EP1502330B1

EP1502330B1 - Drehgelenkkupplung

Info

Publication number: EP1502330B1
Application number: EP03720456A
Authority: EP
Inventors: Heinz Billing; Erich Beer
Original assignee: Wella GmbH
Current assignee: Procter and Gamble Deutschland GmbH
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2003-04-12
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2023-04-12
Also published as: US20050142899A1; AU2003224065A1; DE50304143D1; WO2003092127A1; JP2005524209A; DE10316981A1; ATE332582T1; JP4383339B2; ES2268350T3; US7074044B2; EP1502330A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupplung nach der Gattung des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Bekannt sind elektrische Drehgelenkkupplungen, beispielsweise zum Einbau in Lagern von Trageelementen, an denen elektrisch betriebene Geräte aufgehängt werden. Bei diesen Kupplungen wird der Strom der axial hintereinanderliegenden Kontaktringe im Rotor mit Hilfe von festangelöteten Anschlusskabeln nach außen geführt. Diese Kontaktringe werden von Metallbändern mit eingeschnittenen und ausgewölbten Kontaktstegen abgegriffen, was beispielsweise aus der DE 39 18 234 A1 oder aus der US-A-5409403 bekannt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgleiche Kupplung zu schaffen, die einfacher und kompakter im Aufbau und billiger in der Herstellung ist sowie sehr gute elektrische Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird nach den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor. Der Gegenstand der Erfindung ist eine Drehkupplung zum Übertragen von elektrischen Strömen bei einer vollen Durchdrehbarkeit der Drehkupplung und einer integrierten Steckverbindung zum Lösen einer elektrischen Verbindung, wobei durch einen einfachen konstruktiven Aufbau eine kostengünstige Herstellung möglich ist. Die Steckerkupplung besteht aus einem Rotor und einem Stator mit beispielweise bis zu fünf gleichberechtigten Strompfaden, mit denen sowohl Signalströme als auch Leistungsströme übertragen werden können.
Die Erfindung wird an Hand von mehreren Figuren näher beschrieben.
Es zeigt:

Fig. 1: in einer Seitenansicht einen Rotor mit mehreren ersten Schleifringen als Teil einer Drehkupplung sowie mit einem axial aufgeschobenen zweiten Schleifring;
Fig. 2: eine Abwicklung eines ersten Schleifringes;
Fig. 3: eine Abwicklung eines zweiten Schleifringes;
Fig. 4: in einem Axialschnitt die komplette Drehkupplung;
Fig. 5: in einer Axialansicht eine Steckerverbindung;
Fig. 6: einen Schnitt VI-VI nach der Fig. 4;
Fig. 7: einen Schnitt VII-VII nach der Fig. 5;
Fig. 8: in einer Draufsicht den Rotor mit Teilschnitten;
Fig. 9: in einer Seitenansicht eine erste Halbschale mit zweiten Schleifringen und zweiten Fahnen;
Fig. 10: in einer Seitenansicht eine zweite Halbschale mit zweiten Schleifringen und zweiten Fahnen;
Fig. 11: in einer Seitenansicht die Drehkupplung;
Fig. 12: in einer Axialansicht die Lötverbindung;
Fig. 13: in einer Axialansicht die Steckerverbindung;
Fig. 14: in einer Seitenansicht ein Stativ mit eingebauten Drehkupplungen;
Fig. 15: in einer Teilschnittdarstellung eine erste Drehkupplung;
Fig. 16: in einer Teilschnittdarstellung eine zweite Drehkupplung;
Fig. 17: in einer vergrößerten Darstellung die erste Drehkupplung nach der Fig. 15;
Fig. 18: in einer vergrößerten Darstellung die zweite Drehkupplung nach der Fig. 16;
Fig. 19: in einer geschnittenen Seitenansicht einen Ausleger für eine Deckenbefestigung;
Fig. 20: in verschiedenen Ansichten eine erste Variante einer Drehkupplung;
Fig. 21: in verschiedenen Ansichten eine zweite Variante einer Drehkupplung, und
Fig. 22: in verschiedenen Ansichten eine dritte Variante einer Drehkupplung.

