EP3912221B1 - Drehkupplung - Google Patents
Drehkupplung Download PDFInfo
- Publication number
- EP3912221B1 EP3912221B1 EP20701157.8A EP20701157A EP3912221B1 EP 3912221 B1 EP3912221 B1 EP 3912221B1 EP 20701157 A EP20701157 A EP 20701157A EP 3912221 B1 EP3912221 B1 EP 3912221B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- rotary joint
- joint according
- gap
- stator
- rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 17
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 13
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 5
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 3
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 3
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims 3
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 35
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 17
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 17
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 6
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 6
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000007743 anodising Methods 0.000 description 5
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 5
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012777 electrically insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011156 metal matrix composite Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/06—Movable joints, e.g. rotating joints
- H01P1/062—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation
- H01P1/066—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with an unlimited angle of rotation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/06—Movable joints, e.g. rotating joints
- H01P1/062—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation
- H01P1/066—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with an unlimited angle of rotation
- H01P1/067—Movable joints, e.g. rotating joints the relative movement being a rotation with an unlimited angle of rotation the energy being transmitted in only one line located on the axis of rotation
Definitions
- the invention relates to a rotary coupling with two components which are mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation and each have electrically conductive material, which together enclose at least one intermediate gap which is designed as a capacitive gap for the purposes of electrical signal and/or energy transmission, both Components are mounted in an axially fixed manner relative to one another via at least one plain bearing along the axis of rotation and rotatable about the axis of rotation and the plain bearing has at least one plain bearing gap which at least partially corresponds to the capacitive gap.
- a generic rotary joint is in the publication DE 26 53 209 C3 described.
- the well-known coaxial rotary coupling is characterized by line sections on the rotor and stator side, which are folded in the radial direction relative to the axis of rotation and delimit each other's resonance chambers without contact.
- the folded line sections each form a plurality of line sections which are designed in the manner of capacitor plates and are spaced radially apart from one another and each enclose a capacitive gap which is suitably designed for the transmission of electrical energy and signals.
- the rotor and stator are mounted axially fixed to and rotatable about the axis of rotation by means of a roller bearing in the form of two ball bearings.
- the pamphlet EP 443 536 A2 shows a contactless coaxial rotary joint, with a cylindrical rotor unit rotating about an axis of rotation, along the cylindrical surface of which a large number of axially spaced, strip-shaped ring electrodes are arranged, which enclose individual capacitive gaps with ring electrodes attached to the stator.
- the ring electrodes which are arranged in strips and are arranged on the stator side, are attached to the inner wall of a sleeve that radially surrounds the cylindrical rotor unit.
- the axially fixed and rotatable bearing of the rotor relative to the stator can be realized by means of a roller bearing or a magnetic bearing.
- the pamphlet U.S. 2004/0051604 A1 discloses a pivot bearing with a capacitive gap having a gap filled with a dielectric, which is gaseous or liquid, to prevent an electrical short circuit.
- the pamphlet U.S. 5,781,087 A discloses a rectangular waveguide rotary joint that allows limited mechanical rotation of two rectangular waveguides about a common longitudinal axis.
- two axially opposite flanges have groove-shaped recesses into which a Teflon spacer ring is fitted.
- the pamphlet JP H07 122903 A describes a capacitive rotary coupling with two electrically conductive contact plates which are oriented towards one another and are spaced apart from one another by a rotary gap and which are mounted so as to be rotatable relative to one another by means of a ball or needle bearing.
- the pamphlet DE196 12 109 C1 describes a bearing component with a tribologically stressable surface, in which the bearing component consists of a metal matrix composite material consists, the matrix of which is formed by an aluminum alloy which is reinforced with SiC particles, and where the tribologically stressable surface is the surface of an anodised layer.
- the pamphlet DE 10 2007 042 382 B3 describes a component in the form of a plain bearing that provides a layer of a light metal material that has a porous oxide layer into which a hard material is introduced that greatly increases the strength of this layer area and thus creates the mechanical strength for use as a plain bearing.
- the oxide layer is coated with a layer of solid lubricant. This has a metallic, ductile matrix that distributes a punctiform force over a larger surface area.
- particles of a solid lubricant are also embedded in the solid lubricant layer.
- the pamphlet DE 20 2006 006 813 U1 shows a bearing element for a lubricated or non-lubricated bearing pair, in particular in the form of a plain bearing, the bearing element having a surface layer with pores open to the outside, which are formed by anodic oxidation of the surface layer to form aluminum oxide without any templates and at least for the most part do not communicate with one another, wherein the surface layer (3) is amorphous.
- the pamphlet DE 20 2016 213 352 A1 describes a sliding element with a coating which has at least one functional layer which has a mixed oxide matrix and solid lubricant particles and/or hard particles are embedded in the mixed oxide matrix.
- the invention is based on the object of providing a rotary coupling with two components which are mounted such that they can rotate relative to one another about an axis of rotation and each have electrically conductive material enclosing an intermediate gap, which is designed as a capacitive gap for the purposes of electrical signal and/or energy transmission, with both components being mounted axially fixed via at least one plain bearing along the axis of rotation and rotatable about the axis of rotation relative to one another, and the plain bearing having at least one plain bearing gap which is at least corresponds to the capacitive gap in some areas, so that the rotary joint should have improved mechanical robustness, whereby its functionality should remain unrestricted even in any spatial installation position and this in a temperature range of -40°C to +55°C and with a service life of more than 100 million revolutions.
- the rotary coupling should be able to be implemented at low cost and with little manufacturing effort.
- the rotary joint should be scalable as desired and particularly suitable for use in rotary systems that are small in space.
- the rotating joint with the features of the preamble of claim 1 is characterized in that the electrically conductive material of at least one of the two components has an electrically insulating layer designed as a metal oxide layer on its surface at least in the region of the capacitive gap.
- the idea on which the invention is based relates to the merging of the functions relating to the bearing from rotor to stator and the capacitive energy and signal transmission along the capacitive gap in the context of a plain bearing, while at the same time using at least one abrasion-resistant and robust, electrically insulating layer, which is designed as a metal oxide layer
- the capacitive gap between the rotor and the stator for the purpose of contactless electrical energy and signal transmission is delimited by at least two electrically conductive material surfaces which have the function of capacitor electrodes.
- the capacitive gap typically has a gap width b, for which the following applies: 0.001 mm ⁇ b ⁇ 0.02 mm.
- At least one of the two oppositely arranged, electrically conductive material surfaces is additionally coated with an electrically insulating metal oxide layer.
- the type of metal oxide layer depends primarily on the selection of the respective electrically conductive base material.
- the metal oxide layer forms as a result of passivation or oxidation in a monolithic bond with the electrically conductive material surface and thus has a high abrasion resistance.
