehbar leitend verbunden sind, und mit jeweils mindestens einem Kontaktelement, das an den rohrförmigen Elementen und den Leitungselementen angeordnet ist.

Ein Drehelement für koaxiale Verbindungen dieser Art ist bekannt (DE-Gbm 17 73 435). Dieses Drehelement geht von Hochfrequenz-Drehkupplungen aus, die sich bisher durch den Nachteil auszeichneten, daß es bisher nicht gelungen war, die Kontaktgabe mit ausreichender Haltbarkeit sowie Zuverlässigkeit und mit dem erforderlichen geringen Übergangswiderstand auszuführen, wenn zugleich alle anderen für eine Hochfrequenzübertragung zu stellenden Forderungen erfüllt sein sollen. Mit dem bekannten Drehelement sollen bisherige Mängel wie nicht gewähr leistete Reflexionsfreiheit und fortwährende Kontaktsi cherheit beseitigt werden, und zwar durch einen koaxia len Aufbau, der Kontaktsicherheit und Reflexionsfreiheit gewährleisten soll und davon unabhängig ist, ob das Drehelement ruht oder sich dreht, wobei zur Lösung die Kontaktgabe eines Innenleiters über einen zylindrischen Stift aus einer Hartsilberlegierung erfolgen soll, der in einer zwecks Federung vorzugsweise geschlitzten Buchse aus Lagerbronze läuft und durch Kontaktgabe eines äußeren Leiters, die als einander umfassende, aus der gleichen Metallpaarung bestehende Rohre ausgebildet sind.

Bei Bild- und/oder Tonaufzeichnungseinrichtungen, wie sie gemeinhin in Aufnahmestudios, in Sendeanstalten und auch im Freien verwendet werden, werden die von den Bild- und/oder Tonaufnahmeeinrichtungen erzeugten Video- und/oder Audiosignale von den vorgenannten Einrichtungen mittels Übertragungseinrichtungen in Form von Kabelver bindungen auf die Signale ver- und/oder bearbeitende Einrichtungen übertragen. Die Bild- und/oder Tonaufnah meeinrichtungen werden dabei auf Köpfen montiert und von diesen getragen, die wiederum auf stationären oder bewegbaren Trägern geeignet befestigt sind. Diese Köpfe sind regelmäßig so aufgebaut, daß sie eine Bewegung der Bild- und/oder Tonaufzeichnungseinrichtung in allen 3 möglichen Freiheitsgraden erlauben, d. h. auch ein Drehen dieser Einrichtung bzw. dieses Kopfes um 360°. Um eine Übertragung der hochfrequenten Video- und/oder Audiosig nale von der Bild- und/oder Tonerfassungseinrichtung über diesen auch um 360° schwenkbaren Kopf über die Übertragungseinrichtung zur Ver- und/oder Bearbei tungseinrichtung der Video- und/oder Audiosignale zu gestatten, wurden zunächst einfache Kabelverbindungen vorgesehen, die ausreichend lang bemessen wurden, um ein mehrfaches Umsichselbstdrehen der Bild- und/oder Ton aufnahmeeinrichtung bzw. des diese aufnehmenden Aufnah mekopfes zu gestatten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß eine derartig simple Technik erhebliche Nachteile mit sich bringt, da irgendwann die Drehbarkeit des Aufnah mekopfes mit darauf angeordneter Bild- und/oder Tonauf nahmeeinrichtung zu Ende ist, nämlich dann, wenn das Übertragungskabel mehrfach um diesen Bereich infolge des Drehens um den Aufnahmekopf gewickelt worden ist.