Die Fig. zeigen eine elektrische Drehkupplung 1 mit einer inneren und einer äußeren Schleifkontaktringanordnung 2,3 zum Übertragen von elektrischen Strömen, wobei die innere Schleifkontaktringanordnung 2 mit mehreren ersten Schleifringen 4 versehen ist, die einseitig in Richtung 6 der Achse nach außen führende erste Fahnen 7 aufweisen, wobei jeweils ein erster Schleifring 4 mit einer ersten Fahne 7 einen einstückigen Aufbau aufweist. Die äußere Schleifkontaktringanordnung 3 ist mit mehreren zweiten Schleifringen 5 versehen, die einseitig in einer entgegengesetzten Richtung 9 der Achse nach außen führende zweite Fahnen 8 aufweisen, wobei jeweils ein zweiter Schleifring 5 mit einer zweiten Fahne 8 einen einstückigen Aufbau aufweist. Die zweiten Schleifringe 5 sind mit mehreren Federkontakten 10 versehen, die durch Materialausnehmung und Verformung gebildet sind. Die Federkontakte 10 der zweiten Schleifringe 5 stehen mit jeweils einer äußeren Schleifringoberfläche 18 der ersten Schleifringe 4 koaxial in elektrischem Kontakt. Dadurch ergibt sich ein einfacher, kompakter Aufbau der Kupplung 1 sowie eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit, da die elektrischen Übergangsstellen (Kontakt- und Lötstellen) auf ein Minimum beschränkt sind.
In der Fig. 2 ist in einer Abwicklung der erste Schleifring 4 mit einer ersten Fahne 7 als elektrischer Leiter dargestellt, der eine T-Form aufweist. Das Ende der ersten Fahne 7 ist eine Kontaktzunge 13 ausgestaltet. Je nach axialer Anordnung der ersten Schleifringe 4 auf dem Rotor 16 ist eine bestimmte Länge der ersten Fahne 7 erforderlich, damit die Kontaktzungen 13 für eine Steckerverbindung 14 auf gleicher Ebene abschließen. Zum Umbiegen der ersten Fahne 7 sind kleine Ausschnitte 26 angeordnet. Die ersten Schleifringe 4 werden durch eine formschlüssige Nutverbindung 11 gebildet, insbesondere durch eine Schwalbenschwanz-Feder/Nut-Verbindung, die sich durch Umbiegen zu einem Ring 4 ergibt.
In der Fig. 3 ist in einer Abwicklung der zweite Schleifring 5 mit einer zweiten Fahne 8 als elektrischer Leiter dargestellt, der eine T-Form aufweist. Der zweite Schleifring 5 ist mit mehreren gleichmäßig angeordneten Federkontakten 10 versehen. Die Federkontakte 10 sind jeweils durch eine U-förmige Ausnehmung 41, einer Schwächungsausnehmung 42 und einer Verformung 43 gebildet. Das Ende der zweiten Fahne 8 ist für eine Lötverbindung 15 ausgebildet. Wahlweise kann auch eine Steckerverbindung 14 vorgesehen werden. Je nach axialer Anordnung der zweiten Schleifringe 5 ist eine bestimmte Länge der zweiten Fahne 8 erforderlich, damit die Lötverbindungen 15 auf gleicher Ebene abschließen. Zum Umbiegen der zweiten Fahne 8 sind kleine Ausschnitte 26 angeordnet. Die zweiten Schleifringe 5 werden durch eine formschlüssige Nutverbindung 11 gebildet, insbesondere durch eine Schwalbenschwanz-Feder/Nut-Verbindung, die sich durch Umbiegen zu einem Ring 5 ergibt. Wahlweise ist der Endbereich 12 der ersten oder der zweiten Fahnen 7,8 als Kontaktzungen 13 einer Steckverbindung 14 oder als Lötverbindung 15 vorgesehen.
Die Fig. 4 zeigt die ersten Schleifringe 4 mit den ersten Fahnen 7, die zu einem Rotor 16 aus Kunststoff 17 eingegossen sind mit Ausnahme der äußeren Schleifringoberflächen 18 und den Endbereichen 12 der ersten Fahnen 7. Die zweiten Schleifringe 5 mit den zweiten Fahnen 8 sind von einer Hülse 19 aus Kunststoff 17 aufgenommen. Die Hülse 19 besteht aus zwei gleichen, sich miteinander fixierenden Halbschalen 20,21, wobei die Hülse 19 von einem außen fixierbaren Gehäuse 22 aufgenommen ist. Der Rotor 16 ist am entgegengesetzten Ende der ersten Fahnen 7 mit Rastnasen 23 versehen, die mit der Hülse 19 derart korrespondieren, dass eine axiale Verschiebung des Rotors 16 verhindert ist, wobei der Rotor 16 mit einer Steckverbindung 14 versehen ist. Die ersten und die zweiten Schleifringe 4,5 sind wahlweise zum Betreiben von ohmschen, induktiven Lasten und Videosignalen vorgesehen. Zur Verringerung einer Reibung beim Drehen der Kupplung 1 sind entsprechende Kunststoffscheiben 31,32 angeordnet. Für hier nicht dargestellte Kabel ist die Kupplung 1 mit einer Zugentlastung 33 versehen, die aus zwei verschraubbaren Halbschalen besteht. Die Zugentlastung 33 ist für eine feste Verbindung beispielsweise in einem Drehgelenk 24 eines Stativs 25 (Fig. 14) mit einer Lasche 29 versehen. Für eine feste Verbindung mit dem Gehäuse 22 ist die Zugentlastung 33 mit einer Nutverbindung 34 versehen.

