DE3337116C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Drehverbinder für Höchstfrequenzwellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Drehverbinder sind durch die US-PS 25 84 399 bekannt und umfassen einen aus zwei Teilen bestehenden Hohlraumresonantor, wobei die beiden Teile um eine gemeinsame Achse relativ zueinander zu verdrehen sind. Die Zuleitung und der Abgriff der Frequenzsignale erfolgt über Hohlleiter, die jeweils an einen der verdrehbaren Teile angeschlossen sind. Die verdrehbaren Teile sind topfartig ausgebildet und haben einen Abstand der Abschlußwände von einer halben Wellenlänge des TM₀₁-Resonanzmodus. Die Drehverbindung zwischen den beiden topfartigen Teilen ist verhältnismäßig voluminös, da sie mit Hilfe herkömmlicher Kugellager aufgebaut ist, die auf den Außenumfang der topfartigen Teile aufgeschoben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehverbinder für Höchstfrequenzwellen zu schaffen, der ein möglichst geringes Volumen in Anspruch nimmt und bei dem die Drehverbindung einfach ausgestaltet ist.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Der Vorteil dieser Ausgestaltungen besteht darin, daß eine gute Kopplung über den Hohlraumresonator erzielt wird, indem der Luftteil zwischen den beiden für die Länge der übertragenden Welle mit einem ringförmigen Fortsatz überdeckt wird, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der anderen Schale ist und in letztere eingreift, so daß zwischen ihnen ein zylindrischer Luftspalt entsteht. Es ist außerdem möglich, in einer weiteren Ausführungsform die Schalen elektrisch miteinander zu verbinden, indem ein Schleifkontakt zwischen den äußeren Rändern vorgesehen wird.

In allen Fällen ergibt sich ein Drehverbinder mit einem sehr einfachen Aufbau, wodurch sich geringe Herstellungskosten, gute Reproduzierbarkeit des Drehverbinders und geringe Streuung der Kennwerte ergeben.

Weitere Vorteile sind in mechanischer Hinsicht eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit, wobei der Drehverbinder insbesondere wegen seiner geringen Reibung schwingungs- und verschleißarm ist und trotzdem zufriedenstellende elektromagnetische Eigenschaften bei äußerst geringem Platzbedarf besitzt. Ein Drehverbinder nach der Erfindung kann mit "kleinen" Hohlleitern zusammenwirken, d.h. mit Hohlleitern, deren Abmessungen kleiner sind als üblich, und trotzdem relativ große Leistungen übertragen, insbesondere für die Speisung einer Radarantenne.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Diametralschnittansicht eines Drehverbinders nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Querschnittansicht des Drehverbinders nach der Linie II-II in Fig. 1 und die

Fig. 3 und 4 in einer Diametralschnittebene analog der in Fig. 1 Ausführungsvarianten der Grenzfläche zwischen den Schalen eines Drehverbinders nach der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 hat ein Drehverbinder 10 zwei metallische Schalen 12 und 14, die drehbar in bezug aufeinander um eine Achse 15 gelagert sind. Diese Schalen haben koaxia­ le zylindrische Seitenwände 16 bzw. 18, die als Mittel­ achse die Achse 15 haben und an einem ihrer Enden durch eine kreisförmige Bodenwand 20 bzw. 22 verschlossen sind. An ihren entgegengesetzten Enden sind die Schalen 12 und 14 offen und einander gegenüberliegend angeordnet, so daß Ränder 24 bzw. 26 ihrer Seitenwände 16 und 18 ei­ nander gegenüberliegen und durch einen radialen Luft­ spalt 25 getrennt sind. Die Innendurchmesser der Seiten­ wände 16 und 18 sind gleich, und der Innenraum der Scha­ len bildet einen Hohlraum 28 zwischen den Boden­ wänden 20 und 22.