- Silver-graphite and silicon carbide are characterized by a high level of material hardness and associated high abrasion resistance and thus contribute to extending the service life of the rotary joint.
- the intermediate gap between the opposite, electrically conductive material surfaces is directly or indirectly filled with a gaseous medium, for example air or with a low-viscosity lubricant, preferably in the form of a thin synthetic long-term oil.
- a gaseous medium for example air or with a low-viscosity lubricant, preferably in the form of a thin synthetic long-term oil.
- electrically conductive materials are suitable for the formation of the stator and rotor side, each delimiting the capacitive gap on both sides
- Material surfaces such as aluminum, aluminum bronze, aluminum brass, copper alloy or light metal alloys.
- a hard anodized layer is suitable for forming an electrically insulating layer that is preferably to be provided, which is obtained by anodizing or hard anodizing and is characterized as a particularly abrasion-resistant aluminum oxide layer.
- the components serving as rotor and stator are essentially made of an electrically insulating material, preferably a lightweight plastic or plastic composite material, in which electrically conductive structures, preferably in the form of electrically conductive paths, are used for the transmission of electrical energy and signals or layers are implemented or at least partially applied to the component surfaces.
- electrically conductive structures preferably in the form of electrically conductive paths
- At least the surfaces of the rotor and stator facing the capacitive gap are coated with an electrically conductive layer of material, at least one of which is coated with a metal oxide layer.
- the components, i.e. rotor and stator, of the rotary joint are each made entirely of one of the electrically conductive materials mentioned above. So it makes sense to manufacture the rotor and stator in one piece from a metallic body.
- additive manufacturing processes such as selective laser melting or sintering are also available.
- At least one of the metal components of the rotary joint has a metal oxide layer at least in the area of the capacitive gap.
- the metallic component in question is completely provided or coated with a metal oxide layer.
- the electrically insulating layer consists of an aluminum oxide layer designed as a hard anodized layer.
- the hard anodized layer that can be produced by means of hard anodizing has significant wear and corrosion protection as well as good tribological properties or, depending on the structure and material properties of the component surface arranged opposite, very good sliding properties.
- at least the component surface opposite the hard anodized layer is aluminum bronze.
- other abrasion-resistant materials are also conceivable between the material surfaces arranged opposite one another along the capacitive gap, for example silver-graphite, silicon carbide or bonded coatings.
- the plain bearing of the rotary coupling designed according to the solution is designed in the form of a radial bearing, through which the rotor is mounted axially fixed to and rotatable about the axis of rotation relative to the stator.
- a plain bearing design in the form of an axial bearing is also possible. Structural details of particularly advantageous embodiments can be found in the figures below.
- FIG 1 a longitudinal section through a preferred rotary coupling is shown, which has two components 1, 2 each manufactured in one piece, of which component 1, referred to as rotor R, is mounted axially fixed to and rotatable about axis of rotation D relative to component 2, referred to as stator S is.
- the component 1 or the rotor R consists of aluminum, the entire component surface of which is coated with a hard anodized layer by means of anodizing or hard anodizing.
- the component 2 or the stator S is made of aluminum bronze and does not have a corresponding electrically insulating surface coating, which, however, can definitely be provided as an option.
- Component 1 hereinafter referred to as rotor R, has a straight-cylindrical shaft section 6, which is manufactured as a hollow shaft and has a right-cylindrical shaft surface 6', which, like the rest of the component surface of rotor R, is coated with a hard anodized layer (not shown). .
- the shaft axis Z assigned to the shaft section 6 of the rotor R is oriented coaxially to the axis of rotation D of the rotary coupling.
- the shaft section 6 is mounted within a sleeve element 7 on the stator side, the sleeve inner surface 7′ of which at least partially, preferably completely, radially surrounds the shaft surface 6′ in the circumferential direction of the shaft surface 6′ and axially at least partially, preferably completely.
- the outer shaft diameter d 6 of the shaft section 6 and the inner sleeve diameter d 7 of the sleeve element 7 are dimensioned to match one another in such a way that there is an intermediate gap oriented radially to the axis of rotation D between the hard-anodised shaft surface 6' and the inner sleeve surface 7', which is made of aluminum bronze and is finished by means of a honing process 3 is enclosed with a gap width b, for which the following applies: 0.001 mm ⁇ b ⁇ 0.02 mm.
- the suitably dimensioned intermediate gap 3 which is preferably filled with a suitably selected gas, for example air, or a low-viscosity oily lubricant, allows the rotor R to rotate unhindered within the sleeve element 7 and thus relative to the stationary stator S.
- a suitably selected gas for example air, or a low-viscosity oily lubricant
- an additional holding mechanism is used, which arranges the shaft section 6 axially fixed to the axis of rotation D relative to the sleeve element 7 on the stator side.
- the holding mechanism has two axially spaced apart shaft collars 8, 9 along the shaft section 6, projecting radially outwards over the shaft surface 6' and each having a radially oriented sliding surface 81, 91, which are oriented axially towards one another.
- the holding mechanism provides two sleeve element end faces 71, 72 which are axially spaced apart from one another along the sleeve element 7 on the stator side and are oriented axially opposite to one another in such a way that the sliding and end faces are in pairs - see the pairings (81/71) and (72/91) - are in sliding contact while forming a clamping force K that holds the rotor R axially fixed along the axis of rotation D relative to the stator S.
- the collar 9 is integrally connected to the shaft section 6, whereas the in figure 1 collar 8 attached to the left of the shaft section 6 is designed in the form of a bearing nut 10 which can be separated from the shaft section 6 and which can be releasably firmly connected to the shaft section 6 via a thread 11 .
- the shaft section 6 on the rotor side can be inserted axially through the assembly opening 12 into the interior of the sleeve element 7, with at least part of the shaft section 6 protruding beyond the axial length L of the sleeve element 7 in the insertion direction.
- the external thread 11 with which the bearing nut 10 engages is attached to the shaft section part protruding from the sleeve element 7, so that the rotor R is rotatably mounted on the one hand and axially fixed to the axis of rotation D on the other hand.
- the novel rotating coupling is thus characterized by a pure or exclusive plain bearing between the stator S and rotor R, which is designed as a radial bearing in the exemplary embodiment shown and has a plain bearing gap 5 and an axial plain bearing length L, which also corresponds to the length of the capacitive gap 4 , which is used for electrical energy and signal transmission between the rotor R and the stator S.
- FIG 2 shows a longitudinal section through an alternative embodiment of a rotary coupling according to the solution, in which the plain bearing with the capacitive gap is designed as an axial plain bearing.
- the hollow-shaft-like rotor R has a hollow-cylindrical shaft section 6 whose associated cylinder axis Z corresponds to the axis of rotation D, about which the rotor R is rotatably mounted relative to the stator S.