Zur Abhilfe wurde deshalb die Drehachse des Aufnahme kopfes, die um 360° drehbar sein soll, mit einem Schleifring versehen, wobei zwischen drehendem und festem Element des Aufnahmekopfes aus anderen Bereichen der Technik bekannte Schleifringkonstruktionen vorgese hen würden, die zwar das Drehhemmnis der bisherigen begrenzt langen Kabelverbindung in diesem Bereich beseitigten, gleichzeitig aber erhebliche andere Nach teile für den Übertragungsweg der Video- und/oder Audiosignale zeigten. Diese erheblichen Nachteile bestanden darin, daß es für die Übertragung hochfre quenter Signale praktisch keine Möglichkeit gibt, die Schleifringsysteme derart auszubilden, daß sie bei allen Stellungen der zueinander drehbaren Teile des Kopfes bei allen möglichen Signalfrequenzen einen konstanten Wellenwiderstand aufweisen. Dieser erhebliche und an sich nicht tolerable Nachteil liegt im wesentlichen darin begründet, daß es auch mit den ausgefeiltesten Schleifringsystemen keine Gewähr für fortwährend abso lute Kontaktgabe gibt, mit der Folge, daß untolerable Dämpfungen der Video- und/oder Audiosignale und das Auftreten von resonanzfrequenten Signalen und Signalre flexionen schlechthin zu beobachten sind, was insbeson dere bei hochwertigen Video- und/oder Audio-Produktionen unakzeptabel ist. Man hat sich deshalb vielfach wieder auf die alten Kabelverbindungen zurückgezogen mit allen damit verbundenen Nachteilen der Handhabbarkeit, wobei allerdings mit einer Kabelverbindung wenigstens die Vorteile einer dämpfungs-, resonanz- und reflexions freien Verbindung zur Übertragung der Video- und/oder Audiosignale erreicht werden.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Drehelement für koaxiale Verbindungen der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine dämpfungs-, reso nanz- und reflexionsfreie Übertragung hochfrequenter Signale bei konstantem Wellenwiderstand bei ungehemmter Verdrehung der Drehelementteile zueinander mittels des Drehelementes erlaubt, wobei die bisherigen Nachteile dafür verwendeter Kabelverbindungen vollständig entfal len und wobei das Drehelement einfach im Aufbau und kostengünstig herstellbar sein soll und das Drehelement auch derart universell einsetzbar sein soll, daß an stelle der Übertragung hochfrequenter Video- und/oder Audiosignale auch hochfrequente Hochspannung übertragen werden kann.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß wenigstens ein rohrförmiges Element außen über ein oder mehrere Lager an einem Trägerelement drehbar abgestützt ist und daß das eine oder mehrere Lager gegenüber dem Trägerelement elektrisch isoliert ausgebildet ist bzw. sind.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im wesentlichen darin, daß eine Verbindung mittels des Drehelementes geschaffen wird, die bei Drehbarkeit um beliebige Winkel einen fortwährend konstanten Wellenwi derstand der Verbindung gewährleistet, bei dem keine Reflexionen der Signale auftreten und keine Signalreso nanz auftritt, wobei erfindungsgemäß bei der Übertragung hochfrequenter Signale eine Frequenzbandbreite bis in den Giga-Hertz-Bereich gewährleistet ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Drehelementes besteht darin, daß praktisch kein mechanischer Ver schleiß auftritt, der die elektrischen bzw. hochfre quenten Übertragungseigenschaften der mittels des Drehelements geschaffenen Drehverbindung beeinträchtigt.

Dadurch, daß wenigstens ein rohrförmiges Element außen über ein oder mehrere Lager an einem Trägerelement abgestützt wird, ist fortwährend eine axiale Ausrichtung der beiden rohrförmigen Elemente gewährleistet, die mechanisch stabil ist und somit eine fortwährend gute elektrische und hochfrequente Leitung von Video- und/ oder Audiosignalen und ggf. hochfrequenter Hochspannung ermöglicht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden rohrförmigen Elemente über an ihren jewei ligen einander zugewandten Endbereichen ausgebildeten Kontaktelemente drehbar verbunden, die einerseits dafür sorgen, daß eine sehr leichtgängige und verschleißfreie Verdrehbarkeit der rohrförmigen Elemente gewährleistet ist und andererseits eine sehr gute Leitung der hoch frequenten Signale gewährleistet ist.

Vorteilhafterweise sind ebenfalls die beiden axialen Leitungselemente über an ihren jeweiligen einander zugewandten Endbereichen ausgebildete Kontaktelemente drehbar verbunden, so daß auch an dieser Stelle eine verschleißfreie, mechanisch leichtgängige Verdrehbarkeit bei gleichzeitig guter Hochfrequenzleitungseigenschaft dieser Verbindung erreicht wird.

Die Kontaktelemente selbst können vorteilhafterweise aus Rollen, d. h. aus zylindrischen oder kegelförmigen Rollen bestehen, vorzugsweise eignen sich aber auch Kontakt elemente aus Kugeln, wobei die Rollen und/oder Kugeln nach Art eines Kugellagers über den Umfang der rohrför migen Elemente bzw. über den Umfang in den Endbereichen der rohrförmigen Elemente und/oder über den Umfang in den Endbereichen der axialen Leitungselemente angeordnet sind.