In der Nähe ihres offenen Endes hat die Schale 14 in der Außenfläche ihrer Seitenwand 18 eine Nut 30 mit V-för­ migem Querschnitt, die auf ihrem gesamten Umfang Kugeln 32 enthält. Die Schale 12 hat auf der Seite ihres offenen Endes einen Bund 34, der über die Außenfläche ihrer Sei­ tenwand 16 vorsteht. Der Innendurchmesser des Bundes 34 ist größer als der Außendurchmesser der Seitenwand 18 der Schale 14, in der die Nut 30 gebildet ist. Der Bund 34 steht über die Ebene des Verbindungsrandes 24 der Schale 12 vor, so daß das offene Ende der Schale 14 in diesen Bund so weit einfaßt, daß der abgeschrägte oder abgefaste innere Rand 36 des Bundes sich auf den Kugeln 32 in der Nut 30 abstützt. Die äußere zylindrische Fläche 38 des Bundes 34 hat ein Gewinde, auf den ein Ring 40 aufgeschraubt ist, der im Querschnitt L-förmig ist. Der große L-Schenkel ist mit Innengewinde versehen. Der klei­ ne L-Schenkel 42 ist radial nach innen zu der Achse 15 gerichtet und weist ein abgeschrägtes Ende 44 auf, das sich an den Kugeln 32 der Kugellaufbahn 30 in einer in bezug auf die Normale zu der Achse 15 symmetrischen Rich­ tung der Abstützrichtung des Bundes 34 auf diesen Kugeln abstützt. Wenn der Ring 40 durch Aufschrauben näher zu dem Bund 34 gebracht wird, wird durch die gemeinsame Wirkung der abgeschrägten Ränder 36 und 44 eine Klemm­ kraft auf die Kugeln 32 ausgeübt. Die Resultierende dieser Kraft, die in einer im wesentlichen radialen Rich­ tung gerichtet ist, drückt die Kugeln gegen die Wände der V-Nut 30. Auf diese Weise kann die Position des Ringes 40 auf dem kleinen L-Schenkel des Bundes 38 auf geeignete Weise eingestellt werden, um das Spiel der Kugeln 32 des Verbinders, die die Drehverbindung zwi­ schen den Schalen 12 und 14 um die Achse 15 herstellen, einzustellen.

Vor dem endgültigen Einstellen dieser Klemmkraft können die Abstützflächen der Schalen auf den Kugeln 32 durch längeres Drehen, durch das ein geringfügiger Verschleiß der in Berührung befindlichen Flächen hervorgerufen wird, eingeschliffen werden. Es ist außerdem möglich, am Anfang die Innenflächen der Nut 30 und die Abstütz­ flächen 36 und 44 zu bearbeiten, um ihnen eine gering­ fügige Konkavität zu verleihen, die das beschriebene Ein­ schleifen überflüssig macht.

Die Seitenwand 16 der Schale 12 hat einen Durchgangs­ schlitz 50, dessen axiale Abmessung oder Breite parallel zu der Achse 15 gegenüber der entsprechenden Abmessung der Seitenwand 16 relativ klein ist. Der Schlitz 50 ist in Fig. 2 zu erkennen. Er erstreckt sich in einer zu der Achse 15 rechtwinkeligen Querebene über eine relativ große Bogenlänge in der Seitenwand 16.

Um die Öffnung 52 an der Mündung des Schlitzes 50 in der Außenfläche 54 der Seitenwand 16 ist ein Hohlleiter 60 rechteckigen Querschnittes angeordnet, dessen Anschluß an der Wand 16 einen Umriß hat, welcher durch zwei Teile von Mantellinien 62 und 64 (Fig. 2) und zwei Kreis­ bögen 66 und 68 im Innern des Hohlleiters begrenzt wird. Dieser Umriß hat, wie angegeben, Abmessungen, die größer sind als die des Schlitzes 50, und zwar sowohl in axia­ ler Richtung als auch in dazu rechtwinkeliger Richtung. Der Hohlleiter 60 hat eine Achse 65, die die Achse 15 schneidet. An seinem zu der Schale 12 entgegengesetzten Ende 69 hat er einen rechteckigen Flansch 70 für den An­ schluß an eine nicht dargestellte Eingangs- und/oder Aus­ gangsvorrichtung. Im zu seiner Achse 65 rechtwinkeligen Querschnitt hat der Hohlleiter eine kleinere Abmessung e parallel zu der Achse 15 (Dicke) als die Abmessung L in der dazu rechtwinkeligen Richtung (Fig. 2). In der dargestellten Ausführungsform sind die Innenflächen 53 des Schlitzes 50 zu der Achse 65 parallel (Fig. 2); sie könnten aber auch anders gerichtet sein, beispielsweise radial.

Zur Vorderseite der Schale 12 hin liegt die Außenfläche 72 des Hohlleiters 60 an der hinteren Fläche 35 des Bun­ des 34 an. Die entgegengesetzte Außenfläche 73 des Hohl­ leiters 60 liegt im wesentlichen in der Ebene der Außenfläche der Bodenwand 20. Für den Zusammenbau des Hohl­ leiters 60 mit der äußeren Seitenfläche der Schale 12 ist der Hohlleiter durch einen ringförmigen Teil 75 ver­ längert, welcher die Schale 12 umschließt und mit dieser verlötet ist (Fig. 1 und 2).

Auf dieselbe Weise ist der Schale 14 ein Hohlleiter 80 zugeordnet, der in einem Flansch 81 an einem Ende endigt und an seinem anderen Ende, das mit der Außenfläche 82 der Seitenwand 18 verbunden ist, in einem gekrümmten Schlitz 56 mündet, welcher eine Verbindung zwischen dem Innern des Hohlleiters 80 und dem Innern der Schale 14 herstellt. Die Abmessungen des Schlitzes 56 und des Hohlleiters 80 stimmen mit den oben in bezug auf den Schlitz 50 und den Hohlleiter 60 angegebenen überein. Der Hohlleiter 80 ist mit der Außenseite der Schale 14 durch eine ringförmige Verlängerung 83 verbunden, die mit der Schale verlötet ist. Die innere Seite 84 des Hohlleiters 80 ist in einem ausreichenden Abstand von der Nut 30 angeordnet, damit der für den Schenkel 42 des Ringes 40 erforderliche Raum vorhanden ist.

Wegen des vorstehend beschriebenen Aufbaus können die beiden Hohlleiter 60 und 80 beliebige Winkelpositionen in bezug aufeinander um die Achse 15 einnehmen, indem einfach die Schale 14 um die Schale 12 gedreht wird. Zur übersichtlicheren Darstellung sind in Fig. 1 die beiden Hohlleiter oder Hohlleiterteile gleichgerichtet ange­ ordnet.

Wenn einer der Hohlleiter, beispielsweise der Hohlleiter 80 (Pfeil 90) mit Höchstfrequenzenergie in dem Durchlaß­ bereich der Vorrichtung gespeist wird, wird diese Ener­ gie als H₁₀-Welle übertragen (d.h. in dem durch die Rechteckform des Hohlleiters festgelegten TE₁₀-Modus). Sie gelangt zu dem Kopplungsschlitz 56 an dem Eingang des Hohlraums 28, in dem sich eine Resonanz vom Typ E₀₁₀ (TM₀₁₀-Modus) ausbildet. Der Hohl­ raum 28 verhält sich wie ein Hohlraumresonator. Seine Abmessungen werden so festgelegt, daß die Ausbreitungs­ mode im Innern des durch die Innenflächen der Schalen 12, 14 begrenzten Raums im wesentlichen rotationssymme­ trisch ist. Unter diesen Umständen breitet sich ungeach­ tet der relativen Winkelposition der Schlitze 56 und 50 die an dem Umfang der Schale 14 eingeleitete Energie zu der Achse 15 und von dieser aus zu dem Umfang der Schale 12 aus, wo sie über den Schlitz 50 entnommen wird, der die Kopplung zwischen dem Innern des Hohlraums 28 und dem Hohlleiter 60 herstellt. Dieser überträgt die Wellen in der durch den Pfeil 92 angegebenen Richtung als H-Wellen (TE-Mode). Durch eine gestrichelte Linie 100 ist die Hüllkurve der Vektorenden des elektrischen Feldes im Innern des Hohlraums 28 dargestellt (Vektoren 102). Es ist zu erkennen, daß das elektrische Feld einen Minimalwert am Umfang des Hohlraums und daher in der Zone des Luftspalts 25 zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern der Schalen 12 und 14 hat. Daraus ergibt sich eine Zone mit geringer Potentialdifferenz, was eine gün­ stige Auswirkung auf das Einleiten von hohen Leistungen hat.

Die beschriebene Ausführungsform gestattet das Übertra­ gen von Leistungen, die mehrere hundert Watt bei Fre­ quenzen erreichen können, die zwischen 10 und 20 GHz liegen, und zwar mit den Hohlleitern 60 und 80 und den Schalen 12 und 14, die kleinere Abmessungen haben.

So kann beispielsweise Energie bei einer Frequenz in dem angegebenen Bereich mit Hohlleitern übertragen werden, deren Dicke oder Höhe e gleich 3 mm und deren Breite L gleich 15 mm ist, im Gegensatz zu den Standardabmessun­ gen von 8×16 mm. Mit diesen Hohlleiterteilen kann die Gesamtdicke des Drehverbinders 10 (Abstand zwischen den Wänden 20 und 22) unter 10 mm liegen, und zwar bei einem Gesamtdurchmesser der Schalen von weniger als 22 mm.

Die Resonanzfrequenz des Hohlraums 28, der für die Ausbrei­ tung im Innern des Drehverbinders verantwortlich ist, ist nicht von der Dicke desselben abhängig ist, weshalb die­ se so klein wie möglich gemacht werden kann. Sie hängt dagegen von dem Durchmesser des Hohlraums ab. Dieser wird deshalb in Abhängigkeit von den zu übertragenden Frequenzen festgelegt.

In allen Fällen gestattet die beschriebene Ausführungs­ form, sehr flache Drehverbinder herzustellen, die in elektrischer und in mechanischer Hinsicht sehr einfach sind.

Ein Verbinder mit den Kugeln 32, dem Bund 34 und dem Ring 40 kann mit großer Genauigkeit hergestellt werden. Er stellt eine sehr einfache Art der Drehverbindung dar, die einen kleinen Reibungskoeffizienten hat, schwin­ gungsarm ist und einen Platzbedarf hat, der mit den oben angegebenen Benutzungsdaten kompatibel ist. Die Schalen können vorteilhafterweise aus einem Material, wie bei­ spielsweise Bronze oder Beryllium, hergestellt werden, das mit einem oxidationshemmenden Überzug versehen ist, beispielsweise aus Silber und/oder Gold. Dieses Material besitzt eine gute elektrische Leitfähigkeit und ist da­ bei sehr hart, was eine erwünschte Eigenschaft für den mit Kugeln ausgerüsteten Verbinder ist. Die ringförmi­ gen Teile 75 und 83 der Hohlleiter werden mit Weichlot an die Schalen angelötet.

Der Luftspalt 25 reicht aus, um die elektrische Ver­ bindung zwischen den Schalen zu gewährleisten. Er ge­ stattet einen zufriedenstellenden Betrieb, ohne daß HF-Sperren notwendig sind. Solche Sperren wären bei den vorgesehenen Frequenzen mit der für die Vorrichtung 10 vorgesehenen geringen Dicke inkompatibel. Die einan­ der gegenüberliegenden Oberflächen der metallischen Schalen 12 und 14 können an deren offenen Enden vergrö­ ßert werden, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, in der gleiche Teile gleiche Bezugszahlen tragen. Das offene Ende 14A der Schale 14 ist durch einen ringförmigen Teil 110 axial verlängert, der in das Innere des offenen En­ des 12A der Schale 12 eindringt, so daß zwischen der Innenseite derselben und dem Ring 110 ein ringförmiger Luftspalt 112 vorhanden ist, dessen Mittelpunkt auf der Achse 15 liegt und der sich zu dem radialen Luftspalt 114 zwischen den einander gegenüberliegenden Rändern der Enden 12A und 14A der Schalen addiert.

In noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 4 gezeigt ist, sind ein oder mehrere Kon­ taktlamellen 120 durch Löten oder auf andere Weise an der Stelle 122 mit der Schale 14 an deren Innenfläche auf der Seite von deren offenem Ende verbunden. Der vordere Teil 124 der biegsamen Lamelle 120 ist mit der Innenfläche 125 der ringförmigen Wand 16 der Schale 12 auf der Seite des offenen Endes derselben in elasti­ scher Gleitberührung. Sie könnte auch in einer weiteren Ausführungsform in den Luftspalt 114 an der Wand 16 der Schale 12 einfassen.

Claims (5)

1. Drehverbinder zum Übertragen von Höchstfrequenzwellen zwischen einem ersten und einem zweiten Hohlleiteranschluß, die um eine Achse drehbeweglich angeordnet sind, mit einem zum Übertragen der Höchstfrequenzenergie zwischen den Hohlleiteranschlüssen dienenden Hohlraum (28), der durch eine erste und eine zweite Schale (12, 14) begrenzt ist, die jeweils eine am einen Ende geschlossene und am anderen Ende offene ringförmige Seitenwand aufweisen, und an den ringförmigen Seitenwänden (16, 18) bezüglich einer gemeinsamen Achse (15) mittels einer Kugelverbindung gelagert, wobei die offenen Enden der Schalen in einer zu der Drehachse (15) rechtwinkligen Ebene einander benachbart sind und der erste und der zweite Hohlleiterteil (60, 80) an der ersten bzw. der zweiten Schale (12, 14) befestigt sind und jeweils radial mit dem Hohlraum (28) über eine Öffnung (50, 56) in der Seitenwand (16, 18) der ersten bzw. zweiten Schale in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Kugelverbindung eine Kugellaufbahn in einer kreisförmigen Nut (30) in der Außenwand der ersten Schale (14), einen Bund (34), der mit der zweiten Schale (12) fest verbunden ist und sich auf den Kugeln (32) abstützt, und einen Ring (40) aufweist, der mit dem Bund einstellbar verbunden ist, um eine zweite Abstützung mit einstellbarer Klemmkraft für die zweite Schale (12) auf den Kugeln (32) zu bilden.

2. Drehverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Ring (40) einen L-förmigen Querschnitt aufweist, von welchem ein radialer Schenkel (42) an einem seiner Enden (44) sich auf den Kugeln abstützt, während der andere Schenkel mit dem Bund (34) verschraubt ist.

3. Drehverbinder nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ränder der offenen Enden der Schalen (12, 14) einander gegenüberliegend angeordnet und durch einen radialen Luftspalt (25) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die erste Schale (14) durch einen zylindrischen Ring (110) axial verlängert ist, der in den durch die zweite Schale (12) begrenzten Teil des Hohlraums (28) eindringt, so daß ein zylindrischer Luftspalt zwischen diesem Ring (110) und der inneren Seitenfläche (112) der zweiten Schale (12) vorhanden ist.

4. Drehverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Schalen (12, 14) in der Nähe ihrer offenen Enden durch wenigstens einen Schleifkontakt (120) elektrisch miteinander verbunden sind.

5. Drehverbinder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

• - daß jeder Hohlleiteranschluß (60, 80) in einem Ring (75, 83) endigt, der neben dem Bund (34) und dem Ring (40) um die äußeren Seitenwand der ersten bzw. zweiten Schale (12, 14) verläuft und den jeweiligen Hohlleiteranschluß an der zugeordneten Schale festhält.