DE4025429A1 - In drei achsen bewegliche hohlleiterverbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bewegliche Hohlleiterverbin­ dung.

Starre Hohlleiterverbindungen sind - ebenso wie die Hohl­ leiter selbst - größtenteils genormt. Für Anwendungsfälle, bei denen zwischen miteinander zu verbindenden Flanschen ein toleranzbedingter Spalt verbleibt oder die Längsach­ sen der betreffenden Hohlleiter-Leitungszüge nicht mit­ einander fluchten und/oder um einen kleinen Winkel gegen­ einander verdreht sind, sind spezielle Verbindungselemen­ te in Form von kurzen Toleranzausgleichstücken bekannt (DE-PS 37 27 198). Sie umfassen im wesentlichen zwei Hohl­ leiterabschnitte, deren Verbindungsebenen über einen λ/2-Choke mechanisch berührungslos miteinander kontak­ tiert sind. Infolgedessen eignen sich diese bekannten Verbindungselemente nur zum Ausgleich von Längentoleran­ zen bis zu einigen Millimetern und zum Ausgleich einer Achsenverkippung bis zu wenigen Grad, da andernfalls der mechanische Spalt zwischen den zwei berührungslos kontak­ tierten Hohlleiterabschnitten zu groß wird, um noch mit­ tels des Chokes - elektrisch gesehen - reflexionsfrei überbrückt zu werden. Darüber hinaus sind die bekannten Verbindungselemente in erster Linie zum Ausgleich stati­ scher Toleranzen vorgesehen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Hohlleiterverbindung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die zeitlich veränderliche Verschie­ bungen, Verdrehungen und Verkippungen aufzunehmen vermag, wie sie beispielsweise zwischen einem schwingungsfähig gelagerten Mikrowellensender und einem ortsfesten, weiter­ führenden Hohlleiterzug auftreten.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dieser Hohlleiterverbindung kann der geometrische Mittelpunkt des einen Hohlleiterflansches beliebige Be­ wegungen entsprechend der Oberfläche einer Kugel mit einem Durchmesser im Bereich von beispielsweise 10 mm in bezug auf den ruhenden, geometrischen Mittelpunkt des anderen Hohlleiterflansches ausführen, ohne daß sich hier­ bei der Reflexionsfaktor der Verbindung nennenswert än­ dert.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 2 wird eine Zentrierung des Hohlleitermittelstücks erreicht, mit der Folge, daß ein mechanischer Verschleiß infolge stirnseitigem Anliegens des Mittelstückes gegen eines der Zwischenstücke verhindert und Reflexionsfaktor­ änderungen weitgehend ausgeschaltet werden, weil die stirnseitigen Spalte zu beiden Seiten des Mittelstücks stets gleich groß sind. Überdies kann dann durch eine geeignete Bemessung der elektrischen Länge des Hohlleitermittel­ stücks eine gegenseitige Kompensation der trotz der λ/2-Chokes verbleibenden, durch die betreffenden Spalte verursachten, induktiven oder kapazitiven Störungen erreicht werden.

Durch die Weiterbildung nach Anspruch 3 läßt sich eine sehr hohe HF-Dichtigkeit der Hohlleiterverbindung er­ zielen.

Die im Anspruch 4 angegebene Verdrehwinkelbegrenzung verhindert das Entstehen von Reflexionen infolge eines unkontrollierten "Wanderns" der gegeneinander drehbeweglichen Teile und damit der aufeinanderfolgenden, von diesen Teilen jeweils umschlossenen Hohlleiter­ querschnitte.

In der Zeichnung ist eine Hohlleiterverbindung nach der Erfindung in einer beispielhaft gewählten Aus­ führungsform vereinfacht dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt

Fig. 2 eine teilweise aufgebrochene Aufsicht ent­ sprechend dem Pfeil X in Fig. 1

Fig. 3 einen Teilschnitt entsprechend der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 4 einen Teilschnitt entsprechend der Linie B-B in Fig. 1 und

Fig. 5 die Einzelheit Z in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

Die in Fig. 1 und 2 wiedergegebene Hohlleiterverbin­ dung umfaßt zwei sich im Abstand 1 gegenüberstehende Hohlleiterflansche, deren jeweilige, nach außen ge­ wandte Flanschflächen zur Verschraubung mit z. B. Norm­ hohlleiterabschnitten (nicht dargestellt) ausgebildet sind. Die einander zugewandten Flanschflächen der Hohl­ leiterflansche 1a und 1b sind als Kugelkalottenflächen 11a, 11b ausgebildet. Auf die Hohlleiterflansche 1a, 1b folgt je ein Hohlleiterzwischenstück 2a, 2b. Diese Hohl­ leiterzwischenstücke haben entsprechende Kugelkalotten­ gegenflächen 21a, 21b. Die Kugelkalottenflächen 11a bzw. 11b und die Kugelkalottengegenflächen 21a bzw. 21b lie­ gen nur in einem ringförmigen, äußeren Bereich unmittel­ bar gegeneinander an. Durch Wahl einer geeigneten Materialpaarung oder andere Maßnahmen ist sichergestellt, daß die Hohlleiterflansche und die zugeordneten Zwischen­ stücke relativ zueinander reibungsarm verkipp- und ver­ drehbar sind. Im übrigen sind zwischen den Kugelkalotten­ flächen 11a und 11b sowie den Kugelkalottengegenflächen 21a und 21b umlaufende Spalte 31a bzw. 31b vorgesehen, die zusammen mit einer umlaufenden axialen Nut 32a bzw. 32b in dem betreffenden Hohlleiterzwischenstück 2a bzw. 2b einen geknickten λ/2-Choke bilden.

