DE19708035A1 - Drehkupplung zur Übertragung elektromagnetischer Wellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkupplung zur berührungs­ freien Übertragung von elektromagnetischen Wellen zwischen einem Stator und einem Rotor.

Im Stand der Technik bekannte Drehkupplungen zur Übertragung von hoch- und höchstfrequenten Signalen beruhen auf dem Prinzip der sog. kapazitiven Kontakte, häufig in Form sog. chokes, also koaxialer λ/4-Kurzschlußleitungen. Daher liegt der maximale Durchmesser des Rotors in der Größenordnung der Grenzwellenlänge der jeweiligen Koaxialleitung. In der Praxis werden jedoch auch Drehkupplungen mit einem im Ver­ hältnis zur Wellenlänge der zu übertragenden elektromagneti­ schen Wellen großen lichten Innendurchmesser des Rotors zur Aufnahme oder zur Durchführung von mechanischen, optischen oder elektrischen Komponenten benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkupplung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, deren Durch­ messer nicht durch die Wellenlänge der zu übertragenden elektromagnetischen Wellen beschränkt ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Ring­ leitung in einer Radialebene des Stators, die zusammen mit einer stationären Koppelleitung einen ersten Richtkoppler und zusammen mit einer in einer gegenüberliegenden Fläche des Rotors angeordneten Koppelleitung einen zweiten Richt­ koppler bildet. Da die Ringleitung (innerhalb vernünftiger Grenzen) beliebig lang sein kann, ermöglicht dieses Prinzip den Bau von Drehkupplungen mit im Verhältnis zur Wellenlänge der elektromagnetischen Wellen sehr großem Durchmesser. Die Ringleitung und die Koppelleitungen können als Koaxiallei­ tungen oder als Leitungen beliebigen anderen Typs ausgebil­ det sein.

Um eine möglichst verlustarme Kopplung zu erzielen, soll die Ringleitung eine elektrische Länge von n·λ (n ganzzahlig) haben (Anspruch 2).

Vorzugsweise endet die jeweilige Koppelleitung an einem in den Stator bzw. den Rotor eingebetteten Abschlußwiderstand (Anspruch 3).

Bei einer verbesserten Ausführungsform ist die Ringleitung an einer Stelle des Umfangs aufgetrennt und die beiden Enden sind an die stationäre Koppelleitung im Stator über eine Leitungsschleife herangeführt, die einen zu der Koppellei­ tung parallelen Abschnitt der Länge λ/4 sowie eine Gesamt­ länge von n·λ (n ganzzahlig) hat (Anspruch 4). hierdurch werden Amplitudenschwankungen vermieden, die andernfalls in derjenigen Stellung der Drehkupplung auftreten können, in der der erste Richtkoppler und der zweite Richtkoppler an der gleichen Stelle stehen.

Im Prinzip kann die Ringleitung in einer innenliegenden, den Rotor umschließenden Zylindermantelfläche des Stators lie­ gen. Die im Rotor angeordnete Koppelleitung befindet sich dann auf oder in dessen äußerer Zylindermantelfläche. Bevor­ zugt liegen jedoch die Ringleitung im Stator und die Koppel­ leitung im Rotor in voneinander über einen Spalt beabstande­ ten Radialebenen (Anspruch 5). Dies ermöglicht es, die Drehkupplung als kompakten Modul auszubilden, vor allem dann, wenn der Anschluß der stationären Koppelleitung radial aus dem Stator und der Anschluß der im Rotor angeordneten Koppelleitung radial in den Innenraum des Rotors herausge­ führt werden. Ein derartiger Drehkupplungsmodul kann dann mit weiteren, gleichartigen Modulen hintereinander längs der Drehachse zusammengebaut werden und ergibt eine Drehkupplung mit mehreren, elektrisch voneinander unabhängigen Übertra­ gungswegen.

Bevorzugt bestehen die Ringleitung im Stator und die Koppel­ leitung im Rotor jeweils aus einer in ein Dielektrikum eingebetteten Streifen- oder Bandleitung (Anspruch 6).

Die Zeichnung erläutert das Prinzip der Drehkupplung nach der Erfindung und umfaßt ein schematisch vereinfachtes Ausführungsbeispiel. Es zeigt:

Fig. 1 das Grundprinzip,

Fig. 2 eine verbesserte Ausführungsform, ebenfalls in schematischer Darstellung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel im Längsschnitt

Fig. 4 einen Querschnitt entsprechend der Linie A-A in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt entsprechend der Linie B-B in Fig. 3,

Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend der Linie C-C in Fig. 3,

Fig. 7 einen Querschnitt entsprechend der Linie D-D in Fig. 3.

Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch das Prinzip der Übertragung von elektromagnetischen Wellen zwischen dem Stator und dem Rotor einer Drehkupplung, die einen schraf­ fiert dargestellten Innenraum I umschließt, dessen Durch­ messer groß im Vergleich zur Wellenlänge der elektromagneti­ schen Wellen ist. Hierzu ist der Stator mit einer Ringlei­ tung 1 versehen. Die Ringleitung 1 hat eine Länge von n·λ, wobei λ die Wellenlänge in dem jeweiligen Ausbreitungsmedium ist, das von Luft verschieden sein kann. Ein Abschnitt der Ringleitung 1 bildet zusammen mit einer stationären, also ebenfalls in dem Stator angeordneten Koppelleitung 2 einen ersten Richtkoppler 3. Der Anfang der stationären Koppellei­ tung 2 ist mit einem herausgeführten Anschluß E verbunden, das Ende mit einem Abschlußwiderstand R.