Dabei werden die Rollen und/oder Kugeln über Rollen- und/oder Kugelkäfige, wie es bei normalen Rollen- und/oder Kugellagern anzutreffen ist, derart auf Abstand gehalten, daß die Rollen und/oder Kugeln sich unterein ander nicht berühren. Die Käfige, in denen die Rollen und/oder Kugeln laufen bzw. mit denen sie auf Abstand gehalten werden, bestehen dabei aus nichtleitendem Werkstoff, so daß die Rollen und/oder Kugeln ein elek trisch- und hochfrequenzgeeignetes Kontaktelement zwischen den gegeneinander drehbaren rohrförmigen Elementen und gegenüber den gegeneinander drehbaren Kontaktelementen bilden. Undefinierte elektrische oder hochfrequente Übertragungszustände können somit nicht auftreten, da der Käfig aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff ein undefiniertes Berühren der Kontaktele mente, sei es in Form von Rollen und/oder Kugeln, ausschließt.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform können die Kontaktelemente aus axial geschlitzten Endbereichen der rohrförmigen Elemente und/oder der Leitungselemente bestehen, wobei die axial geschlitzten Endbereiche derart ausgebildet sind, daß sie sich beim Zusammen stecken der rohrförmigen Elemente bzw. der axialen Leitungselemente geringfügig elastisch verformen, so daß fortwährend die der Verformungsrichtung entgegenwirkende Kraft für einen definierten Andruck der jeweiligen aneinanderliegenden Endbereiche sorgt, und somit ein einwandfreier elektrischer und hochfrequenter Kontakt gewährleistet ist.

Der von den Leitungselementen nicht ausgefüllte Innen raum der rohrförmigen Elemente ist vorzugsweise mit einem Isolationsmittel angefüllt, das beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) ausgebildet sein kann, wobei das Isolationsmittel für eine ordnungsgemäße zentralaxiale Stellung der jeweiligen Leitungselemente in den rohrförmigen Elementen sorgt, d. h. gewissermaßen als definierter Abstandshalter wirkt und andererseits als definiertes Dielektrikum.

Dieses Trägerelement kann beispielsweise selbst wiederum rohrförmig sein, so daß das oder die Außenlager, die die rohrförmigen Elemente ggf. beide umgeben, in dieses Trägerrohr auf einfache Weise eingesetzt und dort sicher gehalten werden kann bzw. können. Somit ist für diesen Fall das Trägerelement vorzugsweise rohrförmig mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.

Aus Saffran, P.; "Einfache Koaxial-Drehkupplung" in "UKW-Berichte", Heft 9, Juni 1969, Seiten 106 und 107, ist eine Drehkupplung bzw. ein Drehelement bekannt, die bzw. das im wesentlichen aus einer sogenannten UHF- Buchse und einem zugehörigen Stecker bestehen. Dort wird beschrieben, daß diese Teile durch einige einfache Ände rungen und Ergänzungsteile zu einer Drehkupplung verei nigt werden können. Die Grundteile der hier beschrie benen Koaxial-Drehkupplung sind normalerweise weder bestimmt noch geeignet, eine Drehkupplungsfunktion auszuführen. Erst durch Modifikation der Standard-UHF- Buchse und dem dazugehörigen Standardstecker durch Zwischenlegen von Kugeln in einer Überwurfhülse kann das Innenteil des Steckers drehbar gegenüber der normaler weise lediglich zur Sicherung in einer festen Stellung der Buchse und des Steckers zueinander benötigen Über wurfhülse gemacht werden. Der Aufbau dieser mit modifi zierten Standardteilen realisierten Koaxial-Drehkupplung unterscheidet sich ansonsten nicht von einer normalen Koaxial-Kupplung, die nicht drehbar bezüglich ihrer Teile zueinander ausgebildet ist.

Aus der US-PS 3 229 234 ist eine drehbare Koaxialver bindung bekannt, bei der der elektrische Kontakt des Mittel- bzw. Innenleiters zwischen den beiden koaxial zueinander geordneten Drehteilen mittels eines druck federbeaufschlagten Stiftelements hergestellt wird, das in ein entsprechend ausgeformtes Lager gedrückt wird, in dem der Stift im Lager axial gleitend geführt wird.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nach folgende einzige schematische Zeichnung beschrieben. Diese zeigt:

Im Schnitt zwei rohrförmige Elemente, die drehbar und leitend miteinander verbunden sind und die außen von Kugellagern gehalten werden.