- the hollow-cylindrical shaft section 6 of the rotor R has at least one annular disk-shaped collar 13, which projects radially beyond the shaft section 6 and has two collar surfaces 131 and 132, which face away from each other axially and have surface normals oriented parallel to the axis of rotation D.
- the collar 13 on the rotor side which is preferably connected in one piece to the shaft section 6, protrudes on the stator side into a groove-shaped recess 14 which is counter-contoured to the collar 13 and has stator surfaces 141, 142 which are axially directly opposite the collar surfaces 131, 132.
- the collar upper and stator surfaces 131, 141 and 132, 142 which are axially directly opposite each other in pairs, each delimit an intermediate gap 3, which is used both for the purpose of electrical energy and/or signal transmission as a capacitive gap 4 and as a plain bearing gap 5 for the axial Plain bearing is used.
- the intermediate gap 3 is oriented radially to the axis of rotation D in each case.
- the rotor R which is preferably manufactured in one piece from aluminum, is preferably coated over its entire circumference with an electrically insulating layer in the form of a hard anodized layer.
- the stator S which is preferably made of aluminum bronze, can optionally be coated with a corresponding metal-oxide, electrically insulating layer.
- the stator S is designed at least in two parts, i.e. the stator surface 142, which together with the stator surface 141 holds the rotor R axially fixed to and rotatable about the axis of rotation D, forms the surface of a separate ring cover element 15, which, after the rotor R has been inserted through the assembly opening 12 in the stator S, joined axially around the rotor and fixed or detachable in the in figure 2 configuration shown is joined to the rest of the stator S.
- Suitable for this purpose is, for example, an external thread 16 which is attached to the edge of the annular cover element 15 and which can be brought into engagement with a thread which is counter-contoured on the stator side.
- the gap widths b of the capacitive gap 4 are very small, very high capacitances and associated low reactances or reactances between the rotor R and the stator S can be implemented.
- the rotary joint concept according to the solution enables a cost-effective and at the same time robust, durable and reliable realization of rotary joints, in particular with minimally dimensioned capacitive gap widths b, through a targeted synergetic use of plain bearings and capacitive electrical energy and signal transmission in a single unit.
- a mechanical rotating coupling of this type is characterized by a small installation space and a high degree of freedom from wear.
Landscapes
- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Adjustable Resistors (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehkupplung mit zwei um eine Drehachse relativ zueinander drehbar gelagerten, jeweils elektrisch leitfähiges Material aufweisenden Komponenten, die gemeinsam wenigstens einen Zwischenspalt einschließen, der zu Zwecken einer elektrischen Signal- und/oder Energieübertragung als kapazitiver Spalt ausgebildet ist, wobei beide Komponenten über wenigstens ein Gleitlager längs zur Drehachse axialfest und um die Drehachse drehbar relativ zueinander gelagert sind und das Gleitlager wenigstens einen Gleitlagerspalt aufweist, der zumindest bereichsweise dem kapazitiven Spalt entspricht..
- Eine gattungsgemäße Drehkupplung ist in der Druckschrift
DE 26 53 209 C3 beschrieben. Die bekannte koaxiale Drehkupplung zeichnet sich durch Rotor- und Stator-seitige Leitungsabschnitte aus, die in Radialrichtung zur Drehachse gefaltet sind und einander jeweils Resonanzräume kontaktlos begrenzen. Die gefalteten Leitungsabschnitte bilden jeweils mehrere radial zueinander beabstandete kondensatorplattenartig ausgebildete Leitungsabschnitte, die jeweils einen für die elektrische Energie- und Signalübertragung geeignet ausgebildeten kapazitiven Spalt einschließen. Zur drehbaren Lagerung sind Rotor und Stator mittels eines Wälzlagers in Form zweier Kugellager axial fest zur und drehbar um die Drehachse gelagert. - Die Realisierung derartiger Drehkupplungen gestaltet sich zumeist aufwändig und kostspielig zumal die nur sehr gering dimensionierten Spaltbreiten der kapazitiven Spalte hohe Anforderungen an die in der Drehkupplung verbauten Wälzlager mit reduziertem Lagerspiel stellen. Hinzu kommen beträchtliche betriebstechnische Anforderungen in Bezug auf mechanische Robustheit, klimatologische Widerstandsfähigkeit sowie lange Lebensdauer. Zudem sollte die Funktion der Drehkupplungen nicht von deren räumliche Einbaulage abhängen.
- Der Druckschrift
EP 443 536 A2 - Die Druckschrift
US 2004/0051604 A1 offenbart ein Drehlager mit einem kapazitiven Spalt mit einem Spaltraum, der zur Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses mit einem Dielektrikum gefüllt ist, das gasförmig oder flüssig ist. - Die Druckschrift
US 5 781 087 A offenbart eine Rechteckhohlleiter-Drehverbindung, die eine begrenzte mechanische Drehung von zwei Rechteckhohlleitern um eine gemeinsame Längsachse ermöglicht. Zum Zwecke einer axialfesten und drehbeweglichen Lagerung zweier Rechteckhohlleiter weisen zwei sich axial gegenüberstehende Flansche Nut-förmige Ausnehmungen auf, in die ein Teflon-Distanzring gefügt ist. - Die Druckschrift
JP H07 122903 A - Die Druckschrift
DE196 12 109 C1 beschreibt ein Lagerbauteil mit einer tribologisch beanspruchbaren Fläche, bei dem das Lagerbauteil aus einem Metall-Matrix-Composit-Werkstoff besteht, dessen Matrix durch eine Aluminiumlegierung gebildet ist, die mit SiC-Partikeln verstärkt ist, und wobei die tribologisch beanspruchbare Fläche die Oberfläche einer Anodisierschicht ist. - Die Druckschrift
DE 10 2007 042 382 B3 beschreibt ein Bauteil in Form eines Gleitlagers, das eine Schicht aus einem Leichtmetallwerkstoff vorsieht, der eine mit Poren aufweisende Oxidschicht aufweist, in die ein Hartstoff eingebracht ist, der die Festigkeit dieses Schichtbereiches stark erhöht und so die mechanische Festigkeit für die Anwendung als Gleitlager schafft. Um der Sprödbruchneigung dieses festen Schichtbereiches entgegenzuwirken, ist die Oxidschicht mit einer Festschmierstoffschicht beschichtet. Diese weist eine metallische, duktile Matrix auf, die eine punktuell wirkende Kraft auf einen größeren Flächenbereich verteilt. In der Festschmierstoffschicht sind zur Verbesserung der Gleiteigenschaften gleichzeitig Partikel eines Festschmierstoffes eingelagert. - Der Druckschrift