Der durch den Pfeil P symbolisierte Rotor ist mit einer zweiten Koppelleitung 4 versehen, die zusammen mit dem jeweils gegenüberliegenden Abschnitt der Ringleitung 1 einen zweiten Richtkoppler 5 bildet. Der Anfang der zweiten Kop­ pelleitung 4 ist mit einem herausgeführten Anschluß A ver­ bunden, das Ende mit einem Abschlußwiderstand R.

Bei dieser Anordnung können unerwünschte Amplitudenschwan­ kungen auftreten, wenn der Richtkoppler 5 an der gleichen Stelle wie der Richtkoppler 3 steht. Dies läßt sich mit der verbesserten Anordnung gemäß Fig. 2 vermeiden. Hier ist die Ringleitung 1 an der Stelle x aufgetrennt und mit der sta­ tionären Koppelleitung 2 im Stator über eine Leitungs­ schleife 6 verbunden, deren elektrische Länge einschließlich des zu der stationären Koppelleitung 2 parallelen Leitungs­ abschnitts der Länge λ/4 insgesamt n λ beträgt.

Die Fig. 3 bis 7 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Drehkupplung nach dem Prinzip der Fig. 2. Die Dreh­ kupplung ist modular aufgebaut und umfaßt einen Stator 10, in dem ein Rotor 11 mit im Vergleich zu der der vorgegebenen Betriebsfrequenz entsprechenden Wellenlänge großem lichten Innendurchmesser über die angedeuteten Wälzlager drehbar gelagert ist. Der Rotor 11 hat eine Ringschulter 11.1, die berührungslos von einer Ringnut in dem Stator 10 umschlossen wird.

Die Radialebene A-A (bzw. B-B) in Fig. 3 stellt die Koppel­ ebene dar. Statorseitig von der Koppelebene befindet sich die Ringleitung 1 mit der Länge n·λ, eingebettet in ein Di­ elektrikum 1.1. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, hat die Rin­ gleitung 1 an der Stelle X eine Unterbrechung. Beidseits der Unterbrechung ist die Leitungsschleife 6 angeschlossen, die die axial verlaufenden Abschnitte 6.1 (vergl. Fig. 3) sowie die in Fig. 6 zu erkennenden, in der Radialebene C-C liegen­ den Abschnitte 6.2 und 6.3 umfaßt. Die elektrische Gesamt­ länge dieser Leitungsschleife beträgt n·λ. Dem Leitungs­ schleifenabschnitt 6.3 in der Radialebene C-C liegt in geringem Abstand in der Radialebene D-D die stationäre λ/4-Koppelleitung 2 gegenüber, deren eines Ende gemäß Fig. 7 mit einem radial herausgeführten Koaxialanschluß E verbunden ist, während ihr anderes Ende über den Abschlußwiderstand R, der in das angedeutete Dielektrikum eingebettet ist, mit Nasse, also mit dem Metallkörper des Stators 10, verbunden ist. Die Koppelleitung bildet zusammen mit dem Leitungs­ schleifenabschnitt 1.5 den ersten Richtkoppler 3.

Rotorseitig von der Koppelebene A-A (bzw. B-B) ist in die korrespondierende Ringfläche des Rotors 10 die zweite λ-/4-Koppelleitung 4 in ein Dielektrikum eingebettet, vergl. auch Fig. 4. Das eine Ende dieser Koppelleitung 4 ist über einen Leitungsabschnitt 4.1 mit einem im Innenraum I des Rotors liegenden Koaxialanschluß A verbunden. Das andere Ende ist in entsprechender Weise wie dasjenige der stationären Kop­ pelleitung 2 über den Abschlußwiderstand R mit dem Metall­ körper des Rotors 11 verbunden. Die zweite Koppelleitung 4 bildet mit dem entsprechenden Abschnitt der Ringleitung 1 den zweiten Richtkoppler 5.

Claims (6)

1. Drehkupplung zur berührungsfreien Übertragung von elektromagnetischen Wellen zwischen einem Stator (10) und einem Rotor (11), gekennzeichnet durch eine Rin­ gleitung (1) in einer Radialebene des Stators (10), die zusammen mit einer stationären Koppelleitung (2) einen ersten Richtkoppler (3) und zusammen mit einer in einer gegenüberliegenden Fläche des Rotors (11) angeordneten, zweiten Koppelleitung (4) einen zweiten Richtkoppler (5) bildet.

2. Drehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (1) eine elektrische Länge von n·λ (n ganzzahlig) hat.

3. Drehkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Koppelleitungen (2, 4) an einem in den Stator (10) bzw. den Rotor (11) eingebetteten Ab­ schlußwiderstand (R) endet.

4. Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (1) an einer Stelle (X) ihres Umfangs aufgetrennt ist und die bei­ den Enden an die stationäre Koppelleitung (2) im Sta­ tor (10) über eine Leitungsschleife (6) herangeführt sind, die einen zu der Koppelleitung (2) parallelen Abschnitt (6.2) der Länge λ/4 sowie eine Gesamtlänge von n·λ (n ganzzahlig) hat.

5. Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (1) im Stator (10) und die zweite Koppelleitung (4) im Rotor (11) in von­ einander über einen Spalt beabstandeten Radialebenen (vgl. A-A) liegen.

6. Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung (1) und die wei­ tere Koppelleitung (4) im Rotor (11) jeweils aus einer in ein Dielektrikum eingebetteten Streifen- oder Band­ leitung bestehen.