Fig. 5: zeigt in einer Axialansicht eine Steckerverbindung 14 nach der Fig. 4.
Fig. 6: zeigt einen Schnitt VI-VI nach der Fig. 4, aus der die Zugentlastung 33 für Kabel näher hervorgeht.
Fig. 7: zeigt einen Schnitt VII-VII nach der Fig. 5, jedoch ohne Zugentlastung 33.
Fig. 8: zeigt in einer Draufsicht den Rotor 16 mit Teilschnitten.
Fig. 9: zeigt in einer Seitenansicht eine erste Halbschale 20 mit zweiten Schleifringen 5 und mit zweiten Fahnen 8.
Fig. 10: zeigt in einer Seitenansicht eine zweite Halbschale 21 mit zweiten Schleifringen 5 und zweiten Fahnen 8.
Fig. 11: zeigt in einer Seitenansicht die Drehkupplung 1.
Fig. 12: zeigt in einer Axialansicht die Lötverbindung 15.
Fig. 13: zeigt in einer Axialansicht die Steckerverbindung 14.
Fig. 14: zeigt in einer Seitenansicht als ein Anwendungsbeispiel ein Stativ 25 mit eingebauten Drehkupplungen 1,1.1 zum Tragen und Versorgen eines elektrischen Geräts 40.
Fig. 15: zeigt in einer Teilschnittdarstellung die erste Drehkupplung 1.
Fig. 16: zeigt in einer Teilschnittdarstellung eine zweite Drehkupplung 1.1.
Fig. 17: zeigt in einer vergrößerten Darstellung die erste Drehkupplung 1 nach der Fig. 15 mit einem ersten und einem zweiten Kabel 36, 37, die mit den entsprechenden Lötverbindungen 15 des ersten und zweiten Schleifrings 4, 5 verbunden sind.
Fig. 18: zeigt in einer vergrößerten Darstellung die zweite Drehkupplung 1.1 nach der Fig. 16 mit dem zweiten und einem dritten Kabel 37, 38, die mit den entsprechenden Lötverbindungen 15 des ersten und zweiten Schleifrings 4, 5 verbunden sind.
Fig. 19: zeigt einen Ausleger 35 für eine Deckenbefestigung als eine Variante zur Wandbefestigung nach der Fig. 14.

In den Fig. 20 bis 22 sind drei Varianten von Drehkupplungen 1 dargestellt, die sich im Wesentlichen durch ihre äußere Geometrie sowie der daraus resultierenden Befestigungsmöglichkeiten unterscheiden. Die Kupplung 1 kann somit an unterschiedliche Einbauverhältnisse angepasst werden.

Variante 1 (Fig. 20)

Axiale Befestigung von Steckerkupplung 27 und Steckverbindung 28 mittels Laschen 29, beispielsweise Einbau in einem Rohr mit einem Innendurchmesser D1 von 24 mm.

Variante 2 (Fig. 21)

Axiale Befestigung der Steckerkupplung 27 mittels Laschen 29 und eine radiale Befestigung der Steckverbindung 28 mittels einer Gewindebohrung 30, beispielsweise durch Einbau der Steckerkupplung 27 in einem Rohr mit einem Innendurchmesser D1 von 24 mm und Einbau der Steckverbindung 28 in einem Rohr mit einem Innendurchmesser D2 von 31 mm.

Variante 3 (Fig. 22)

Radiale Befestigung der Steckerkupplung 27 und der Steckverbindung 28 mittels einer Gewindebohrung 30, beispielsweise durch Einbau der Steckerkupplung 27 in einem Rohr mit einem Innendurchmesser D3 von 32 mm und Einbau der Steckverbindung 28 in einem Rohr mit einem Innendurchmesser D2 von 31 mm.
Die Erfindung weist insbesondere folgende Vorteile auf:

Festvergossener Rotor 16, in dem die Schleifringe 4 und die nach außen führenden Fahnen 7 aus einem Teil gefertigt sind.
Die Schleifringe 4 werden mit Hilfe von außenliegenden, geschlossenen Federringen 5 mit speziell geformten, einseitig am Federring 5 befestigten Federkontakten 10 abgegriffen und sind mit der zweiten Fahne 8 aus einem Teil gefertigt.
Minimierter Baulänge unter Einhaltung aller vom VDE geforderten Isolationsdicken, Luft- und Kriechstrecken bei einer zu übertragenden Leistung im Leistungsteil von 230V/16A und einer Leistung im Signalteil von 24V/2A inklusive Schutzleiter.
Minimierter Durchmesser (24 mm) unter Einhaltung aller vom VDE geforderten Isolationsdicken, Luft- und Kriechstrecken bei einer zu übertragenden Leistung im Leistungsteil von 230V/16A und einer Leistung im Signalteil von 24V/2A inklusive Schutzleiter.
Fünf gleichberechtigte Strompfade, beispielsweise zum wahlweisen Betreiben von ohmschen und induktiven Lasten, sowie Videosignalen.
Möglichkeit, Befestigung der Kupplung 1, 1.1 und Verbinden des Schutzleiters SL mit dem Gehäuse 22 durch eine radiale Verschraubung herzustellen.
Integrierte Steckverbindung 28 zum Trennen der elektrischen Verbindung.

zugsziffernliste:

1,1.1: Drehkupplung
2,3: Schleifkontaktringanordnung
4: Erster Schleifring
5: Zweiter Schleifring
6: Richtung
7: Erste Fahne
8: Zweite Fahne
9: Richtung Hülse
10: Federkontakt
11: Nutverbindung
12: Endbereich
13: Kontaktzunge
14: Steckerverbindung
15: Lötverbindung
16: Rotor
17: Kunststoff
18: Schleifringoberfläche
19: Hülse
20,21: Halbschale
22: Gehäuse
23: Rastnase
24: Drehgelenk
25: Stativ
26: Ausschnitt
27: Steckerkupplung
28: Steckverbindung
29: Lasche
30: Gewindebohrung
31: Kunststoffscheibe
32: Kunststoffscheibe
33: Zugentlastung
34: Nutverbindung
35: Ausleger
36: Erstes Kabel
37: Zweites Kabel
38: Drittes Kabel
39: Viertes Kabel
40: Elektrisches Gerät
41: U-förmige Ausnehmung
42: Schwächungsausnehmung
43: Verformung
2L1,2L2: Signalleitung
SL: Schutzleiter
N,L: Leistungsleitung
D1,D2,D3: Durchmesser

Claims

Elektrische Drehkupplung (1,1.1) mit einer inneren und einer äußeren Schleifkontaktringanordnung (2,3) zum Übertragen von elektrischen Strömen, dass die innere Schlelfkontaktringanordnung (2) mit mehreren ersten Schleifringen (4) versehen ist, die einseitig in Richtung (6) der Achse nach außen führende erste Fahnen (7) aufweisen, dass die äußere Schieifkontaktringanordnung (3) mit mehreren zweiten Schleifringen (5) versehen ist, die einseitig in einer entgegengesetzten Richtung (9) der Achse nach außen führende zweite Fahnen (8) aufweisen, wobei die zweiten Schleifringe (5) mit mehreren Federkontakten (10) versehen sind, die durch Materialausnehmung und Verformung gebildet sind, dass die Federkontakte (10) der zweiten Schleifringe (5) mit einer äußeren Schleifringoberfläche (18) der ersten Schleifringe (4) koaxial in elektrischem Kontakt stehen,
dadurch gekennzeichnet,
- dass jeweils der erste Schleifring (4) mit der ersten Fahne (7) und jeweils der zweite Schleifring (5) mit der zweiten Fahne (8) aus einem Teil gefertigt sind,

- dass die ersten und die zweiten Schleifringe (4,5) mit den ersten und zweiten Fahnen (7,8) in einer Abwicklung eine T-Form aufweisen,

- und dass die ersten und die zweiten Schleifringe (4,5) durch eine stoffschlüssige Nutverbindung (11) ringförmig verbunden sind.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wahlweise der Endbereich (12) der ersten oder der zweiten Fahnen (7,8) als Kontaktzungen (13) einer Steckverbindung (14) oder als Lötverbindung (15) vorgesehen ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Schleifringe (4) mit den ersten Fahnen (7) zu einem Rotor (16) aus Kunststoff (17) eingegossen sind mit Ausnahme der äußeren Schleifringoberflächen (18) und den Endbereichen (12) der ersten Fahnen (7).
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schleifringe (5) mit den zweiten Fahnen (8) von einer Hülse (19) aus Kunststoff (17) aufgenommen sind.
Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (19) aus zwei gleichen, sich miteinander fixierenden Halbschalen (20,21) besteht.
Kupplung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (19) von einem außen fixierbaren Gehäuse (22) aufgenommen ist.
Kupplung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) am entgegengesetzten Ende der ersten Fahnen (7) mit Rastnasen (23) versehen ist, die mit der Hülse (19) derart korrespondieren, dass eine axiale Verschiebung des Rotors (16) verhindert ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (16) mit einer Steckverbindung (14) versehen ist.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Schleifringe (4,5) wahlweise zum Betreiben von ohmschen, induktiven Lasten und Videosignalen vorgesehen sind.
Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (1) für ein Drehgelenk (24) eines Stativs (25) vorgesehen ist.