DE 20 2006 006 813 U1 ist ein Lagerelement für eine geschmierte oder ungeschmierte Lagerpaarung, insbesondere in Form eines Gleitlagers, zu entnehmen, wobei das Lagerelement eine Oberflächenschicht mit nach außen hin offenen Poren aufweist, die durch anodische Oxidation der Oberflächenschicht zu Aluminiumoxid vorlagenfrei gebildet sind und zumindest größtenteils nicht miteinander kommunizieren, wobei die Oberflächenschicht (3 ) amorph ausgebildet ist. - Die Druckschrift
DE 20 2016 213 352 A1 beschreibt ein Gleitelement mit einer Beschichtung, die zumindest eine Funktionsschicht aufweist, die eine Mischoxid-Matrix aufweist und in der Mischoxid-Matrix Feststoffschmiermittelpartikel und/oder Hartpartikel eingebettet sind. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehkupplung mit zwei um eine Drehachse relativ zueinander drehbar gelagerten, jeweils elektrisch leitfähiges Material aufweisenden Komponenten, die gemeinsam wenigstens einen Zwischenspalt einschließen, der zu Zwecken einer elektrischen Signal- und/oder Energieübertragung als kapazitiver Spalt ausgebildet ist, wobei beide Komponenten über wenigstens ein Gleitlager längs zur Drehachse axialfest und um die Drehachse drehbar relativ zueinander gelagert sind und das Gleitlager wenigstens einen Gleitlagerspalt aufweist, der zumindest bereichsweise dem kapazitiven Spalt entspricht, derart weiterzubilden, so dass die Drehkupplung über eine verbesserte mechanische Robustheit verfügen soll, wodurch ihre Funktionstüchtigkeit selbst bei beliebigen räumlichen Einbaulagen uneingeschränkt erhalten bleiben soll und dies in einem Temperaturbereich von -40°C bis +55°C und mit einer Lebensdauer von mehr als 100 Mio. Umdrehungen. Darüber hinaus soll die Drehkupplung kostengünstig und mit einem geringen Fertigungsaufwand realisierbar sein. Schließlich soll die Drehkupplung beliebig skalierbar und insbesondere für den Einsatz in räumlich klein bauenden Drehsystemen besonders geeignet sein.
- Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere unter Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
- Lösungsgemäß zeichnet sich die Drehkupplung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass das elektrisch leitfähige Material wenigstens einer der beiden Komponenten an deren Oberfläche zumindest im Bereich des kapazitiven Spaltes eine als Metalloxidschicht ausgebildete, elektrisch isolierende Schicht aufweist.
- Die der Erfindung zugrundeliegende Idee betrifft die Zusammenführung der Funktionen bezüglich der Lagerung von Rotor zu Stator sowie der kapazitiven Energie- und Signalübertragung längs des kapazitiven Spaltes im Rahmen einer Gleitlagerung unter gleichzeitiger Nutzung wenigstens einer abriebfesten und robusten, elektrisch isolierenden Schicht, die als Metalloxidschicht ausgebildet ist Der zwischen dem Rotor und Stator zum Zwecke der kontaktlosen elektrischen Energie- und Signalübertragung dienende kapazitive Spalt ist zumindest von zwei elektrisch leitenden Materialoberflächen begrenzt, die die Funktion von Kondensatorelektroden besitzen.
- Typischerweise weist der kapazitive Spalt eine Spaltbreite b auf, für die gilt: 0,001 mm ≤ b ≤ 0,02 mm.
- Wenigstens eine der beiden sich gegenüberliegend angeordneten, elektrisch leitenden Materialoberflächen ist zusätzlich mit einer elektrisch isolierenden Metalloxidschicht überzogen. Die Art der Metalloxidschicht richtet sich vornehmlich nach der Wahl des jeweils elektrisch leitenden Grundmaterials. Die Metalloxidschicht bildet sich im Wege einer Passivierung bzw. Oxidation im monolithischen Verbund mit der elektrisch leitenden Materialoberfläche aus und verfügt so über eine hohe Abriebfestigkeit.
- Auch ist es denkbar in Kombination mit der vorstehend erwähnten elektrisch isolierenden Metalloxidschicht eine Silber-Graphit oder Siliziumkarbidschicht unmittelbar oder mittelbar an wenigstens einer der beiden sich gegenüberliegend angeordneten, elektrisch leitenden Materialoberflächen vorzusehen. So zeichnen sich Silber-Graphit sowie auch Siliziumkarbid jeweils durch eine große Materialhärte und eine damit verbundene hohe Abriebfestigkeit aus und tragen damit zu einer Verlängerung der Lebensdauer der Drehkupplung bei.
- Je nach technischem Einsatz- und Anwendungszweck der Drehkupplung ist der zwischen den sich gegenüberliegenden, elektrisch leitenden Materialoberflächen mittel- oder unmittelbar eingeschlossene Zwischenspalt mit einem gasförmigen Medium, beispielsweise Luft oder mit einem niederviskosen Schmiermittel, vorzugsweise in Form eines dünnflüssigen synthetischen Langzeitöles, befüllt.
- Grundsätzlich eignen sich sehr gut elektrisch leitfähige Materialien für die Ausbildung der stator- und rotorseitig, jeweils den kapazitiven Spalt beidseitig begrenzenden Materialoberflächen, wie beispielsweise Aluminium, Aluminiumbronze, Aluminiummessing, Kupferlegierung oder Leichtmetalllegierungen. Insbesondere bei Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung als elektrisch leitfähiges Material eignet sich für die Ausbildung einer vorzugsweise vorzusehenden elektrisch isolierenden Schicht eine Harteloxalschicht, die im Wege einer Anodisierung bzw. Hartanodisierung gewonnen wird und sich als besonders abriebfeste Aluminiumoxidschicht auszeichnet.
- In einer möglichen Ausführungsform der Drehkupplung sind die als Rotor und Stator dienenden Komponenten im Wesentlichen aus einem elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus einem leichtgewichtigen Kunststoff oder Kunststoffverbundmaterial gefertigt, in denen zur elektrischen Energie- und Signalübertragung elektrisch leitende Strukturen, vorzugsweise in Form von elektrisch leitenden Bahnen oder Schichten implementiert oder auf deren Komponentenoberflächen zumindest bereichsweise appliziert sind. Zumindest die dem kapazitiven Spalt zugewandten Oberflächen des Rotors und Stators sind mit einer elektrisch leitenden Materialschicht überzogen, von denen wenigstens eine mit einer Metalloxidschicht überzogen ist.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten, d.h. Rotor und Stator der Drehkupplung jeweils vollständig aus einem der vorstehend genannten, elektrisch leitenden Materialien gefertigt. So bietet es sich an Rotor und Stator jeweils einstückig aus einem metallischen Körper zu fertigen. Neben konventionellen, materialabtragenden Fertigungsmethoden bieten sich hierzu auch generative Herstellungsverfahren an, wie bspw. selektives Laserschmelzen oder -sintern.
- Vorzugsweise weist wenigstens eine der metallischen Komponenten der Drehkupplung zumindest im Bereich des kapazitiven Spaltes eine Metalloxidschicht auf. Vorzugsweise und nicht zuletzt aus Fertigungsgründen ist die betreffende metallische Komponente vollständig mit einer Metalloxidschicht versehen bzw. überzogen.
- Insbesondere bei Verwendung von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zur Realisierung wenigstens einer Komponente der Drehkupplung besteht die elektrisch isolierende Schicht aus einer als Harteloxalschicht ausgebildeten Aluminiumoxidschicht. Die mittels Hartanodisieren herstellbare Harteloxalschicht verfügt über einen signifikanten Verschleiß- und Korrosionsschutz sowie über gute tribologische Eigenschaften oder jeweils in Abhängigkeit der Struktur- und Materialbeschaffenheit der gegenüberliegend angeordneten Komponentenoberfläche, über sehr gute Gleiteigenschaften. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht zumindest die der Harteloxalschicht gegenüberliegend angeordnete Komponentenoberfläche aus Aluminiumbronze. Selbstverständlich sind auch andere, abriebfeste Materialien zusätzlich zwischen den sich längs des kapazitiven Spaltes gegenüberliegend angeordneten Werkstoffoberflächen denkbar, bspw. Silber-Graphit, Siliziumkarbid oder Gleitlacke.
- In vorteilhafter Weise ist das Gleitlager der lösungsgemäß ausgebildeten Drehkupplung in Form eines Radiallagers gestaltet, durch das der Rotor axial fest zur und drehbar um die Drehachse relativ zum Stator gelagert ist. Gleichsam ist eine Gleitlagerausbildung in Form eines Axiallagers möglich. Konstruktive Einzelheiten von besonders vorteilhaft ausgebildeten Ausführungsformen sind den nachstehenden Figuren zu entnehmen.
- Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- Längsschnittdarstellung durch Stator und Rotor einer lösungsgemäß ausgebildeten Drehkupplung mit als Radiallager ausgebildeten Gleitlager sowie
- Fig. 2
- Längsschnittdarstellung durch Stator und Rotor einer lösungsgemäß ausgebildeten Drehkupplung mit einem als Axiallager ausgebildeten Gleitlager.
- In
Figur 1 ist ein Längsschnitt durch eine bevorzugt ausgebildete Drehkupplung dargestellt, die über zwei jeweils einstückig hergestellte Komponenten 1, 2 verfügt, von denen die als Rotor R bezeichnete Komponente 1 axial fest zur sowie drehbar um die Drehachse D relativ zu der als Stator S bezeichneten Komponente 2 gelagert ist. - Die Komponente 1 bzw. der Rotor R besteht im dargestellten Fall aus Aluminium, dessen gesamte Komponentenoberfläche im Wege einer Anodisierung bzw. Hartanodisierung mit einer Harteloxalschicht überzogen ist. Demgegenüber ist die Komponente 2 bzw. der Stator S aus Aluminiumbronze gefertigt und verfügt über keine entsprechende elektrisch isolierende Oberflächenbeschichtung, die jedoch optional durchaus vorgesehen sein kann.
- Die im Weiteren als Rotor R bezeichnete Komponente 1 verfügt über einen geradzylinderförmig ausgebildeten Wellenabschnitt 6, der als Hohlwelle gefertigt ist und eine gradzylinderförmig ausgebildete Wellenoberfläche 6' besitzt, die, wie auch die übrige Komponentenoberfläche des Rotors R, mit einer nicht weiter dargestellten Harteloxalschicht überzogen ist.
- Die dem Wellenabschnitt 6 des Rotors R zugeordnete Wellenachse Z ist koaxial zur Drehachse D der Drehkupplung orientiert. Der Wellenabschnitt 6 lagert hierzu innerhalb eines statorseitigen Hülsenelementes 7, dessen Hülseninnenfläche 7' die Wellenoberfläche 6' in Umfangsrichtung der Wellenoberfläche 6' zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollumfänglich, und axial zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, radial umfasst.
- Der Wellenaußendurchmesser d6 des Wellenabschnittes 6 sowie der Hülseninnendurchmesser d7 des Hülsenelementes 7 sind derart aufeinander abgestimmt dimensioniert, so dass zwischen der harteloxierten Wellenoberfläche 6' und der aus Aluminiumbronze bestehenden und im Wege eines Honverfahrens endgefertigten Hülseninnenfläche 7' ein zur Drehachse D radial orientierter Zwischenspalt 3 mit einer Spaltbreite b eingeschlossen ist, für die gilt: 0,001 mm ≤ b ≤ 0,02 mm.
- Durch den geeignet dimensioniert vorgegebenen Zwischenspalt 3, der vorzugsweise mit einem geeignet gewählten Gas, beispielsweise Luft, oder einem niederviskosen ölhaltigen Schmiermittel befüllt ist, ist eine ungehinderte Drehbarkeit des Rotors R innerhalb des Hülsenelementes 7 und somit relativ zum stationär gelagerten Stator S gegeben. Zum Zwecke der axial festen Lagerung des Rotors R relativ zum Stator S längs der Drehachse D dient ein zusätzlicher Haltemechanismus, der den Wellenabschnitt 6 axial fest zur Drehachse D relativ zum statorseitigen Hülsenelement 7 anordnet. Der Haltemechanismus verfügt zum einen über zwei längs des Wellenabschnittes 6 axial voneinander beabstandete, die Wellenoberfläche 6` radial nach außen überragende Wellenkrägen 8, 9, die jeweils eine radial orientierte Gleitfläche 81, 91 besitzen, die axial einander zugewandt orientiert sind. Zum anderen sieht der Haltemechanismus zwei längs des Stator-seitigen Hülsenelementes 7 axial voneinander beabstandete und axial entgegengesetzt zueinander orientierte Hülsenelement-Stirnflächen 71, 72 derart vor, so dass die Gleit- und Stirnflächen jeweils paarweise - siehe jeweils die Paarungen (81/71) sowie (72/91) - unter Ausbildung einer den Rotor R axial fest längs zur Drehachse D relativ zum Stator S haltenden Klemmkraft K in Gleitkontakt stehen.
- Der Kragen 9 ist einstückig mit dem Wellenabschnitt 6 verbunden, wohingegen der in
Figur 1 links am Wellenabschnitt 6 angebrachte Kragen 8 in Form einer vom Wellenabschnitt 6 separierbaren Lagermutter 10 ausgebildet ist, die über ein Gewinde 11 mit dem Wellenabschnitt 6 lösbar fest verbindbar ist. Auf diese Weise ist eine einfache axiale Montierbarkeit des Rotors R und Stators S gegeben. Der rotorseitige Wellenabschnitt 6 ist axialwärts über die Montageöffnung 12 in das Innere des Hülsenelementes 7 einführbar, wobei zumindest ein Teil des Wellenabschnittes 6 über die axiale Länge L des Hülsenelementes 7 in Einschubrichtung hinausragt. An dem aus dem Hülsenelement 7 ragenden Wellenabschnittsteil ist das Außengewinde 11 angebracht, mit dem die Lagermutter 10 in Eingriff steht, so dass einerseits der Rotor R drehbar um und andererseits axialfest zur Drehachse D gelagert ist. - Die neuartige Drehkupplung zeichnet sich somit durch eine reine, bzw. ausschließliche Gleitlagerung zwischen Stator S und Rotor R aus, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Radiallager ausgebildet ist und einen Gleitlagerspalt 5 sowie eine axiale Gleitlagerlänge L besitzt, die zugleich der Länge des kapazitiven Spaltes 4 entspricht, der zur elektrischen Energie- und Signalübertragung zwischen dem Rotor R und dem Stator S dient.
- Mögliche, fertigungsbedingte Maßschwankungen bei der Dimensionierung des Gleitlagerspaltes 5, der dem bereits erwähnten kapazitiven Spalt 4 entspricht, lassen sich innerhalb eines Fertigungsloses durch die Endbearbeitung der Hülseninnenfläche 7' des Hülsenelementes 7 im Wege des Honens eliminieren.
- Mit der vorstehend erläuterten Drehkupplung konnte experimentell nachgewiesen werden, dass bei Verwendung einer einmaligen Schmierung mit einem sehr dünnflüssigen, synthetischen Langzeitöl des Gleitlagerspaltes 5 nach mehr als 22 Mio. Umdrehungen kein nennenswerter Materialabrieb am Gleitlager der Drehkupplung auftrat. Die ist umso erstaunlicher, zumal im Rahmen dieses Versuches eine außermittige Querkraft von etwa 44 Newton am Wellenabschnitt 6 lastete.
-
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine alternative Ausgestaltung einer lösungsgemäßen Drehkupplung, bei der das Gleitlager mit dem kapazitiven Spalt als Axialgleitlager ausgebildet ist. In diesem Fall verfügt der hohlwellenartig ausgebildete Rotor R über einen hohlzylinderartig ausgebildeten Wellenabschnitt 6, dessen zugeordnete Zylinderachse Z der Drehachse D entspricht, um die der Rotor R relativ zum Stator S drehbar gelagert ist. Der hohlzylinderförmig ausgebildete Wellenabschnitt 6 des Rotors R weist wenigstens einen ringscheibenförmig ausgebildeten, den Wellenabschnitt 6 radial überragenden Kragen 13 auf, der jeweils zwei Kragenoberflächen 131 sowie 132 besitzt, die jeweils axial einander abgewandt und parallel zur Drehachse D orientierte Flächennormalen besitzen. Der mit dem Wellenabschnitt 6 vorzugsweise einstückig verbundene rotorseitige Kragen 13 ragt statorseitig in eine zum Kragen 13 gegenkonturiert ausgebildete nutförmige Ausnehmung 14, die jeweils den Kragenoberflächen 131, 132 axial unmittelbar gegenüberliegende Statorflächen 141, 142 besitzt. Gleichsam wie bei der inFig. 1 illustrierten Drehkupplung begrenzen die sich jeweils paarweise axial unmittelbar gegenüberliegenden Kragenober- und Statorflächen 131, 141 sowie 132, 142 jeweils einen Zwischenspalt 3, der sowohl zum Zwecke der elektrischen Energie- und/oder Signalübertragung als kapazitiver Spalt 4 sowie auch als Gleitlagerspalt 5 für die axiale Gleitlagerung dient. Im Unterschied zurFigur 1 ist der Zwischenspalt 3 jeweils radial zur Drehachse D orientiert. - Aus Gründen eines technisch vernachlässigbaren Rotor- und Stator-seitigen Materialabriebes ist der vorzugsweise einstückig aus Aluminium gefertigte Rotor R an dessen Rotoroberfläche vorzugsweise vollumfänglich mit einer elektrisch isolierenden Schicht, in Form einer Harteloxalschicht beschichtet.
- Der vorzugsweise aus Aluminiumbronze gefertigte Stator S kann optional mit einer entsprechend metalloxidischen, elektrisch isolierenden Schicht überzogen sein.
- Aus Montagegründen ist der Stator S wenigstens zweiteilig ausgebildet, d.h. die gemeinsam mit der Statorfläche 141 den Rotor R axial fest zur und drehbar um die Drehachse D haltende Statorfläche 142 bildet die Oberfläche eines separaten Ringdeckelelementes 15, das, nach Einführen des Rotors R durch die Montageöffnung 12 in den Stator S, axial um den Rotor gefügt und fest oder lösbar fest in der in
Figur 2 dargestellten Konfiguration mit dem übrigen Stator S gefügt ist. Hierzu eignet sich beispielsweise ein randseitig am Ringdeckelelement 15 angebrachtes Außengewinde 16, das in ein Stator-seitig gegenkonturiert ausgebildetes Gewinde in ein Eingriff bringbar ist. Alternativ ist es ebenso denkbar, das Ringdeckelelement 15 im Wege einer Schweißung, Klebung oder äquivalent wirkenden dauerhaft festen Fügeverbindung mit dem Stator S zu fügen. - Insbesondere bei sehr klein dimensionierten Spaltbreiten b des kapazitiven Spaltes 4 lassen sich sehr hohe Kapazitäten und damit verbunden geringe Blindwiderstände bzw. Reaktanzen zwischen Rotor R und Stator S realisieren. Das lösungsgemäße Drehkupplungskonzept ermöglicht eine kostengünstige und zugleich robuste, langlebige und zuverlässige Realisierung von Drehkupplungen insbesondere mit minimal dimensionierten kapazitiven Spaltbreiten b durch eine gezielte synergetische Nutzung von Gleitlager und kapazitiver elektrischer Energie- und Signalübertragung in einer einzigen Baueinheit.
- Selbstverständlich ist es auch möglich, die vorstehend erläuterte Gleitlagerung zwischen Rotor und Stator ohne die Funktion einer kapazitiven Kopplung, die zur elektrischen Energie- und Signalübertragung erforderlich ist, als bloße mechanische Drehkupplung einzusetzen. Eine derartige mechanische Drehkupplung zeichnet sich durch einen kleinen Bauraum und hohe Verschleißfreiheit aus.
-
- 1, 2
- Komponenten der Drehkupplung
- 3
- Zwischenspalt
- 4
- Kapazitiver Spalt
- 5
- Gleitlagerspalt
- 6
- Wellenabschnitt
- 6`
- Wellenoberfläche
- 7
- Hülsenelement
- 7'
- Hülseninnenfläche
- 8
- Kragen
- 81
- Gleitfläche
- 9
- Kragen
- 91
- Gleitfläche
- 10
- Lagermutter
- 11
- Gewinde
- 12
- Montageöffnung
- 13
- Kragen
- 131, 132
- Kragenoberfläche
- 14
- Ausnehmung
- 141, 142
- Statorfläche
- 15
- Ringdeckelelement
- 16
- Außengewinde
- D
- Drehachse
- R
- Rotor
- S
- Stator
- Z
- Zylinderachse
- d6
- Wellenabschnittaußendurchmesser
- d7
- Hülsenelementinnendurchmesser
- L
- Gleitlagerspaltlänge
Claims (16)
- Drehkupplung umfassend zwei um eine Drehachse (D) relativ zueinander drehbar gelagerte, jeweils ein elektrisch leitfähiges Material aufweisende Komponenten (1, 2), die gemeinsam wenigstens einen Zwischenspalt (3) aufweisen und einschließen, der zu Zwecken einer elektrischen Signal- und/oder Energieübertragung als kapazitiver Spalt (4) ausgebildet ist, wobei beide Komponenten (1, 2) wenigstens ein Gleitlage umfassen, über das die beiden Komponenten (1, 2) längs zur Drehachse (D) axialfest und um die Drehachse (D) drehbar relativ zueinander gelagert sind und das Gleitlager wenigstens einen Gleitlagerspalt (5) aufweist, der zumindest bereichsweise dem kapazitiven Spalt (4) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material wenigstens einer der beiden Komponenten (1, 2) an deren Oberfläche zumindest im Bereich des kapazitiven Spaltes (4) eine als Metalloxidschicht ausgebildete elektrisch isolierende Schicht aufweist.
- Drehkupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass beide Komponenten (1, 2) zumindest in einem dem kapazitiven Spalt (4) zugewandten Bereich das elektrisch leitfähige Material aufweisen. - Drehkupplung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material aus den nachfolgenden Metallen oder Metallverbindungen ausgewählt ist: Aluminium, Aluminiumbronze, Aluminiummessing, Kupferlegierungen, Leichtmetalllegierungen. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die als Metalloxidschicht ausgebildete elektrisch isolierende Schicht eine Harteloxalschicht aufweist. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der beiden Komponenten (1) zumindest im Bereich des kapazitiven Spaltes (4) eine Silber-Graphit oder Siliziumkarbit enthaltende Schicht aufweist. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Spalt (4) eine Spaltbreite b besitzt, für die gilt: 0,001 mm ≤ b ≤ 0,02 mm. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager in Form eines Radiallagers ausgebildet ist umfassend wenigstens einen sich zwischen den beiden Komponenten (1, 2) axial erstreckenden Gleitlagerspalt (5), der dem kapazitiven Spalt (4) entspricht. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, dass eine der beiden Komponenten (1), im Weiteren als Rotor (R) bezeichnet, relativ zur anderen Komponente (2), im Weiteren als Stator (S) bezeichnet, axialfest um die Drehachse (D) drehbar angeordnet ist,dass der Rotor (R) einen geradzylinderförmig ausgebildeten Wellenabschnitt (6) aufweist, dessen zugeordnete Wellenachse (Z) koaxial zur Drehachse (D) orientiert und dessen zugeordnete Wellenoberfläche (6') von einem Stator-seitig angeordneten Hülsenelement (7) zumindest in Umfangsrichtung abschnittsweise und axial zumindest teilweise radial umfasst ist, unddass die Rotor-seitige Wellenoberfläche (6') und eine Hülseninnenfläche (7') des Stator-seitigen Hülsenelementes (7) den kapazitiven Spalt (4) einschließen.
- Drehkupplung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager einen Haltemechanismus, der den Wellenabschnitt (6) axialfest längs der und drehbar um die Drehachse (D) relativ zum Stator-seitigen Hülsenelemente (7) anordnet, sowie den kapazitiven Spalt (4) umfasst. - Drehkupplung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Haltemechanismus längs des Wellenabschnittes (6) zwei axial voneinander beabstandete, die Wellenoberfläche (6') radial nach aussen überragende Krägen (8, 9), die jeweils eine radial orientierte Gleitfläche (81, 91) aufweisen, die einander axial zugewandt sind, sowie zwei längs des Stator-seitigen Hülsenelementes (7) axial voneinander beabstandete und axial entgegengesetzt zueinander orientierte Stirnflächen (71, 72) umfasst, wobei die Gleit- und Stirnflächen (81, 91; 71, 72) jeweils paarweise unter Ausbildung einer den Rotor (R) axialfest längs der und drehbar um die Drehachse (D) relativ zum Stator (S) haltenden Klemmkraft in Gleitkontakt stehen. - Drehkupplung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der beiden Krägen (8, 9) in Form einer Lagermutter (10) ausgebildet ist, die über ein Gewinde (11) mit dem Rotorseitigen Wellenabschnitt (6) lösbar fest verbunden ist. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager in Form eines Axiallagers ausgebildet ist umfassend wenigstens einen sich zwischen beiden Komponenten (1, 2) radial erstreckenden Gleitlagerspalt (5), der dem kapazitiven Spalt (4) entspricht. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Komponenten (1, 2) jeweils einstückig aus elektrisch leitfähigem Material gefertigt sind. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 8 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) aus Aluminium gefertigt ist und mit einer Aluminiumoxidschicht als Harteloxalschicht ganzheitlich beschichtet ist, und dass der Stator (S) aus Aluminiumbronze besteht. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 7 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass der Gleitlagerspalt mit einem gasförmigen Medium und/oder einem ölhaltigen Schmiermittel befüllt ist. - Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die als Metalloxidschicht ausgebildete elektrisch isolierende Schicht monolithisch mit dem elektrisch leitfähigen Material verbunden ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102019200485.7A DE102019200485A1 (de) | 2019-01-16 | 2019-01-16 | Drehkupplung |
PCT/EP2020/050823 WO2020148287A1 (de) | 2019-01-16 | 2020-01-14 | Drehkupplung |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP3912221A1 EP3912221A1 (de) | 2021-11-24 |
EP3912221B1 true EP3912221B1 (de) | 2023-07-05 |
Family
ID=69177145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP20701157.8A Active EP3912221B1 (de) | 2019-01-16 | 2020-01-14 | Drehkupplung |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11322812B2 (de) |
EP (1) | EP3912221B1 (de) |
DE (1) | DE102019200485A1 (de) |
ES (1) | ES2958923T3 (de) |
WO (1) | WO2020148287A1 (de) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11515727B2 (en) * | 2020-04-10 | 2022-11-29 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Electrolytic capacitive coupler for transmitting electrical power between moving mechanical elements |
US11626781B2 (en) * | 2020-04-10 | 2023-04-11 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Double layer capacitive coupler for transmitting electrical power between moving mechanical element |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3426309A (en) * | 1966-11-07 | 1969-02-04 | Scientific Atlanta | Rotary joint |
DE2653209C3 (de) | 1976-11-23 | 1980-07-24 | Spinner-Gmbh Elektrotechnische Fabrik, 8000 Muenchen | Kontaktlose koaxiale Drehkupplung |
EP0443536A3 (en) | 1990-02-22 | 1993-03-03 | Honeywell Inc. | Capacitive data transfer device |
JP3378093B2 (ja) | 1993-08-30 | 2003-02-17 | 島田理化工業株式会社 | ロータリー・ジョイント |
US5781087A (en) * | 1995-12-27 | 1998-07-14 | Raytheon Company | Low cost rectangular waveguide rotary joint having low friction spacer system |
DE19612109C1 (de) | 1996-03-27 | 1997-11-20 | Bundesrep Deutschland | Lagerbauteil und Verfahren zu seiner Herstellung |
US7180218B2 (en) * | 2000-02-10 | 2007-02-20 | Diamond Antenna & Microwave Corp. | Compression journal |
DE10037747A1 (de) * | 2000-08-02 | 2002-03-07 | Schleifring Und Appbau Gmbh | Anordnung zur kontaktlosen Drehübertragung hochfrequenter Signale |
DE202006006813U1 (de) | 2005-04-25 | 2006-07-20 | Aicove Management Gmbh | Lagerelement |
DE102007042382B3 (de) | 2007-09-05 | 2009-04-02 | Siemens Ag | Bauteil zur gleitenden Lagerung eines anderen Bauteils und Verfahren zu dessen Herstellung |
DE102016213352A1 (de) | 2016-07-21 | 2018-01-25 | Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh | Bleifreies Aluminiumgleitlagermaterial mit Funktionsoberfläche |
-
2019
- 2019-01-16 DE DE102019200485.7A patent/DE102019200485A1/de active Pending
-
2020
- 2020-01-14 WO PCT/EP2020/050823 patent/WO2020148287A1/de unknown
- 2020-01-14 ES ES20701157T patent/ES2958923T3/es active Active
- 2020-01-14 US US17/423,403 patent/US11322812B2/en active Active
- 2020-01-14 EP EP20701157.8A patent/EP3912221B1/de active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020148287A1 (de) | 2020-07-23 |
US11322812B2 (en) | 2022-05-03 |
EP3912221A1 (de) | 2021-11-24 |
ES2958923T3 (es) | 2024-02-16 |
DE102019200485A1 (de) | 2020-07-16 |
US20220077551A1 (en) | 2022-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3912221B1 (de) | Drehkupplung | |
DE102016219800A1 (de) | Gleitlageranordnung eines Drehelements auf einem Lagerbolzen, insbesondere eines Planetenrades auf einem Planetenradbolzen eines Planetenradgetriebes | |
WO2019166319A1 (de) | Elektrische antriebsvorrichtung, insbesondere für ein kraftfahrzeug oder eine elektrische wasserpumpe | |
DE102017207056B4 (de) | Elektrische Maschine | |
EP2366870B1 (de) | Rotor für einen Abgasturbolader | |
WO2009079979A1 (de) | Lageranordnung | |
EP1948472B1 (de) | Beschlag für einen fahrzeugsitz | |
EP3208464A1 (de) | Kreiselpumpe | |
DE3936069C2 (de) | ||
DE102016210190A1 (de) | Aktor mit Planetenwälzgewindespindel | |
WO2002057631A2 (de) | Präezise kleinstlagerung und montageverfahren dafüer | |
EP2601423B1 (de) | Lageranordnung und verfahren zur herstellung eines lageraussenrings oder lagerinnenrings mit einer reibungserhöhenden beschichtung | |
DE102015110428B4 (de) | Gleitkontaktelement | |
WO2022111747A1 (de) | Wälzlager | |
WO2018001688A1 (de) | Gleitlagerbuchse | |
DE102018119719A1 (de) | Fluiddynamisches Lagersystem | |
DE2210253A1 (de) | ||
EP2084805A2 (de) | Äusserer stator eines elektromotors | |
EP3721108B1 (de) | Elektrisch isolierendes wälzlager | |
DE102013226449A1 (de) | Spanlos gefertigte Ölkanäle in einem geteilten Rotor für einen hydraulischen Nockenwellenversteller | |
EP3301315A1 (de) | Gleitlager, drehmomentwandler und windkraftanlage | |
EP2498347B1 (de) | Drehübertrager | |
WO2016119787A1 (de) | Gleitlageranordnung für eine mit einer umlaufenden radialkraft belasteten welle | |
EP2138731A1 (de) | Lagerbuchse sowie Lager | |
DE102017216701A1 (de) | Kippsegmentlager und Maschine mit wenigstens einem Kippsegmentlager |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: UNKNOWN |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE |
|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20210812 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
DAV | Request for validation of the european patent (deleted) | ||
DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED |
|
INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20230208 |
|
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: CH Ref legal event code: EP |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: AT Ref legal event code: REF Ref document number: 1585678 Country of ref document: AT Kind code of ref document: T Effective date: 20230715 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R096 Ref document number: 502020004032 Country of ref document: DE |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: IE Ref legal event code: FG4D Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: SE Ref legal event code: TRGR |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: LT Ref legal event code: MG9D |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: NL Ref legal event code: MP Effective date: 20230705 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: NL Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20231006 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: IS Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20231105 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: RS Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: PT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20231106 Ref country code: NO Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20231005 Ref country code: LV Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: LT Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: IS Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20231105 Ref country code: HR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: GR Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20231006 Ref country code: FI Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: ES Ref legal event code: FG2A Ref document number: 2958923 Country of ref document: ES Kind code of ref document: T3 Effective date: 20240216 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: PL Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R097 Ref document number: 502020004032 Country of ref document: DE |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: ES Payment date: 20240216 Year of fee payment: 5 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: SM Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: RO Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: EE Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: DK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: CZ Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 Ref country code: SK Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT Effective date: 20230705 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20240119 Year of fee payment: 5 Ref country code: GB Payment date: 20240124 Year of fee payment: 5 |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |