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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der kontaktierenden elektrischen Drehdurchführungen, insbesondere zur Übertragung von frequenzbehafteten Signalen zwischen zwei relativ zueinander frei drehbeweglichen Komponenten.
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In der Praxis werden häufig Schleifringübertrager eingesetzt, um elektrische Signale zwischen zueinander drehbeweglichen Komponenten zu übertragen. 10 zeigt beispielhaft das Funktionsprinzip eines Schleifringübertragers (S1) gemäß dem Stand der Technik. An einem walzenförmigen Rotationskörper (S2) sind zwei benachbarte Schleifbahnen (S3) angeordnet, die beispielsweise mit den Leitern eines elektrischen Signalkabels der einen Komponente verbindbar sind. In die Schleifbahnen (S3) greifen Schleifkontakte (S4) ein, die eine im Wesentlichen gestreckte Form haben und punktuell an der Schleifbahn anliegen. Die Schleifkontakte (S4) sind mit einem elektrischen Signalkabel an der anderen Komponente verbunden. Es hat sich gezeigt, dass derartige Schleifringübertrager für frequenzbehaftete elektrische Signale keine optimale Übertragung gewährleisten, insbesondere wenn die Frequenz beispielsweise bei 1GHz oder höher liegt.
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Aus
JP 2016 -
066 512 A ist eine Schleifringvorrichtung bekannt, die eine Elektroden-Ring Gruppe mit einem Signalring und zwei links und rechts zum Signalring angeordneten Abschirmungsringen umfasst, wobei der Signalring und die Abschirmungsringe als Zylinderringe ausgebildet sind.
JP 2008 -
130 319 A offenbart einen Schleifring, bei dem Abschirmungsringe auf beiden Seiten des Signalrings durch Laminieren aufgebracht sind.
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Aus
EP 3 270 468 A1 ist eine weitere Schleifringanordnung bekannt. Ein Rotor der Schleifringanordnung umfasst ein im Wesentlichen rechteckiges PCB (printed circuit board). An einer Schmalseite des PCB sind Kontaktflächen angeordnet, die über Leitungspfade mit zueinander benachbarten Kantenplattierungen verbunden sind, welche an einer Langseite des PCB angeordnet sind. Eine Mehrzahl von Schleifringen kann quer zur Ebene des PCB und so zueinander benachbart angeordnet werden, dass jeder der Schleifringe mit einer Kantenplattierung desselben PCB elektrisch leitend verbindbar ist. Ein Zwischenraum zwischen den Schleifringen und dem PCB wird unter Zuhilfenahme eines Spritzgießwerkzeugs mit einem Isolatormaterial ausgegossen, um einen zylindrischen Körper zu bilden.
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EP 3 618 204 A1 und
JP 2014 -
017 890 A offenbaren Bauteile für Elektromotoren, bei denen Gleichströme oder niederfrequente Wechselströme für den Motortrieb über einen Schleifring übertragen werden.Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Drehübertrager-Technik aufzuzeigen, um hochfrequente elektrische Signale zwischen zwei zueinander drehbeweglichen Komponenten zu übertragen. Besonders bevorzugt soll eine passive Übertragung ermöglicht werden, bei der keine Verstärkereinrichtung notwendig ist.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale der eigenständigen Ansprüche.
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Die Drehübertrager-Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst eine rotatorische Signalübertragungseinheit sowie ein Signalübertrager-Modul, das mit mindestens einer und bevorzugt mehreren Signalübertragungseinheiten ausgestattet ist, insbesondere in einer benachbarten Anordnung.
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Die Signalübertragungseinheit ist zur Übertragung eines hochfrequenten elektrischen Signals zwischen einer Endo-Komponente (innere Bestandteile) und einer Exo-Komponente (äußere Bestandteile) ausgebildet, und zwar ohne eine aktive Verstärkung. Die Endo-Komponente und die Exo-Komponente sind zueinander um eine Achse drehbeweglich. Das zu übertragende hochfrequente elektrische Signal ist bevorzugt über ein Koaxialkabel zu- oder abführbar. Ein Koaxialkabel kann sowohl an der Endo-Komponente als auch an der Exo-Komponente vorgesehen sein. Es stellt einen optionalen Bestandteil der Signalübertragungseinheit dar.
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An der Endo-Komponente ist eine Gruppe von entlang der Drehachse nebeneinander angeordneten Schleifbahneinheiten vorgesehen. Diese Gruppe umfasst eine erste Außen-Schleifbahneinheit, eine zweite Außen-Schleifbahneinheit und eine dazwischen angeordnete Zwischen-Schleifbahneinheit.
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Die Außen-Schleifbahneinheiten sind dazu vorgesehen und ausgebildet, mit einem Außenleiter oder Schirmleiter eines Koaxialkabels verbunden zu werden. Die Zwischen-Schleifbahneinheit ist dazu vorgesehen und ausgebildet, mit einem Zentrumsleiter oder Innenleiter des Koaxialkabels verbunden zu werden. Bevorzugte Formen der Kontaktierung werden weiter unten erläutert.
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Die Signalübertragungseinheit umfasst an der Exo-Komponente korrespondierend zu jeder Schleifbahneinheit der Endo-Komponente mindestens einen Kontaktausleger, der elektrisch leitend an der zugehörigen Schleifbahn anlegbar ist oder anliegt.
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Es hat sich gezeigt, dass eine Signalübertragungseinheit mit dem vorgenannten Aufbau grundsätzlich dazu geeignet ist, hochfrequente elektronische Signale zwischen der Endo-Komponente und der Exo-Komponente durch den Drehkontakt zu übertragen. Gemäß den physikalischen Gesetzmäßigkeiten findet bei der Übertragung eines Eingang-Signals in ein Ausgang-Signal eine Kopplung statt, die eine galvanische Kopplung, eine kapazitive Feldkopplung, eine induktive Feldkopplung sowie eine elektromagnetische Wellenkopplung umfasst. Die Signalübertragungseinheit kann in einer Computer-Simulationsumgebung als eine elektrische Schaltung modelliert werden, deren leitende und isolierende Bestandteile mit den jeweiligen geometrischen Größen und Relativlagen zueinander modellierbar sind. Die Modellierung kann insbesondere erfolgen, um die verschiedenen Kopplungsarten zu simulieren und eine Übertragungscharakteristik zu prädizieren.
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Es hat sich gezeigt, dass schon sehr geringe Veränderungen von Abständen, Schleifbahndurchmessern, Materialdicken usw. eine erhebliche Auswirkung auf die Güte der Signalübertragung haben.
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Um ein hochfrequentes elektrisches Signal mit einer ausreichenden Güte zu übertragen, ist eine Optimierung der Geometrie sinnvoll und teilweise erforderlich. Da es sich um hochkomplexe gegenseitige Beeinflussungen zwischen elektrischen und magnetischen Feldkomponenten handelt, erfolgt diese Optimierung in der Regel in einem iterativen Prozess.
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Die Signalübertragungseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung lässt sich besonders günstig herstellen und alle enthaltenen Komponenten lassen sich mit im Markt erhältlichen Simulationsverfahren als Standard-Simulationsobjekte wie Induktivitäten, Kapazitäten, Isolatoren und Dielektrika repräsentieren. Somit bietet die Datenübertrager-Technik gemäß der vorliegenden Offenbarung die Möglichkeit einer Optimierung der Übertragungs-Charakteristik bei einer gegenüber bisherigen Bauformen drastisch verkürzten Entwicklungszeit. Die Anpassung der Signalübertragungseinheit an bestimmte geometrische Randbedingungen und/oder Übertragungsanforderungen kann innerhalb weniger Stunden erfolgen, einschließlich der Prototypen-Testung, wofür bisher mehrere Tage oder Wochen benötigt wurden.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist vorgesehen, dass eine Schleifbahneinheit einen Schleifring und einen Ringträger aufweist. Der Ringträger ist durch eine Leiterplatte (PCB - printed circuit board) gebildet und der Schleifring ist am Umfang des Ringträgers angeordnet. Der Schleifring und der Ringträger sind dabei am Außenumfang des Ringträgers elektrisch leitend verbunden.
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Da der Schleifring und der Ringträger separate Körper sind, lassen sie sich jeweils schnell und mit einfachen Mitteln herstellen und anpassen. Der Schleifring kann beispielsweise aus einem metallischen Hohl-Zylinder durch spanende Verarbeitung hergestellt werden. Diese Form der Herstellung ist insbesondere während . Der Ringträger kann durch ein standardisiertes Leiterplatten-Herstellungsverfahren bereit gestellt werden, bei dem insbesondere ein mit einer Leiterfläche beschichtetes Platinenmaterial zugeschnitten wird und die Leiterfläche durch Ätzen oder ein anderes geeignetes Bearbeitungsverfahren derart bearbeitet wird, dass die gewünschte Form der elektrisch leitenden Strukturen zurückbleibt. Weiterhin können an dem Platinenmaterial und insbesondere an Bohrungen oder Umfangskanten elektrische Kontaktstellen durch Hinzufügung von metallischem Material erzeugt werden. Die vorgenannten Bearbeitungsmethoden können in voll automatisierten Verfahren in kurzer Zeit und bei geringen Kosten durchgeführt werden, sodass der Prototypen-Bau sowie die Endprodukt-Fertigung einfach und schnell ablaufen.
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Wegen der guten Simulations-Voraussetzungen lassen sich die Zykluszeiten zwischen den Optimierungsschritten drastisch verkürzen. Ferner kann durch eine Software-Simulation mit einer gegenüber bisherigen Methoden weit überdurchschnittlichen Vorhersagegüte die Übertragungscharakteristik der Signalübertragungseinheit geschätzt oder prädiziert werden.
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Die Ausbildung des Ringträgers als Leiterplatte ermöglicht es weiterhin, alle für die Signalleitung erforderlichen elektrischen Strukturen in exakt vorgegebenen Formen und Abmaßen vorzusehen. Es ist nicht erforderlich, zwischen einem Schleifring und einem Innenumfang der Endo-Komponente Kabel, Drähte oder sonstige bewegliche Leiter vorzusehen, die beispielsweise durch unsachgemäße Montage oder dynamische Krafteinwirkungen während des Betriebs einer Fehlplatzierung unterliegen könnten, welche wiederum erhebliche Auswirkungen auf die Übertragungscharakteristik hätte.
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Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und werden nachfolgend erläutert.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1: Ein Signalübertrager-Modul mit einer Mehrzahl von Signalübertragungseinheiten, die entlang einer gemeinsamen Drehachse (A) benachbart angeordnet sind;
- 2: Das Signalübertrager-Modul gemäß 1 in Kombination mit einem Träger-Gehäuse;
- 3 bis 5: Eine Explosionsdarstellung und zwei Schnittdarstellungen einer Signalübertragungseinheit;
- 6: Eine Schrägbilddarstellung des Ringträgers einer Zwischen-Schleifbahneinheit;
- 7: Ein schematisches Anschlussdiagramm mit einer Schnitt-Darstellung einer Signalübertragungseinheit;
- 8: Eine vergrößerte perspektivische Sicht auf die Innenumfänge von zwei benachbarten Signalübertragungseinheiten mit Kontaktierungen zu zwei Koaxialpaarwellen;
- 9: Eine Erläuterungsdarstellung zu einem Koaxialkabel;
- 10: Eine Erläuterungsdarstellung zum Stand der Technik.
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1 und 2 zeigen mehrere Signalübertragungseinheiten (1, 9) in einer benachbarten Anordnung an eine Signalübertrager-Modul (20). 3 bis 5 und 7 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Signalübertragungseinheit (1) gemäß der vorliegenden Offenbarung, wobei hier ausschließlich die Endo-Komponente (8) mit einer Gruppe (9) von Schleifbahneinheiten (9a,9b,9c) gezeigt ist. Die Schleifbahneinheiten (9a,9b,9c) sind dabei entlang der Drehachse (A) benachbart zueinander und bevorzugt jeweils mit einem Zwischenabstand zueinander angeordnet. Der Zwischenabstand kann auf beliebige Weise hergestellt werden, insbesondere durch das Vorsehen von Distanzhülsen (13), die bevorzugt weiterhin als elektrische Kontaktmittel zwischen den Schleifbahneinheiten (9a,9b,9c) wirken. Alternativ oder zusätzlich können beliebige andere Abstandshalter zwischen den Schleifbahneinheiten vorgesehen sein, insbesondere jeweils ein- oder mehrteilige hohlzylindrische Träger (nicht dargestellt).
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Mindestens eine und bevorzugt alle Schleifbahneinheiten (9a,9b,9c) umfassen jeweils einen scheibenförmigen Ringträger (11a,11b,11c), der aus einer Leiterplatte gebildet ist, und einen am Außenumfang des Ringträgers befestigten Schleifring (10a,10b,10c).
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Der Schleifring kann auf beliebige Weise mit dem Ringträger verbunden sein. Bevorzugt wird er durch ein elektrisch leitendes Befestigungsmittel, insbesondere eine Lötverbindung, an dem Ringträger befestigt. Besonders bevorzugt wird eine durchgehende Lötverbindung über die gesamte Umfangsnut zwischen dem Schleifring (10a,10b,10c) und dem Außenumfang des Ringträgers (11a,11b,11c) vorgesehen.
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Der Ringträger (11a,11b,11c) kann bevorzugt zumindest an der Außenkante an zumindest einer Stirnseite eine ringförmige Leiterbahn aufweisen.
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An dem Ringträger (11a,11b) einer Außen-Schleifbahneinheit (9a,9b) ist bevorzugt eine flächige und insbesondere scheibenringförmige Leiterfläche (15) angeordnet, die sich vom Außenumfang des Ringträgers (11a,11b) in Radialrichtung nach innen erstreckt. Die Leiterfläche (15) kann eine geschlossene Fläche haben. Alternativ kann sie lokal unterbrochen sein. Sie kann beispielsweise ein engmaschiges, netzförmiges Strukturbild haben oder ein geschlitztes Strukturbild, wobei jedoch elektrisch leitfähige Bereiche den Großteil der stirnseitigen Oberfläche des Ringträgers (11a,11b,11c) bedecken. Am Innenumfang der scheibenförmigen Leiterfläche (15) ist bevorzugt eine Kontaktierung (17) zu einem Außenleiter (5) des Koaxialkabels (2) ausgebildet oder durch eine Kontaktstelle vorbereitet.
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An dem Ringträger (11b) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) ist bevorzugt keine die Oberfläche vollständig abdeckende Leiterfläche vorhanden, sondern eine schmale Leiterbahn (14), die insbesondere nur einen geringen Flächenanteil der Querschnittsfläche des Ringträgers (11b) bedeckt. Die schmale Leiterbahn (14) kann auf einer Außenoberfläche des Ringträgers (11b) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) vorgesehen sein, wie dies beispielhaft in 3 dargestellt ist. Bevorzugt ist die schmale Leiterbahn (14) in einer Mittelebene des Ringträgers (11c) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) zwischen zwei Platinenmaterial-Ebenen (29, 30) angeordnet. Es hat sich herausgestellt, die dielektrischen Eigenschaften des Platinenmaterials eine positive Auswirkung auf die Übertragungscharakteristik haben. Der Ringträger (11c) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) kann besonders bevorzugt eine zur Mittelebene symmetrische Ausbildung haben.
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Die schmale Leiterbahn (14) kann eine beliebige Anordnung und Führung in Bezug auf die Querschnittsfläche des Ringträgers (11c) haben. Gemäß einer bevorzugten Ausführung umfasst die schmale Leiterbahn (14) einen ringförmigen Abschnitt, der in Radialrichtung zwischen dem Außenumfang und dem Innenumfang des Ringträgers (11b) angeordnet ist. In den Darstellungen der 3 und 6 deckt dieser ringförmige Abschnitt einen Winkelbereich von etwa 180° in Umfangsrichtung ab. Der Abdeckungswinkel kann alternativ mit einem anderen Wert gewählt sein, beispielsweise mit 90° oder 360°.
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Die schmale Leiterbahn (14) ist bevorzugt einerseits an mindestens einem Endpunkt (31) im Bereich des Außenumfangs des Ringträgers (11b) mit dem Schleifring (10b) elektrisch leitend verbunden. Andererseits hat die schmale Leiterbahn (14) bevorzugt einen weiteren Endpunkt am Innenumfang des Ringträgers (11b), wo eine Kontaktierung (19) zu einem Innenleiter (3) des Koaxialkabels (2) ausgebildet oder durch eine Kontaktstelle vorbereitet ist.
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Eine vorbereitete Kontaktstelle kann insbesondere durch eine Durchkontaktierung (12) gebildet sein. Eine Durchkontaktierung ist eine meist vertikale elektrische Verbindung zwischen den Leiterbahnebenen einer Leiterplatte. Die Verbindung wird meist durch eine innen metallisierte Bohrung im Trägermaterial der Leiterplatte realisiert.
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Mindestens ein und bevorzugt alle Ringträger (11a,11b,11c) haben die Grundform eines Scheibenrings. Die Außenkontur des Ringträgers (11a,11b,11c) ist bevorzugt kreisförmig. Die Innenkontur kann ebenfalls kreisförmig sein. Alternativ und bevorzugt weist der Ringträger (11a,11b,11c) am Innenumfang (28) eine Mehrzahl von Stegbereichen (26) mit dazwischenliegenden Ausnehmungen (27) auf. Die Ausnehmungen können dafür vorgesehen sein, Koaxialkabel oder sonstige Verbindungsmittel zwischen den Stegbereichen (26) zu einer benachbarten Signalübertragungseinheit (1) zu führen bzw. einen Freiraum für das Hindurchführen solcher Verbindungsmittel zu schaffen. Dies ist beispielhaft in den 1, 2 und 8 illustriert. Die Stegbereiche (26) und Ausnehmungen (27) können eine überwiegend einheitliche Teilung haben. Allerdings kann bevorzugt mindestens ein oder genau ein Stegbereich (26) eine abweichende Teilung und insbesondere eine größere Stegbreite in Umfangsrichtung oder eine in Umfangsrichtung versetzte Lage haben. An diesem Stegbereich ist bevorzugt einerseits die Kontaktierung (17) zwischen dem Außenleiter des Koaxialkabels (2) und einem Ringträger (11a,11b) einer der Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9b) vorgesehen oder eine Kontaktierung (19) des Innenleiters des Koaxialkabels (2) zu dem Ringträger (11c) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) vorgesehen. Die Schleifbahneinheiten (9a,9b,9c) werden bevorzugt derart in ihrer Umfangswinkel-Lage zueinander positioniert, dass die Stegbereiche (26) mit der Teilungsabweichung in der Axialrichtung (A) benachbart zueinander angeordnet sind.
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Die Anzahl der Stegbereiche (26) kann beliebig gewählt werden. Es können insbesondere mindestens so viele Stegbereiche und jeweils nachfolgende Ausnehmungen vorgesehen sein, wie in einem Signalübertrager-Modul (20) Signalübertragungseinheiten (1) bzw. Gruppen (9) von schleifbaren Einheiten nebeneinander anzuordnen sind.
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In dem Beispiel von 1 und 2 sind neun zueinander benachbarte Signalübertragungseinheiten (1) vorgesehen und entsprechend wurde die Anzahl der Stegbereiche (26) mit neun gewählt.
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Am Innenumfang (28) des Ringträgers (11a,11b) einer Außen-Schleifbahneinheit (9a,9b) ist bevorzugt eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen (12) vorgesehen. Besonders bevorzugt ist an jedem Stegbereich jeweils (mindestens oder genau) eine Durchkontaktierung (12) vorgesehen.
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Am Innenumfang (28) des Ringträgers (11c) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) kann ebenfalls eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen (12) vorgesehen sein, welche ein korrespondierendes Anordnungsmuster zu den Durchkontaktierungen (12) an den Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9b) haben. Diese Durchkontaktierungen sind allerdings bevorzugt gegenüber der Leiterbahn (14) elektrisch isoliert. Insbesondere kann an jedem Stegbereich (26), außer ggf. an dem Stegbereich (26), an dem die Kontaktierung (19) zum Innenleiter (3) des Koaxialkabels (2,2') vorgesehen ist, jeweils (mindestens oder genau) eine Durchkontaktierung (12) vorgesehen sein.
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Wie sich aus der Schnittdarstellung gemäß 7 ergibt, kann bevorzugt jeweils zwischen zwei in Axialrichtung (A) benachbarten Durchkontaktierungen (12) eine Distanzhülse (13) oder ein sonstiges Abstandshaltemittel vorgesehen sein, welches insbesondere weiterhin bevorzugt elektrisch leitend ist. Über die Durchkontaktierungen (12) und die elektrisch leitenden Abstandshaltemittel (13) wird somit (bevorzugt an einer Mehrzahl der Stegbereiche (26) eine Schirm-Kontaktierung (18) zwischen den Ringträgern (11a,11c) der Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9c) gebildet. Alternativ kann zwischen den Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9c) der Gruppe (9) eine Schirmkontaktierung (18) auf beliebige andere Weise gebildet sein.
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Bevorzugt sind zumindest die Ringträger (11a,11b) der Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9b) der Gruppe (9) oder aber alle Ringträger (11a,11b,11c) der Gruppe (9) an in der Axialrichtung (A) zueinander benachbarten Durchkontaktierungen (12) miteinander elektrisch leitend verbunden. Diese elektrisch leitenden Verbindungen bzw. diese Schirm-Kontaktierungen (18) haben eine positive Wirkung auf die Übertragungscharakteristik der Schleifübertragungseinheit (1) gezeigt.
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Die Schleifringe (10a,10b,10c) können eine beliebige Ausbildung haben. Eine bevorzugte Querschnittform ist in 7 gezeigt. Dort haben die Schleifringe (10a,10b) der Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9b) im Querschnitt eine T-Form mit einem ersten Schenkel, der im Wesentlichen in der Axialrichtung (A) verläuft und einem zweiten Schenkel, der vom Mittelbereich des ersten Schenkels ausgehend in Radialrichtung nach Innen verläuft. Der Ringträger (11a,11b) ist dabei auf der einen Seite des zweiten Schenkels angeordnet und eine außen liegende Schleifnut auf der in Axialrichtung anderen Seite des zweiten Schenkels.
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Die Ringträger (11a,11b) sind weiterhin bevorzugt derart angeordnet, dass die Leiterflächen (15) in Bezug auf die Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) außen zu liegen kommen.
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Im Querschnitt sind daher in der Axialrichtung (A) jeweils zwischen den Leiterflächen (15) der Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9b) und der schmalen Leiterbahn (14) an und bevorzugt in dem Ringträger (11c) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) mehrere isolierende Komponenten, nämlich einerseits jeweils eine Platinenmaterial-Ebene (29) an den Ringträgern (11a,11b) der Außen-Schleifbahneinheiten, ein zwischen den benachbarten Schleifbahneinheiten (9a,9b,9c) angeordneter Hohlraum, der insbesondere mit Luft gefüllt sein kann, sowie bevorzugt jeweils eine Platinenmaterial-Ebene (29, 30) des Ringträgers (11c) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c).
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Die Signalübertragungseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in beliebiger Weise montiert werden. Besonders bevorzugt werden zumindest die Schleifbahneinheiten (9a,9b,9c) einer Gruppe (9) auf einem oder mehreren Befestigungsmitteln (25) aufgesteckt, die insbesondere durch die zueinander fluchtenden Durchkontaktierungen (12) an den Stegbereichen (26) geführt sind. Es können dabei gemäß der skizzierten Darstellung in 7 mehrere benachbarte Gruppen (9) bzw. Signalübertragungseinheiten (1) nebeneinander auf gemeinsamen Befestigungsmitteln (25) angeordnet sein. Das Befestigungsmittel kann beispielsweise eine Schraube, ein Bolzen oder eine Gewindestange sein.
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Die stirnseitigen Oberflächen der Durchkontaktierungen (12) können ggf. nachbearbeitet sein, um gemeinsam eine einheitliche Stirnfläche (16) zu bilden.
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Weiterhin können bevorzugt an den Außenumfängen der Ringträger (11a,11b,11c) an einer oder an beiden stirnseitigen Oberflächen ringförmige und elektrisch leitende Abschnitte (32) vorgesehen sein, die ebenfalls und insbesondere zusammen mit den Durchkontaktierungen (12) nachbearbeitbar sind. Anstelle einer Nachbearbeitung kann auch bei entsprechend exakter Fertigung direkt in der Herstellung eine gemeinsame einheitliche Stirnfläche (16) erzeugt werden.
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Mit anderen Worten weisen die in Axialrichtung (A) liegenden Konturen der Durchkontaktierungen (12) und der ringförmigen Abschnitte (32) eine gemeinsame Ebene Kontur auf, so dass sie zueinander exakt parallele und fluchtende Stirnflächen (16) auf zu mindestens einer und bevorzugt beiden Stirnseiten in Axialrichtung (A) bilden. Auf diese Weise ist mit einer besonders hohen Präzision die relative Anordnung der Ringträger (11a,11b,11c) und somit ebenfalls der Schleifringe (10a,10b,10c) möglich. Ferner können hohe Genauigkeit im Hinblick auf den Rundlauf der Schleifnuten erreicht werden.
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7 zeigt weiterhin eine bevorzugte Anschlussvariante des Koaxialkabels (2) an den Ringträgern (11a,11c) einer Signalübertragungseinheit (1). Der Außenleiter (5) des Koaxialkabels (2) wird dabei direkt oder indirekt mit der Leiterfläche (15) des Ringträgers (11a) einer der Außen-Schleifbahneinheiten (9a,9b) verbunden, insbesondere durch Löten. Dies erfolgt insbesondere in einem ringförmigen Nachbarbereich zu einer Bohrung, die den Ringträger (11a) durchbricht. Durch diese Bohrung ist der Zentrumsleiter (3) und etwaig auch das Dielektrikum (4) hindurchgeführt. An dem Ringträger (11c) der Zwischen-Schleifbahneinheit (9c) ist eine weitere Bohrung vorgesehen, die bevorzugt mit der Bohrung am Ringträger (11a) der Außen-Schleifbahneinheit (9a) fluchtet. In der Bohrung des Ringträgers (11c) kann eine weitere Durchkontaktierung (12') vorgesehen sein, um eine sichere elektrische Verbindung zu der schmalen Leiterbahn (14) herzustellen. Der Innenleiter (3) des Koaxialkabels (2) ist bevorzugt in diese Bohrung oder Durchkontaktierung (12') eingeführt und kann beispielsweise durch Löten elektrisch angebunden sein.
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Alternativ zu der in 7 skizzierten Anschlussart ist eine beliebige andere Anschlussweise möglich. Insbesondere kann die Signalübertragungseinheit (1) einen Modulstecker aufweisen, der eine standardisierte Anbindung für den Innenleiter und den Außenleiter eines Koaxialkabels (2) schafft und andererseits mit mindestens einer Leiterfläche (15) und der schmalen Leiterbahn (14) an den Ringträgern (11a,11b,11c) elektrisch verbunden ist.
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Die Kontaktausleger (21) können eine beliebige Anzahl, Form und Anordnung haben. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsvariante. Die Kontaktausleger (21) können Endbereiche von Drahtbügeln sein, die an einem Ausleger-Träger (22) angebunden sind. Die Ausleger-Träger (22) können bevorzugt ebenfalls Leiterplatten sein und geeignete elektrisch leitfähige Konturen aufweisen, die mit einem Kabelanschluss (23) verbunden sind, an dem ein Koaxialkabel (2,2') anschließbar ist. Der Kabelanschluss kann beispielsweise als Stecker oder Buchse ausgebildet sein.
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Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können alle zu den Ausführungsbeispielen beschriebenen oder beanspruchten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert oder gegeneinander ersetzt werden.
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Ein Signalübertrager-Modul (20) kann bevorzugt ein Träger-Gehäuse (24) aufweisen. An dem Trägergehäuse (24) sind weiter bevorzugt Drehlager vorgesehen, durch welche die Exo-Komponente (7) und die Endo-Komponente (8) der Signalübertragungseinheiten (1) gegenüber der gemeinsamen Drehachse (A) koaxial positioniert und frei drehbeweglich gelagert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rotatorische Signalübertragungseinheit
- 2
- Koaxialkabel
- 2'
- Koaxialkabel
- 3
- Zentrumsleiter / Innenleiter / Signalspannung
- 4
- Dielektrikum / Isolator
- 5
- Schirm / Außenleiter / Referenzpotenzial
- 6
- Schutzmantel
- 7
- Exo-Komponente
- 8
- Endo-Komponente
- 9
- Gruppe von Schleifbahneinheiten
- 9a
- Erster Außen-Schleifbahneinheit
- 9b
- Zweiter Außen-Schleifbahneinheit
- 9c
- Zwischen-Schleifbahneinheit
- 10a
- Schleifring
- 10b
- Schleifring
- 10c
- Schleifring
- 11a
- Ringträger scheibenförmig / Leiterplatte (PCB)
- 11b
- Ringträger scheibenförmig / Leiterplatte (PCB)
- 11c
- Ringträger scheibenförmig / Leiterplatte (PCB)
- 12
- Durchkontaktierung / Metallhülse (mit regelmäßiger Anordnung)
- 12'
- Durchkontaktierung / Metallhülse (außerhalb der regelmäßigen Anordnung)
- 13
- Kontaktmittel / Distanzhülse
- 14
- Leiterbahn (schmal)
- 15
- Leiterfläche (breit)
- 16
- Stirnfläche
- 17
- Schirm-Kontaktierung zu Kabel (Außenleiter)
- 18
- Schirm-Kontaktierung zwischen Ringträgern
- 19
- Signal-Kontaktierung zu Kabel (Innenleiter)
- 20
- Signalübertrager-Modul
- 21
- Kontaktausleger
- 22
- Ausleger-Träger
- 23
- Kabelanschluss / Stecker o. Buchse
- 24
- Träger-Gehäuse
- 25
- Befestigungsmittel / Gewindestange
- 26
- Stegbereich
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Innenumfang
- 29
- Erste Platinenmaterial-Ebene
- 30
- Zweite Platinenmaterial-Ebene
- 31
- Endpunkt / Kontaktierung zu Schleifring am Außenumfang
- 32
- Ringförmiger Abschnitt
- 33
- Endpunkt am Innenumfang
- A
- Drehachse
- S1
- Schleifringübertrager
- S2
- Rotationskörper, walzenförmig
- S3
- Schleifbahnen
- S4
- Schleifkontakte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016 [0003]
- JP 066512 A [0003]
- JP 2008 [0003]
- JP 130319 A [0003]
- EP 3270468 A1 [0004]
- EP 3618204 A1 [0005]
- JP 2014 [0005]
- JP 017890 A [0005]