Zwischen den Hohlleiterzwischenstücken 2a und 2b befindet sich ein Hohlleitermittelstück 4, das beidseits eine rohrförmige Verlängerung 41a, 41b aufweist, mit der es einen dünnwandigen Endabschnitt 22a bzw. 22b des be­ treffenden, gleichseitigen Hohlleiterzwischenstücks 2a bzw. 2b teleskopisch verschiebbar übergreift. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die Hohlleiterflansche 1a und 1b sich längs der Mittelachse A der Verbindung um einen bestimmten Betrag relativ zueinander verschieben können. Durch die aus Fig. 4 ersichtliche Profilierung des äußeren Umfanges der rohrförmigen Verlängerung 41b (die auch für die rohrförmige Verlängerung 41a gilt) wird einem Verkanten der gegeneinander verschieblichen Teile entgegengewirkt. Eine solche Verkantungsgefahr besteht deshalb, weil die rohrförmigen Verlängerungen 41a bzw. 41b und die von ihnen übergriffenen, dünnwandigen Endab­ schnitte 22a bzw. 22b sich nicht unter gegenseitiger Be­ rührung gegeneinander verschieben sondern zwischen ihnen aus Toleranzgründen ein Spalt verbleiben muß. Die axiale Länge dieses Spaltes, der in Fig. 5 mit s bezeichnet ist, ist so bemessen, daß sich in Verbindung mit einer weite­ ren axialen Nut 23a bzw. 23b in jedem der Hohlleiterzwi­ schenstücke 2a bzw. 2b ein weiterer λ/2-Choke ergibt.

Die Zwischenstücke 2a bzw. 2b werden durch Profilflansche 5a bzw. 5b vervollständigt. Eine einstückige Ausführung der Teile 2a, 5a bzw. 2b, 5b ist aus fertigungstechni­ schen Gründen, unter anderem wegen der axialen Nuten 23a bzw. 23b, nicht möglich. Die Profilflansche 5a, 5b umge­ ben die rohrförmigen Verlängerungen 41a bzw. 41b des Hohlleitermittelstücks 4, ebenfalls unter Freilassung eines Spaltes s′, vergleiche Fig. 5. Wie ebenfalls aus Fig. 5 hervorgeht, sind die Spalte s bzw. s′ mit einem Kunststoff 10 ausgefüllt, der in der Paarung mit Metall einen geringen Reibungskoeffizienten hat sowie bis zu einem gewissen Grade elastisch ist. Am besten werden kurze Abschnitte eines Schrumpfschlauches aus einem ge­ eigneten Kunststoff verwendet, die auf die dünnwandigen Endabschnitte 22a bzw. 22b der Zwischenstücke 2a bzw. 2b und die rohrförmigen Verlängerungen 41a bzw. 41b des Hohlleitermittelstücks 4 aufgeschrumpft werden. Die axiale Länge des Spaltes s′ ist so bemessen, daß sich in Verbindung mit einer dritten axialen Nut 51a bzw. 51b in dem betreffendne Profilflansch 5a bzw. 5b ein weiterer λ/2-Choke ergibt. Bei der Bemessung der Chokes, von de­ nen die Spalte s und s′ jeweils einen Teil bilden, wird die relative Dielektrizitätskonstante des Kunststoffes 10 berücksichtigt.

Das Hohlleitermittelstück 4 trägt auf gegenüberliegenden Flächen zwei gleichartige Lenkeranordnungen 6, die dafür sorgen, daß unabhängig von Änderungen des Abstandes 1 zwischen den Hohlleiterflanschen 1a bzw. 1b das Hohllei­ termittelstück 4 sich stets genau zentrisch zwischen den Profilflanschen 5a bzw. 5b befindet. Zum einen wird damit die trotz der Chokes unvermeidbare (kleine) elektrische Diskontinuität zwischen dem Hohlleitermittelstück und den jeweils anschließenden Hohlleiterzwischenstücken symmetrisch verteilt und zum anderen ermöglicht dies, durch eine geeignete Bemessung der elektrischen Länge des Hohlleitermittelstücks 4 eine gegenseitige Kompen­ sation dieser Diskontinuitäten zu erreichen. Die Lenker­ anordnungen 6 verhindern außerdem das Entstehen eines mechanischen Verschleißes infolge stirnseitigen Anlie­ gens des Hohlleitermittelstücks 4 an einem der Zwischen­ stücke 2a bzw. 2b. Die Konstruktion und Funktion der Len­ keranordnungen 6 ergibt sich am deutlichsten aus einem Vergleich der Fig. 1 und 2. Jede der Lenkeranordnungen besteht aus zwei Hebeln 61 und 62, die gelenkig auf einer insgesamt mit 63 bezeichneten Gleitsteinführung auf dem Hohlleitermittelstück 4 gelagert sind und deren an­ dere Enden gelenkig mit den Profilflanschen 5a bzw. 5b verbunden sind.

Die bis hierher beschriebene Konstruktion bezieht sich auf die - insbesondere auch in elektrischer Hinsicht - notwendigen Teile zur Verwirklichung der angestrebten Verschiebbarkeit, Verdrehbarkeit und Verkippbarkeit der Hohlleiterflansche 1a und 1b relativ zueinander. Eine Reihe weiterer Teile sind aus mechanischen Gründen not­ wendig oder zur Verbesserung der elektrischen Eigen­ schaften vorgesehen. Hierzu gehören insbesondere die Zentrierringe 7a, 7b, die mit den Hohlleiterflanschen 1a bzw. 1b verschraubt sind und für die zentrische Lage so­ wie mechanische Fixierung der zugeordneten Zwischenstücke 2a bzw. 2b sorgen. Jeder der Zentrierringe 7a, 7b ist nahe seinem äußeren Umfang mit einem Stift 71a bzw. 71b versehen, der in eine zugeordnete, schlitzförmige Aus­ nehmung nahe dem äußeren Umfang des gleichseitigen Zwi­ schenstückes 2a bzw. 2b eingreift und auf diese Weise den Verdrehwinkel zwischen diesen beiden Teilen und da­ mit auch den maximal möglichen Verdrehwinkel zwischen dem Hohlleiterflansch 1a und dem Hohlleiterflansch 1b be­ grenzt, siehe auch Fig. 3.

Mit den Zentrierringen 7a bzw. 7b sind Flanschringe 8a bzw. 8b verschraubt, die in rohrfömmige Abschnitte 81a bzw. 81b übergehen, welche in einem Abstand b voneinan­ der enden. Die rohrförmigen Abschnitte übergreifen te­ leskopisch eine Metallhülse 9, die an ihren beiden Rän­ dern ballige Umfangsflächen 91a bzw. 91b hat, die mit Nuten zur Aufnahme von Dichtungsringen 92a bzw. 92b ver­ sehen sind. Auf diese Weise ist der gesamte Zwischen­ raum zwischen den Hohlleiterflanschen 1a und 1b mit einer durchgehenden metallischen Abschirmung umgeben, so daß die Hohlleiterverbindung insgesamt HF-dicht abgeschirmt ist, ohne daß dadurch die Beweglichkeit der Flansche 1a bzw. 1b relativ zueinander eingeschränkt wird. Die Hülse 9 hat mittig eine umlaufende Verdickung 93, die in Ver­ bindung mit den Stirnrändern der ringförmigen Abschnitte 81a, 81b die Wanderung der Hülse 9 nach links und rechts begrenzt.

Claims (4)

1. In drei Achsen bewegliche Hohlleiterverbindung, ge­ kennzeichnet durch folgende Merkmale:

• - Zwei voneinander beabstandete Hohlleiterflansche (1a, 1b), deren einander zugewandte Flanschflächen als Kugelkalottenflächen (11a, 11b) ausgebildet sind,
• - je ein Hohlleiterzwischenstück (2a, 5a; 2b, 5b) mit einer Kugelkalottengegenfläche (21a, 21b),
• - ein Hohlleitermittelstück (4) mit je einer stirn­ seitigen, rohrförmigen Verlängerung (41a, 41b), die einen dünnwandigen Endabschnitt (22a, 22b) des gleichseitigen Hohlleiterzwischenstücks telesko­ pisch verschiebbar übergreift,
• - λ/2-Chokes (31a, 32a; 31b, 32b; 23a; 23b; 51a; 51b) zwischen allen realtiv zueinander beweglichen, be­ nachbarten Teilen, zu deren Kontaktierung mittels eines elektrisch nachgebildeten Kurzschlusses.

2. Hohlleiterverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem Hohlleitermittelstück (4) eine sich an den beiden Hohlleiterzwischenstücken (5a, 5b) abstützende Lenkeranordnung (6) angreift, die das Hohlleitermittelstück (4) in jeweils gleichem Abstand von den beiden Hohlleiterzwischenstücken hält.

3. Hohlleiterverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hohlleiterflansche (1a, 1b) an ihren einander zugewandten Umfangsrändern je einen Flanschring (8a, 8b) tragen, und daß die freien Stirnränder voneinander beabstandet sind und jeweils eine ballige Umfangsfläche (91a, 91b) am Ende einer Hülse (9) teleskopisch übergreifen.

4. Hohlleiterverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen jedem Hohl­ leiterflansch und dem zugehörigen Hohlleiterzwischen­ stück (2a, 2b) ein den Verdrehwinkel zwischen diesen Teilen begrenzender Stift (71a, 71b) angeordnet ist, der mit dem einen Teil fest verbunden ist und in eine entsprechend dem maximalen Verdrehwinkel bemessene Ausnehmung des anderen Teils eingreift.