Das Drehelement 10 besteht im wesentlichen aus zwei rohrförmigen Elementen 11, 12, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt beider rohrför migen Elemente 11, 12 ist im wesentlichen gleich dimen sioniert. Koaxial zur Achse 25 der rohrförmigen Elemente 11, 12 sind jeweils Leitungselemente 13, 14 angeordnet, die die rohrförmigen Elemente 11, 12 entsprechend deren Länge durchqueren. Die Leitungselemente 13, 14 bilden den Innenleiter des Drehelements, wohingegen die die rohrförmigen Leitungselemente 13, 14 vollständig umge benden rohrförmigen Elemente 11, 12 den Außenleiter des Drehelements 10 bilden.

Das in der einzigen Figur dargestellte Drehelement 10 soll, was die figürliche Darstellung angeht, hier nur als Hilfe für das Verständnis des Grundaufbaus herange zogen werden. Die Dimensionierung des Querschnitts der rohrförmigen Elemente 11, 12, der der in der Achse 25 angeordneten Leitungselemente 13, 14, sowie aller übrigen Elemente, die noch nachfolgend im einzelnen beschrieben werden, können, je nach Anwendungsfall, unterschiedlich dimensioniert ausgebildet sein.

Die beiden rohrförmigen Elemente 11, 12 weisen an ihren jeweiligen einander zugewandten Endbereichen 15, 16 Kontaktelemente 17 auf, über die beide rohrförmigen Elemente 11, 12 drehbar und leitend miteinander verbun den sind. Bei dem in der Figur dargestellten Ausfüh rungsbeispiel des Drehelements 10 bestehen die Kontakt elemente 17 aus Kugeln, die über die Umfangsfläche der rohrförmigen Elemente verteilt nach Art eines Kugella gers ausgebildet sind. Die kugelförmigen Kontaktelemente 17 werden durch einen hier nicht dargestellten Käfig zur Aufnahme der Kugeln in Umfangsrichtung in Abstand voneinander gehalten, wobei der Käfig aus elektrisch nichtleitenden Werkstoff besteht. Die Kontaktelemente 17 bilden den eigentlichen elektrischen Kontakt zwischen den beiden rohrförmigen Elementen 11, 12.

Im Innenraum 21 der rohrförmigen Elemente 11, 12 ist ein Isolationsmittel 22 vorgesehen, das beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen (Teflon) bestehen kann, und das die jeweiligen Leitungselemente 13, 14 einschließt. Das Isolationsmittel 22 wirkt somit als Befestigungsorgan bzw. Abstandshalter für die Leitungselemente 13, 14 im jeweiligen rohrförmigen Element 11, 12 und als Dielek trikum im Zusammenhang mit einer Übertragung hochfre quenter Signale über das Drehelement 10. Die beiden axialen Leitungselemente 13, 14 sind ebenfalls über an ihren einander zugewandten jeweiligen Endbereichen 18, 19 ausgebildete Kontaktelemente 20 drehbar verbunden, wobei diese Kontaktelemente 20, genau wie die äußeren Kontaktelemente 17, hier aus Kugeln bestehen, die ebenfalls über einen hier nicht dargestellten Käfig aus elektrisch nichtleitenden Werkstoff auf Abstand von einander gehalten werden. Auch hier bilden die Kontakt elemente 20 in Form von Kugeln zusammen mit dem Käfig aus nichtleitenden Werkstoff, die insgesamt eine Art Kugellager bilden, die eigentlichen elektrischen Kon takte zwischen den beiden Leitungselementen 13, 14.

Die Kontaktelemente 17, 20 können aber auch aus zylin drischen oder kegeligen Rollen bestehen, wobei es ebenfalls möglich ist, die Kontaktelemente 17, 20 derart auszubilden, daß die jeweiligen Endbereiche 15, 18 der rohrförmigen Elemente 11, 12 und/oder der Leitungsele mente 13, 14 axial geschlitzt sind. Die Endbereiche sind bei einer derartigen Ausgestaltung derart dimensioniert, daß sie beim jeweiligen Ineinandergreifen geringfügig aufgespreizt werden, so daß die aufgrund der damit verbundenen elastischen Verformung erzeugte Gegenkraft ausreichend groß ist, um fortwährend einen ausreichenden Andruck der Endbereiche gegeneinander zu gewährleisten mit dem Ziel einer fortwährenden guten Kontaktgabe für die Leitung hochfrequenter Video- und/oder Audiosignale und/oder die Leitung hochfrequenter Hochspannung.

Das gesamte Drehelement 10 kann grundsätzlich auf beliebige geeignete Weise in einem Kopf für die Beweg barkeit einer Bild- und/oder Tonaufnahmeeinrichtung aufgenommen werden, so daß bei einer fortwährend ein wandfrei axialen Ausrichtung beider rohrförmigen Ele mente 11, 12 eine gegenseitige Verdrehbarkeit ent sprechend der Pfeile 26 möglich ist. Um aber eine derartige konstant axiale Ausrichtung beider rohrför migen Elemente 11, 12 mit einfachen Mitteln zu gewähr leisten, können die rohrförmigen Elemente 11, 12 außen über Lager 23 in einem rohrförmigen Trägerelement 24 abgestützt werden, so daß schon herstellungsseitig für eine einwandfreie axiale Ausrichtung beider rohrförmigen Elemente 11, 12 gesorgt ist. Auch die Anzahl und die Art der Anordnung der Lager 23 in der einzigen Figur ist hier lediglich schematisch zu verstehen. Die Lager 23 gewährleisten die fortwährend erforderliche radiale Ausrichtung der rohrförmigen Elemente 11, 12 im Träger element 24 und stellen sicher, daß die Kontaktelemente 17, 20 unter keinen Umständen verkanten, d. h. mechanisch weder radial noch axial, sowie mit entsprechenden dazwi schenliegenden Kraftkomponenten bei der Drehung der rohrförmigen Elemente 11, 12 belastet werden, außer der Belastung, die durch die erfindungsgemäß gewollte radiale Kraftkomponente zur Sicherstellung eines guten elektrischen Kontakts durch die Endbereiche 15, 16 bzw. die Endbereiche 18, 19 der rohrförmigen Elemente 11, 12 bzw. der Leitungselemente 13, 14 ausgeübt wird.

Durch hier im einzelnen nicht dargestellte Maßnahmen muß sichergestellt sein, daß die Lager 23 gegenüber dem Trägerelement 24 elektrisch isoliert ausgebildet sind.

Das erfindungsgemäße Drehelement 10 gestattet eine Übertragung von Video- und/oder Audiosignalen bis in den Giga-Hertz Bereich und ist auch zur Übertragung hochfre quenter Hochspannung geeignet. Das Drehelement 10 kann ebensogut auch zur Übertragung von niederfrequenten Signalen oder zur Übertragung von Gleich- und Wechsel spannung und dergleichen benutzt werden. Bei der Über tragung hochfrequenter Signale stellt das Drehelement 10 einen Leiter mit konstantem Wellenwiderstand dar.

Bezugszeichenliste

10

Drehelement

11

rohrförmiges Element

12

rohrförmiges Element

13

Leitungselement

14

Leitungselement

15

Endbereich rohrförmiges Element

16

Endbereich rohrförmiges Element

17

Kontaktelement

18

Endbereich Leitungselement

19

Endbereich Leitungselement

20

Kontaktelement

21

Innenraum

22

Isolationsmittel

23

Lager

24

Trägerelement

25

Achse

26

Pfeil

Claims

1. Drehelement für koaxiale Verbindung mit zwei rohrförmigen, gegeneinander drehbaren und leitend verbundenen Elementen (11, 12) mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, wobei in den rohrförmigen Elementen (11, 12) axial jeweilige Lei tungselemente (13, 14) angeordnet sind, die ebenfalls gegeneinander drehbar und leitend verbunden sind, und mit jeweils mindestens einem Kontaktelement (17, 20), das an den rohrförmigen Elementen (11, 12) und den Leitungselementen (13, 14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein rohrförmiges Element (11, 12) außen über ein oder mehrere Lager (23) an einem Trägerelement (24) drehbar abgestützt ist und daß das eine oder die mehreren Lager (23) gegenüber dem Träger element (24) elektrisch isoliert ausgebildet ist bzw. sind.

2. Drehelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden rohrförmigen Elemente (11, 12) über an ihren jeweiligen einander zugewandten Endbereichen (15, 16) ausgebildete Kontaktelemente (17) drehbar verbun den sind.

3. Drehelement nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden axialen Leitungselemente (13, 14) über an ihren jeweiligen einander zugewandten Endbereichen (18, 19) ausgebildete Kontaktelemente (20) drehbar verbunden sind.

4. Drehelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (17; 20) aus Rollen bestehen.

5. Drehelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (17; 20) aus Kugeln bestehen.

6. Drehelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktelemente (17; 20) aus axial geschlitzten Endbereichen (15; 18) der rohrförmigen Elemente (11, 12) und/oder der Lei tungselemente (13, 14) bestehen.

7. Drehelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Lei tungselementen (13, 14) nicht eingenommene Innenraum (21) der rohrförmigen Elemente (11, 12) mit einem Isolationsmittel (22) angefüllt ist.

8. Drehelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsmittel (22) Polytetrafluoräthylen (Teflon) ist.

9. Drehelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (24) rohrförmig mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist.