EP3923421A1 - Elektrische verbindungseinrichtung mit einem grundkörper und einem verschiebekörper - Google Patents

Elektrische verbindungseinrichtung mit einem grundkörper und einem verschiebekörper Download PDF

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EP3923421A1
EP3923421A1 EP20179079.7A EP20179079A EP3923421A1 EP 3923421 A1 EP3923421 A1 EP 3923421A1 EP 20179079 A EP20179079 A EP 20179079A EP 3923421 A1 EP3923421 A1 EP 3923421A1
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EP
European Patent Office
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base body
conductor tracks
sliding
another
conductor
Prior art date
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Pending
Application number
EP20179079.7A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Frasch
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Afag Holding AG
Original Assignee
Afag Holding AG
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Publication date
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Priority to US17/340,956 priority patent/US11621524B2/en
Priority to CA3121760A priority patent/CA3121760C/en
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    • H01R13/24—Contacts for co-operating by abutting resilient; resiliently-mounted
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    • H01R24/00—Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/86—Parallel contacts arranged about a common axis

Definitions

  • the invention relates to an electrical connection device with a base body and a sliding body, which are mounted to be linearly movable to one another in a longitudinal direction, the base body having a cavity in which a longitudinal section of the sliding body is received or vice versa, the length of the longitudinal section received in the cavity is variable by a relative movement of the base body and sliding body in the longitudinal direction.
  • signals or electricity are often to be fed to a moving component.
  • signals or currents are to be fed to a moving slide or to a telescopically extending component.
  • Areas of application for such current or signal routing can be found, for example, in handling technology, automation technology, assembly technology, linear technology and in the field of manipulators and portals.
  • flexible cables could be used to connect components that move linearly to one another. In order to ensure that the cable does not fall below the smallest permissible bending radius, it is typically guided by a drag chain. However, this can lead to additional installation space consumption and limit the cycle times that can be achieved.
  • the invention is thus based on the object of providing a connection for a plurality of signal or power lines with little technical effort and little space requirement.
  • electrical contacting can be implemented in a particularly compact manner if the respective contact elements, i.e. the sliding elements or conductor tracks, are not arranged next to one another in one plane, but rather if their surfaces are angled to one another or they are in a circumferential direction are arranged distributed perpendicular to the longitudinal direction in a gap between the base body and the sliding body.
  • the respective contact elements i.e. the sliding elements or conductor tracks
  • the sliding elements or conductor tracks are not arranged next to one another in one plane, but rather if their surfaces are angled to one another or they are in a circumferential direction are arranged distributed perpendicular to the longitudinal direction in a gap between the base body and the sliding body.
  • the base body preferably has the cavity and the sliding body is partially received therein.
  • the grinding elements can be relatively short in the longitudinal direction, so that it can thereby be achieved that the grinding elements remain in every possible position between the base body and the displacement body within the cavity of the base body. In this way, contact protection for all current-carrying components can be achieved with particularly simple means, since both the conductor tracks and the grinding element always remain within the cavity. For the same reason, such an arrangement can also help prevent contamination of the contact surfaces. In principle, it would alternatively also be possible for the base body to be received in a cavity in the sliding body.
  • the relative displacement of the base body and the displacement body can take place manually or by an actuator that does not belong to the connecting device, for example an actuator of a machine that includes the electrical connecting device.
  • the linear guidance of the sliding body with respect to the base body can be implemented by the electrical connection device itself. Particularly advantageous embodiments of such a storage will be explained later. In principle, however, it would also be possible to achieve the linear guidance of the two components with respect to one another by means of external components.
  • the electrical connection device can in particular serve to make electrical contact in a machine with components that are moved linearly with respect to one another.
  • the displacement body is in particular freely displaceable between two extreme positions with respect to the base body, wherein the electrical connection device can in particular have stops or the like in order to limit a displacement path.
  • a respective grinding element and a respective conductor track preferably remain in contact over the entire displacement path between the extreme positions.
  • the slider is guided along the conductor track.
  • the electrical connection device described is suitable both for transporting high currents and for providing signal lines or the like with low current flows. In this case, all pairs of conductor tracks and sliding elements can carry similar currents. However, it is also possible that parts of the pairs are used to conduct higher currents, while other pairs form digital signal lines, for example.
  • the base body surface or the sliding body surface has the described shape in particular within each cross-sectional plane within a section in the longitudinal direction of the electrical connection device in which the conductor tracks extend or in which the grinding elements are attached.
  • a round shape is to be understood as meaning, in particular, a circular shape, but also an elliptical shape or the like.
  • at least three conductor tracks and at least three grinding elements can be distributed in the circumferential direction along the respective surface. In particular, even numbers of conductor tracks or grinding elements can be used which lie opposite one another.
  • the respective surface can in particular be polygonal. But it is also possible that the surface sections are connected by rounded corners or the like.
  • the surface sections at an angle to one another can each have at least one conductor track or at least one grinding element. In particular, even numbers of conductor tracks or Grinding elements are used, two of the conductor tracks being arranged on opposite sides of the base body surface and in particular parallel to one another. However, it can also be advantageous if some of the surface sections at an angle to one another do not have a conductor track or a grinding element. This can serve, for example, to form projections between grooves in which the conductor tracks are arranged.
  • corresponding grooves can be used to guide the grinding elements and thus block a relative rotation of the base body and displacement body to one another, if this is not achieved by other means anyway.
  • the grinding elements can in particular be elastically pretensioned so that the contact of the grinding elements with the respective conductor track simultaneously guides and centering the sliding body or the base body within the cavity.
  • the grinding elements can protrude from the sliding body surface in directions that are angled to one another.
  • the base body and / or the sliding body can each be designed as a rod-shaped hollow body or rod-shaped solid body.
  • a base or displacement body designed as a rod-shaped hollow body can also be referred to as a tubular base or displacement body.
  • the body forming the cavity ie preferably the base body, is a hollow body or tubular and at least partially accommodates the other body, ie preferably the sliding body, which can be a solid or a hollow body.
  • a tubular shape of a sliding body received in the cavity can be advantageous, for example, in order to lead connecting lines for the sliding elements to the sliding body in the interior of the sliding body.
  • the base body and the sliding body can, in particular, be inserted into one another in a telescopic manner.
  • the base body can have an associated further conductor track for at least one of the conductor tracks, the respective conductor track and the respective assigned further conductor track being arranged in the or a cross-sectional plane perpendicular to the longitudinal direction opposite one another on the base body and being conductively connected to one another.
  • the displacement body can have an associated further grinding element for at least one of the grinding elements, the respective grinding element and the respective associated further grinding element being arranged on the displacement body opposite one another in the cross-sectional plane and being conductively connected to one another. This can in particular serve to provide a redundant contact pair through a respective pair of conductor track and further conductor track or sliding element and further sliding element that carries the same signal or carries out a common current conduction.
  • a movement of the sliding body with respect to the base body perpendicular to the longitudinal direction may in this case lead to poorer contact between the conductor track and the sliding element.
  • the further conductor track and the further grinding element are moved closer to one another, as a result of which the poorer contact between conductor track and grinding element can at least largely be compensated for.
  • connection lines can be routed at least in sections through an inner cavity of the sliding body.
  • the sliding body can in particular be tubular and the connecting lines can pass through the interior of the Rohrs are guided.
  • connection lines in the interior of the cavity can be routed to an open end of the sliding body in order to run around the face of the sliding body there and to contact the grinding elements arranged in particular near the face.
  • the wall of the grinding element it would also be possible, for example, for the wall of the grinding element to have openings through which the connecting lines are routed in order to contact the grinding elements or through which the grinding elements are routed in order to contact the connecting lines.
  • connection lines can be routed outside the cavity.
  • the sliding body can be a solid body, that is to say in particular not have a cavity.
  • the base body can comprise a flat and at least partially flexible line carrier which carries the conductor tracks and which is held in a bent position by being inserted bent into a tube of the base body and / or by attaching two edges of the line carrier to one another.
  • a so-called rigid-flex printed circuit board can be used as the contact means carrier, which comprises rigid and flexible sections which, in particular in the fully assembled electrical connection device, alternate in the circumferential direction of the base body.
  • the rigid sections can have, for example, conductor tracks or also projections arranged between them. By using flexible sections, the rigid sections can be brought into a position that is angled to one another.
  • an inherently stable base body By connecting the edges of the line carrier, an inherently stable base body can be formed in this case, so that an outer tube is not absolutely necessary for stabilization. However, it can still be used to further increase the robustness of the electrical connection device.
  • the conductor tracks could, for example, be applied to a film, for example a semiflex circuit board film, which typically does not result in an inherently stable base body simply by bending the film. The bent film can thus be inserted into a tube in order to keep the shape once given.
  • the conductor carrier can be a printed circuit board or film on which the conductor tracks are applied directly.
  • the conductor tracks can for example be printed on or produced by etching.
  • the conductor carrier can also carry separately produced conductor tracks, for example thin metal flakes, which can be glued or held in a form-fitting or force-fitting manner, for example.
  • the conductor carrier can have a sheathing that shields electromagnetic radiation, which is formed in particular by the tube, and / or has a coating that shields electromagnetic radiation.
  • the sheathing or coating can in particular be conductive.
  • the sheathing or coating can preferably be conductively connected to a reference potential when the connecting device is in operation.
  • the sheathing or coating can improve the electromagnetic compatibility (EMC) of the connecting device or signals carried by it can be shielded from interference. This function can be fulfilled e.g. by the pipe, especially if it is made of conductive material.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • This function can be fulfilled e.g. by the pipe, especially if it is made of conductive material.
  • the conductor carrier and / or the conductor tracks can each be flexible, semi-flexible or rigid.
  • the conductor track and / or the line carrier can be clamped in the longitudinal direction at least on one side by an elastically deformed tolerance compensation element.
  • a seal or some other elastically deformable element can be clamped between a screw screwed into the tube at the end and the conductor tracks or the conductor carrier.
  • the conductor tracks or the conductor carrier can be clamped, for example, by a bearing for longitudinal guidance, a sealing ring or another elastically deformed tolerance compensation element.
  • Jamming by at least one tolerance compensation element can be minor Compensate for differences in length of the individual conductor tracks or tolerances in the manufacture of the line carrier with little effort, especially if it is used in conjunction with a screw, as explained above.
  • a sealing means in particular a sealing ring, can be arranged between the base body and the sliding body.
  • this can serve to protect the cavity and thus the area in which the electrical contacts are located from foreign bodies, dust, splash water, etc.
  • various complex sealing measures can be taken. Since the body forming the cavity, i.e. in particular the base body, can be sealed off without any problems on all sides apart from the side on which the sliding body or the base body protrudes beyond the cavity, a relatively simple seal, for example with a sealing ring , are sufficient to achieve the desired degree of protection.
  • a seal in particular a sealing ring, can also serve as a linear guide so that, for example, the guidance of the sliding body with respect to the base body is already carried out jointly by such a seal at one end of the body forming the cavity, i.e. in particular the base body, and the sliding body is supported on the base body can be realized by the grinding elements.
  • the respective grinding element can be a spiral spring, in particular a leaf spring.
  • a pre-curved spiral spring can be used, which rests against the conductor track with a spring arch. In this way, less wear on the conductor track can be achieved than when the end of the spring is placed on it.
  • One end of the spiral spring can be attached to the sliding body and the other end can be pressed onto the surface of the sliding body or guided in a recess of the sliding body by the tension of the spiral spring between the base and sliding body.
  • one of the ends of the spiral spring can be displaced in the longitudinal direction with respect to the sliding body when the force exerted by the base body on the spiral spring varies.
  • the grinding element or in particular the The spiral spring can be attached to the sliding body by gluing, soldering, welding, locking or the like.
  • the sliding element or a contact section or contact point of the respective sliding element, via which the respective contact element contacts the respective conductor track, can be matched to the specific application of the connecting device with regard to its mechanical and / or electrical properties. For example, different current intensities and / or frequencies can be transmitted for different connecting devices or an expected frequency, a typical length and / or a typical speed of the displacement of the sliding body with respect to the base body can vary.
  • the size and / or shape of a contact area between the grinding element and the conductor track, a spring stiffness of a grinding element designed as a spring, a surface material, etc. can be varied in order to achieve an adaptation to a given application.
  • the base body can form a projection for at least a pair of adjacent conductor tracks, which protrusion extends between the conductor tracks in the longitudinal direction. This enables robust insulation of the conductor tracks or the sliding elements from one another. At the same time, corresponding projections can serve to guide the grinding elements, so that in particular a rotation of the sliding body relative to the base body about an axis running in the longitudinal direction can be blocked by the interaction of the projections and the grinding elements.
  • At least one ground conductor track can be arranged, which extends parallel to the respective conductor track in the longitudinal direction of the base body.
  • the ground conductor track or the ground conductor tracks can be at a defined reference potential, for example at ground potential, when the connection device is in operation.
  • a device comprising the connecting device can in this way be set up so that the at least one ground conductor track has the reference potential applied to it during operation of the device.
  • a ground conductor path is routed on one side or preferably on both sides of at least one of the conductor tracks results in a pseudo-coaxial line in which interference has essentially the same effect on a signal line, i.e. the conductor track, and a ground, i.e. the ground conductor track. This reduces the influence of such interference without the need for symmetrical signal routing.
  • ground conductor tracks and ground conductor tracks can be arranged alternately.
  • the ground conductors do not necessarily have to be contacted by the sliding body.
  • the ground conductor tracks can be short-circuited to one another within the connecting device or via a device comprising this, since they should be at a common reference potential.
  • the base body can comprise a respective termination resistor for at least one of the conductor tracks and / or the displacement body can comprise a respective termination resistor for at least one of the sliding elements.
  • the respective termination resistor can couple the respective conductor track or the respective sliding element in the area of a respective free end to a reference potential, for example a ground potential.
  • the free end can be considered to be that section which, starting from a connection on the base body or on the sliding body side of the connection device for contacting an external device, lies beyond the contact point between the sliding element and the conductor track. If the conductor track or the grinding element is subjected to an alternating voltage signal, this is guided through the respective conductor track or the respective grinding element beyond the contact point in the direction of the respective free end and is reflected there.
  • termination resistor can be an ohmic resistor or a complex resistor, which is formed, for example, by an LC element.
  • Fig. 1 shows an electrical connection device 1 with a base body 2 and a sliding body 3, which in a longitudinal direction, namely transversely in Fig. 1 , are movably mounted to one another.
  • Fig. 2 shows a section through the connecting device 1 along the line II-II and Fig. 3 shows such a section along the line III-III.
  • the base body 2 has a cavity 4 in which a longitudinal section 5 of the sliding body 3 is received.
  • the length of the longitudinal section 5 and thus the overall extent of the connecting device in the longitudinal direction can be varied by a relative movement of the base body 2 and the displacement body 3.
  • the base body 2 carries several, in the example ten, conductor tracks 6, which extend in the longitudinal direction.
  • the contact surface 7 of the respective conductor tracks 6 is contacted by a respective sliding element 8, in the example a leaf spring.
  • the leaf spring in the example is fastened at one end 9 to the sliding body 3 and also makes contact with a respective connection line 10 which is guided in an inner cavity 24 of the sliding body 3.
  • the other end 25 of the leaf spring is essentially freely movable in the longitudinal direction in order to compensate for a deformation of the leaf spring caused by the exertion of force by the contact surface 7.
  • Contact means, not shown, of the electrical connection device 1 can be used to contact the conductor tracks 6 on the part of the base body 2 and the sliding elements 8 or the connecting lines 10 contacting them on the part of the sliding body 3.
  • an electrical connection of variable length for a large number of different signals or power lines can be implemented with little technical effort.
  • conductor tracks 6 are used whose contact surfaces 7, as in particular in FIG Fig. 3 is easy to see, are angled to each other.
  • the grinding elements 8 protrude in different directions from the sliding body surface 11 of the sliding body 3.
  • the sliding body surface 11 is circular.
  • the base body surface 12, which carries the conductor tracks 6, is formed from a multiplicity of surface sections 13 at an angle to one another. Ten of the surface sections 13 each carry one of the conductor tracks 6.
  • the remaining surface sections form projections 14 which, on the one hand, serve to ensure robust insulation between the various conductor tracks 6 or grinding elements 8.
  • these projections 14 can help to block a relative rotation of the sliding body 3 and the base body 2, if it is not anyway by other means, for example by a Linear guidance of the components coupled via the connecting device 1 in a machine is realized.
  • the connecting device 1 With the configuration of the connecting device 1 shown in the example, ten separate signals or currents could in principle be transmitted.
  • the respective opposing conductor tracks 6 or grinding elements 8, which is what such a pair in Fig. 3 is shown schematically by the arrow 15, conductively connected to one another. In this way, fluctuating contact qualities in the event of a relative movement of the base body 2 and the displacement body 3 perpendicular to the longitudinal direction can be largely compensated for.
  • the respective number can be slightly increased without a significant increase in installation space being necessary.
  • sixteen conductor tracks and sliding elements can be used to form eight independent signal lines, for example for a Gigabit Ethernet connection.
  • the base body 2 is formed in that a line carrier 17, which can be flexibly bendable at least in sections, is inserted into a tube 16.
  • the conductor carrier 17 can initially be produced as a flat conductor carrier 17.
  • the conductor tracks 6 can be fastened to this as separate components, for example glued on, or can be produced directly on the conductor carrier 17, for example by etching or printing.
  • the line support 17 is in particular in the transverse direction Fig. 4 bendable in sections and stiff in sections. This can be achieved, for example, in that the conductor carrier 17 is milled thin in sections from the rear side 18 in order to achieve flexibility.
  • the line support 17 can then be bent, in particular such that its edges 19 touch, and inserted into the tube 16.
  • the conductor tracks 6 distributed in the circumferential direction can be produced on the inside of the base body 2 with little technical effort.
  • the use of the pipe 16 can also be dispensed with under certain circumstances, for example if the edges 19 of the line support 17 are glued to one another or connected in some other way.
  • the line carrier 17 or the conductor tracks 6 are in the example, as in Fig. 2 can be seen, clamped by the slide bearing 20 and the screw 22 in the tube 16.
  • the sliding bearing 20 can first be used, then the line support 17 can be inserted into the pipe 16 and the pipe can then be closed by the screw 22.
  • an elastic element is provided between the screw 22 and the line carrier 17 in the example deformed tolerance compensation element 21, for example a seal 25, clamped.
  • the grinding elements 8 and the conductor tracks 6 are largely protected from contamination. This is particularly the case since the tube 16 is closed on one side by the screw 22 with the seal 25 arranged thereon, so that a high degree of tightness is typically achieved on this side anyway. On the opposite side, the use of the plain bearing 20 already leads to a seal against larger particles and an extensive seal against dust.
  • an additional sealing means 23 can be applied to the inside and / or outside of the sliding bearing 20, for example.
  • a further device for example a linearly moving component, can be coupled to the sliding body via the sealing rings 26, which are only shown as an example electrical contacting of the further device can be sealed against environmental influences.

Landscapes

  • Adjustable Resistors (AREA)
  • Coupling Device And Connection With Printed Circuit (AREA)
  • Electric Cable Arrangement Between Relatively Moving Parts (AREA)

Abstract

Elektrische Verbindungseinrichtung (1) mit einem Grundkörper (2) und einem Verschiebekörper (3), die in eine Längsrichtung linear beweglich zueinander gelagert sind, wobei der Grundkörper (2) einen Hohlraum (4) aufweist, in dem ein Längsabschnitt (5) des Verschiebekörpers (3) aufgenommen ist oder umgekehrt, wobei die Länge des in dem Hohlraum (4) aufgenommenen Längsabschnitts (5) durch eine relative Bewegung von Grundkörper (2) und Verschiebekörper (3) in Längsrichtung variabel ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) mehrere sich in Längsrichtung erstreckende, gegeneinander isolierte Leiterbahnen (6) und der Verschiebekörper (3) mehrere gegeneinander isolierte, auf einer Kontaktoberfläche (7) einer jeweiligen der Leiterbahnen (6) aufliegende Schleifelemente (8) zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahnen (6) aufweist,
- wobei die Leiterbahnen (6) an einer Grundkörperoberfläche (12) des Grundkörpers (2) angeordnet sind, die in einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsrichtung rund oder durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Oberflächenabschnitte (13) gebildet ist, und/oder
- wobei die Schleifelemente (8) von einer Verschiebekörperoberfläche (11) des Verschiebekörpers (3) abstehen, die in der Querschnittsebene rund oder durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Oberflächenabschnitte gebildet ist, und/oder
- wobei die Kontaktoberflächen (7) wenigstens zweier der Leiterbahnen (6) gewinkelt zueinander stehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Verbindungseinrichtung mit einem Grundkörper und einem Verschiebekörper, die in eine Längsrichtung linear beweglich zueinander gelagert sind, wobei der Grundkörper einen Hohlraum aufweist, in dem ein Längsabschnitt des Verschiebekörpers aufgenommen ist oder umgekehrt, wobei die Länge des in dem Hohlraum aufgenommenen Längsabschnitts durch eine relative Bewegung von Grundkörper und Verschiebekörper in Längsrichtung variabel ist.
  • In vielen Maschinen werden verschiedene Komponenten linear zueinander geführt. Hierbei sollen häufig Signale oder Strom zu einer bewegten Komponente geführt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass Signale oder Strom zu einem bewegten Schlitten oder zu einer teleskopartig ausfahrenden Komponente geführt werden soll. Anwendungsbereiche für eine solche Strom- bzw. Signalführung finden sich beispielsweise in der Handhabungstechnik, der Automatisierungstechnik, der Montagetechnik, der Lineartechnik und im Bereich von Manipulatoren und Portalen. Prinzipiell könnten zur Verbindung von linear zueinander bewegten Komponenten flexible Kabel genutzt werden. Um sicherzustellen, dass der kleinste zulässige Biegeradius der Kabel nicht unterschritten wird, erfolgt hierbei typischerweise eine Führung durch eine Schleppkette. Dies kann jedoch zu zusätzlichem Bauraumverbrauch führen und erreichbare Taktzeiten begrenzen.
  • Ein anderer Ansatz zur Kontaktierung von linear zueinander bewegten Komponenten ist aus der Druckschrift DE 102 08 704 A1 bekannt. Dort wird vorgeschlagen, einen Kontaktbolzen teleskopartig innerhalb eines leitfähigen Rohrs zu führen, wobei an dem Kontaktbolzen leitfähige Rollen angeordnet sind, die durch Druckfedern gegen die Innenfläche des leitfähigen Rohres gepresst werden, um dieses elektrisch zu kontaktieren. Die beschriebene Anordnung ist vorteilhaft, da durch die Anordnung der Kontaktfläche in einem Hohlraum diese vor Verunreinigungen geschützt wird und einfach ein Berührschutz implementiert werden kann. Die beschriebene Kontaktierung ist zudem verschleißarm. Nachteilig ist jedoch, dass bei Kontaktierung einer Vielzahl von Signalleitungen oder Stromzuführungen ein relativ hoher Aufwand und ein relativ großer Bauraumbedarf resultiert.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung für mehrere Signal- bzw. Stromleitungen mit geringem technischem Aufwand und Bauraumverbrauch bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine elektrische Verbindungseinrichtung der eingangs genannten Art gelöst, wobei der Grundkörper mehrere sich in Längsrichtung erstreckende, gegeneinander isolierte Leiterbahnen und der Verschiebekörper mehrere gegeneinander isolierte, auf einer Kontaktoberfläche einer jeweiligen der Leiterbahnen aufliegende Schleifelemente zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahnen aufweist,
    • wobei die Leiterbahnen an einer Grundkörperoberfläche des Grundkörpers angeordnet sind, die in einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsrichtung rund oder durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Oberflächenabschnitte gebildet ist, und/oder
    • wobei die Schleifelemente von einer Verschiebekörperoberfläche des Verschiebekörpers abstehen, die in der Querschnittsebene rund oder durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Oberflächenabschnitte gebildet ist, und/oder
    • wobei die Kontaktoberflächen wenigstens zweier der Leiterbahnen gewinkelt zueinander stehen.
  • Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass eine elektrische Kontaktierung besonders kompakt implementiert werden kann, wenn die jeweiligen Kontaktelemente, also die Schleifelemente bzw. Leiterbahnen, nicht in einer Ebene nebeneinander angeordnet werden, sondern wenn ihre Flächen gewinkelt zueinander stehen bzw. sie in eine Umfangsrichtung senkrecht zur Längsrichtung verteilt in einem Spalt zwischen Grundkörper und Verschiebekörper angeordnet sind. Hierdurch kann bereits eine geringfügige Erhöhung des Durchmessers der Verbindungseinrichtung ausreichend sein, um Raum für zusätzliche Leiterbahnen bzw. Schleifelemente zu schaffen. Während somit bei einer üblichen Kontaktierung mit parallel verlaufenden Leiterbahnen eine Mindestbreite der Verbindung resultiert, die sich aus der Breite der Leiterbahnen und dem Leiterbahnabstand ergibt, wird dieser Bauraumverbrauch im Rahmen der Erfindung dadurch reduziert, dass diese Fläche gefaltet bzw. aufgerollt wird, um ihre Ausdehnung zu reduzieren.
  • Bevorzugt weist der Grundkörper den Hohlraum auf und der Verschiebekörper ist hierin teilweise aufgenommen. Die Schleifelemente können in Längsrichtung relativ kurzbauend sein, so dass hierdurch erreicht werden kann, dass die Schleifelemente in jeder möglichen Stellung zwischen Grundkörper und Verschiebekörper innerhalb des Hohlraums des Grundkörpers verbleiben. Hierdurch kann mit besonders einfachen Mitteln ein Berührschutz für alle stromführenden Komponenten erreicht werden, da sowohl die Leiterbahnen als auch die Schleifelement stets innerhalb des Hohlraums verbleiben. Aus dem gleichen Grund kann eine solche Anordnung auch dazu beitragen, eine Verschmutzung der Kontaktflächen zu vermeiden. Prinzipiell wäre es alternativ auch möglich, dass der Grundkörper in einem Hohlraum des Verschiebekörpers aufgenommen ist.
  • Die relative Verschiebung von Grundkörper und Verschiebekörper kann manuell erfolgen oder durch eine nicht zur Verbindungseinrichtung gehörige Aktorik, beispielsweise eine Aktorik einer Maschine, die die elektrische Verbindungseinrichtung umfasst. Die lineare Führung des Verschiebekörpers bezüglich des Grundkörpers kann durch die elektrische Verbindungseinrichtung selbst implementiert werden. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen einer solcher Lagerung werden später noch erläutert werden. Prinzipiell wäre es jedoch auch möglich, die Linearführung der beiden Komponenten bezüglich zueinander durch externe Komponenten zu erreichen. Die elektrische Verbindungseinrichtung kann insbesondere dazu dienen, in einer Maschine linear zueinander bewegte Komponenten elektrisch zu kontaktieren.
  • Der Verschiebekörper ist bezüglich des Grundkörpers insbesondere frei zwischen zwei Extrempositionen verschiebbar, wobei die elektrische Verbindungseinrichtung insbesondere Anschläge oder Ähnliches aufweisen kann, um einen Verschiebeweg zu begrenzen. Vorzugsweise bleiben ein jeweiliges Schleifelement und eine jeweilige Leiterbahn über den gesamten Verschiebeweg zwischen den Extrempositionen in Kontakt. Anders ausgedrückt wird der Schleifer beim Verschieben des Verschiebekörpers bezüglich des Grundkörpers entlang der Leiterbahn geführt. Die beschriebene elektrische Verbindungseinrichtung ist sowohl dazu geeignet, hohe Ströme zu transportieren, als auch dazu, Signalleitungen oder Ähnliches mit geringen Stromflüssen bereitzustellen. Hierbei können alle Paare aus Leiterbahnen und Schleifelementen ähnliche Ströme führen. Es ist aber auch möglich, dass Teile der Paare zur Stromleitung von höheren Strömen dienen, während andere Paare beispielsweise digitale Signalleitungen bilden.
  • Die Grundkörperoberfläche bzw. die Verschiebekörperoberfläche weist die beschriebene Form insbesondere innerhalb jeder Querschnittsebene innerhalb eines Abschnitts in Längsrichtung der elektrischen Verbindungseinrichtung auf, in dem sich die Leiterbahnen erstrecken bzw. in dem die Schleifelemente angebracht sind. Unter einer runden Form ist insbesondere eine Kreisform zu verstehen, aber auch eine Ellipsenform oder Ähnliches. Es können insbesondere wenigstens drei Leiterbahnen und wenigstens drei Schleifelemente in Umfangsrichtung entlang der jeweiligen Oberfläche verteilt sein. Insbesondere können geradzahlige Anzahlen von Leiterbahnen bzw. Schleifelementen genutzt werden, die aneinander gegenüberliegen.
  • Bei einer Bildung der Grund- bzw. Verschiebekörperoberfläche durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Oberflächenabschnitte kann die jeweilige Oberfläche insbesondere mehreckig sein. Es ist aber auch möglich, dass die Flächenabschnitte durch abgerundete Ecken oder Ähnliches verbunden sind. Die gewinkelt zueinander stehenden Oberflächenabschnitte können jeweils wenigstens eine Leiterbahn bzw. wenigstens ein Schleifelement aufweisen. Hierbei können insbesondere geradzahlige Anzahlen von Leiterbahnen bzw. Schleifelementen genutzt werden, wobei jeweils zwei der Leiterbahnen auf gegenüberliegenden Seiten der Grundkörperoberfläche und insbesondere parallel zueinander angeordnet sind. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn einige der gewinkelt zueinander stehenden Oberflächenabschnitte keine Leiterbahn bzw. kein Schleifelement aufweisen. Dies kann beispielsweise dazu dienen, Vorsprünge zwischen Nuten auszubilden, in denen die Leiterbahnen angeordnet sind. Hierdurch kann einerseits eine robuste Isolation der Leiterbahnen zueinander realisiert werden. Andererseits können entsprechende Nuten dazu dienen, die Schleifelemente zu führen und somit eine relative Verdrehung von Grundkörper und Verschiebekörper zueinander blockieren, falls das nicht ohnehin durch andere Mittel erreicht wird.
  • Die Schleifelemente können insbesondere elastisch vorgespannt sein, so dass durch den Kontakt der Schleifelemente mit der jeweiligen Leiterbahn zugleich eine Führung und Zentrierung des Verschiebekörpers bzw. des Grundkörpers innerhalb des Hohlraums erfolgt. Die Schleifelemente können von der Verschiebekörperoberfläche in zueinander gewinkelt stehende Richtungen abstehen.
  • Der Grundkörper und/oder der Verschiebekörper können jeweils als stabförmiger Hohlkörper oder stabförmiger Vollkörper ausgebildet sein. Ein als stabförmiger Hohlkörper ausgebildeter Grund- bzw. Verschiebekörper kann auch als rohrförmiger Grund- bzw. Verschiebekörper bezeichnet werden. Insbesondere ist der den Hohlraum ausbildende Körper, also vorzugsweise der Grundkörper, ein Hohlkörper bzw. rohrförmig und nimmt den anderen Körper, also vorzugsweise den Verschiebekörper, der ein Voll- oder ein Hohlkörper sein kann, zumindest teilweise in sich auf. Eine Rohrform eines in dem Hohlraum aufgenommenen Verschiebekörpers kann beispielsweise vorteilhaft sein, um Anschlussleitungen für die Schleifelemente im Innenraum des Verschiebekörpers zu diesen zu führen. Allgemein können der Grundkörper und der Verschiebekörper insbesondere teleskopartig ineinander gesteckt sein.
  • Der Grundkörper kann für wenigstens eine der Leiterbahnen eine zugeordnete weitere Leiterbahn aufweisen, wobei die jeweilige Leiterbahn und die jeweilige zugeordnete weitere Leiterbahn in der oder einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsrichtung gegenüberliegend zueinander an dem Grundkörper angeordnet und leitend miteinander verbunden sind. Ergänzend oder alternativ kann der Verschiebekörper für wenigstens eines der Schleifelemente ein zugeordnetes weiteres Schleifelement aufweisen, wobei das jeweilige Schleifelement und das jeweilige zugeordnete weitere Schleifelement in der Querschnittsebene gegenüberliegend zueinander an dem Verschiebekörper angeordnet und leitend miteinander verbunden sind. Dies kann insbesondere dazu dienen, durch ein jeweiliges Paar von Leiterbahn und weiterer Leiterbahn bzw. Schleifelement und weiterem Schleifelement ein redundantes Kontaktpaar bereitzustellen, dass das gleiche Signal führt bzw. eine gemeinsame Stromführung durchführt.
  • Eine Bewegung des Verschiebekörpers bezüglich des Grundkörpers senkrecht zur Längsrichtung führt in diesem Fall zwar unter Umständen zu einem schlechteren Kontakt zwischen Leiterbahn und Schleifelement. Zugleich werden die weitere Leiterbahn und das weitere Schleifelement jedoch stärker aufeinander gerückt, wodurch der schlechtere Kontakt zwischen Leiterbahn und Schleifelement zumindest weitgehend kompensiert werden kann. Dies gilt für die umgekehrte Bewegungsrichtung umgekehrt. Da somit Schwankungen der Kontaktqualität durch eine Bewegung von Grundkörper und Verschiebekörper senkrecht zur Längsrichtung weitgehend kompensiert werden, können relativ schwache Klemmkräfte zur Kontaktierung des Schleifelements und der Leiterbahn bzw. des weiteren Schleifelements und der weiteren Leiterbahn genutzt werden, wodurch für die entsprechenden Kontakte auch ein geringer Verschleiß resultiert.
  • Wenn der Längsabschnitt des Verschiebekörpers in dem Hohlraum des Grundkörpers aufgenommen ist, können die Schleifelemente vorzugsweise leitend mit Anschlussleitungen verbunden sein. Die Anschlussleitungen können zumindest abschnittsweise durch einen inneren Hohlraum des Verschiebekörpers geführt sein. Wie obig erläutert kann der Verschiebekörper hierbei insbesondere rohrförmig sein und die Anschlussleitungen können durch den Innenraum des Rohrs geführt werden. Insbesondere können die Anschlussleitungen im Inneren des Hohlraums bis zu einem offenen Ende des Verschiebekörpers geführt werden, um dort die Stirnseite des Verschiebekörpers zum umlaufen und die insbesondere nahe der Stirnseite angeordneten Schleifelemente zu kontaktieren. Alternativ wäre es beispielsweise auch möglich, dass die Wand des Schleifelements Durchbrechungen aufweist, durch die die Anschlussleitungen geführt sind, um die Schleifelemente zu kontaktieren bzw. durch die die Schleifelemente geführt sind, um die Anschlussleitungen zu kontaktieren.
  • Alternativ können die Anschlussleitungen außerhalb des Hohlraums geführt werden. Alternativ kann der Verschiebekörper ein Vollkörper sein, also insbesondere keinen Hohlraum aufweisen.
  • Der Grundkörper kann einen flächigen und zumindest abschnittsweise flexibel biegbaren Leitungsträger umfassen, der die Leiterbahnen trägt und der in einer gebogenen Stellung gehalten ist, indem er gebogen in ein Rohr des Grundkörpers eingesetzt ist und/oder indem zwei Kanten des Leitungsträgers aneinander befestigt sind. Beispielsweise kann als Kontaktmittelträger eine sogenannte Starrflex-Leiterplatte verwendet werden, die starre und flexible Abschnitte umfasst, die sich insbesondere in der fertig montierten elektrischen Verbindungseinrichtung in Umfangsrichtung des Grundkörpers abwechseln. Die starren Abschnitte können beispielsweise Leiterbahnen oder auch zwischen diesen angeordneten Vorsprüngen aufweisen. Durch die Nutzung von flexiblen Abschnitten können die starren Abschnitte in eine zueinander gewinkelt stehende Position gebracht werden. Durch Verbindung der Kanten des Leitungsträgers kann in diesem Fall ein eigenstabiler Grundkörper gebildet werden, so dass ein äußeres Rohr zur Stabilisierung nicht unbedingt notwendig ist. Es kann jedoch dennoch genutzt werden, um die Robustheit der elektrischen Verbindungseinrichtung weiter zu erhöhen. Alternativ könnten die Leiterbahnen beispielsweise auf eine Folie, z.B. eine Semiflex-Leiterplattenfolie, aufgebracht sein, wodurch alleine durch biegen der Folie typischerweise kein eigenstabiler Grundkörper resultiert. Die gebogene Folie kann somit in ein Rohr eingesetzt werden, um die einmal vorgegebene Form zu halten.
  • Der Leitungsträger kann eine Leiterplatte oder Folie sein, auf der die Leiterbahnen unmittelbar aufgebracht sind. Hierbei können die Leiterbahnen beispielsweise aufgedruckt oder durch Ätzen hergestellt sein. Alternativ kann der Leitungsträger auch separat hergestellte Leiterbahnen, beispielsweise dünne Metallblättchen, tragen, die beispielsweise verklebt oder form- oder kraftschlüssig gehalten sein können.
  • Der Leitungsträger kann eine elektromagnetische Strahlung abschirmende Ummantelung, die insbesondere durch das Rohr gebildet ist, und/oder eine elektromagnetische Strahlung abschirmende Beschichtung aufweist. Die Ummantelung bzw. Beschichtung können insbesondere leitfähig sein. Die Ummantelung bzw. Beschichtung kann im Betrieb der Verbindungseinrichtung vorzugsweise leitend mit einem Referenzpotential verbunden sein. Durch die Ummantelung bzw. Beschichtung kann die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Verbindungseinrichtung verbessert werden bzw. durch diese geführte Signale können gegen Störungen abgeschirmt werden. Diese Funktion kann z.B. durch das Rohr erfüllt werden, insbesondere wenn es aus leitfähigem Material gebildet ist. Es können jedoch z.B. auch eine Kupferlackierung, eine Ummantelung durch Ferritfolie oder Ähnliches genutzt werden.
  • Allgemein können der Leitungsträger und/oder die Leiterbahnen jeweils flexibel, semi-flexibel oder starr sein.
  • Die Leiterbahn und/oder der Leitungsträger können in Längsrichtung zumindest einseitig durch ein elastisch verformtes Toleranzausgleichselement geklemmt sein. Beispielsweise kann eine Dichtung oder ein anderes elastisch verformbares Element zwischen einer endseitig in das Rohr eingeschraubten Schraube und die Leiterbahnen bzw. den Leitungsträger geklemmt zu sein. Auf der anderen Seite in Längsrichtung können die Leiterbahnen bzw. der Leitungsträger beispielsweise durch ein Lager zur Längsführung, einen Dichtring oder ein anderes elastisch verformtes Toleranzausgleichselement geklemmt sein. Ein Klemmen durch wenigstens ein Toleranzausgleichselement kann geringfügige Längenunterschiede der einzelnen Leiterbahnen bzw. Toleranzen bei der Herstellung des Leitungsträgers mit geringem Aufwand kompensieren, insbesondere wenn es wie obig erläutert in Verbindung mit einer Schraube genutzt wird.
  • Zwischen dem Grundkörper und dem Verschiebekörper kann ein Dichtmittel, insbesondere ein Dichtring, angeordnet sein. Dies kann einerseits dazu dienen, den Hohlraum und somit den Bereich, in dem die elektrischen Kontakte liegen, vor Fremdkörpern, Staub, Spritzwasser etc. zu schützen. Je nach angestrebter Schutzart können hierbei verschieden aufwendige Dichtmaßnahmen ergriffen werden. Da der den Hohlraum bildende Körper, also insbesondere der Grundkörper, auf allen Seiten abgesehen von der Seite, an der der Verschiebekörper bzw. der Grundkörper über den Hohlraum hinausragt, problemlos dicht abgeschlossen werden kann, kann bereits eine relativ einfache Abdichtung, beispielsweise mit einem Dichtring, ausreichen, um eine gewünschte Schutzart zu erreichen. Eine Dichtung, insbesondere ein Dichtring, kann zugleich als Linearführung dienen, so dass beispielsweise die Führung des Verschiebekörpers bezüglich des Grundkörpers bereits gemeinsam durch eine solche Dichtung an einem Ende des den Hohlraum bildenden Körpers, also insbesondere des Grundkörpers, und die Abstützung des Verschiebekörpers am Grundkörper durch die Schleifelemente realisiert werden kann.
  • Das jeweilige Schleifelement kann eine Biegefeder, insbesondere eine Blattfeder sein. Insbesondere kann eine vorgekrümmte Biegefeder verwendet werden, die mit einem Federbogen an der Leiterbahn anliegt. Hierdurch kann ein geringerer Verschleiß der Leiterbahn erreicht werden, als bei einem Auflegen des Endes der Feder. Ein Ende der Biegefeder kann an dem Verschiebekörper befestigt sein und das andere Ende kann durch die Spannung der Biegefeder zwischen Grund- und Verschiebekörper auf die Oberfläche des Verschiebekörpers aufgepresst werden bzw. in einer Ausnehmung des Verschiebeköpers geführt sein. Somit kann insbesondere eines der Enden der Biegefeder in Längsrichtung bezüglich des Verschiebekörpers verschiebbar sein, wenn die durch den Grundkörper auf die Biegefeder ausgeübte Kraft variiert. Das Schleifelement bzw. insbesondere die Biegefeder kann durch Verkleben, Verlöten, Verschweißen, Verrasten oder Ähnliches an dem Verschiebekörper befestigt sein.
  • Das Schleifelement bzw. ein Kontaktabschnitt bzw. Kontaktpunkt des jeweiligen Schleifelements, über den das jeweilige Kontaktelement die jeweilige Leiterbahn kontaktiert, kann hinsichtlich seiner mechanischen und/oder elektrischen Eigenschaften auf den konkreten Anwendungszweck der Verbindungseinrichtung abgestimmt werden. Beispielsweise können für unterschiedliche Verbindungseinrichtungen unterschiedliche Stromstärken und/oder -frequenzen übertragen werden bzw. es kann eine erwartete Häufigkeit, eine typische Länge und/oder eine typische Geschwindigkeit der Verschiebung des Verschiebekörpers bezüglich des Grundkörpers variieren. Entsprechend kann z.B. die Größe und/oder Form einer Kontaktfläche zwischen Schleifelement und Leiterbahn, eine Federhärte eines als Feder ausgebildeten Schleifelements, ein Oberflächenmaterial, etc. variiert werden, um eine Anpassung an einen gegebenen Anwendungsfall zu erreichen.
  • Der Grundkörper kann für wenigstens ein paar von benachbarten Leiterbahnen einen Vorsprung ausbilden, der sich zwischen den Leiterbahnen in die Längsrichtung erstreckt. Hierdurch kann eine robuste Isolation der Leiterbahnen bzw. der Schleifelemente gegeneinander realisiert werden. Zugleich können entsprechende Vorsprünge dazu dienen, die Schleifelemente zu führen, so dass insbesondere ein Verdrehen des Verschiebekörpers gegenüber dem Grundkörper um eine in Längsrichtung verlaufende Achse durch das Zusammenwirken der Vorsprünge und der Schleifelemente blockiert werden kann.
  • In Umfangsrichtung zwischen wenigstens einer der Leiterbahnen und einer jeweiligen weiteren der Leiterbahnen kann jeweils wenigstens eine Masseleiterbahn angeordnet sein, die sich parallel zu der jeweiligen Leiterbahn in Längsrichtung des Grundkörpers erstreckt. Die Masseleiterbahn bzw. die Masseleiterbahnen können beim Betrieb der Verbindungseinrichtung auf einem definierten Referenzpotential, z.B. auf dem Massepotential liegen. Anders ausgedrückt kann eine die Verbindungseinrichtung umfassende Vorrichtung derart eingerichtet sein, dass beim Betrieb der Vorrichtung die wenigstens eine Masseleiterbahn mit dem Referenzpotential beaufschlagt ist.
  • Dadurch, dass auf einer Seite bzw. vorzugsweise auf beiden Seiten wenigstens einer der Leiterbahnen eine Masseleiterbahn geführt ist resultiert eine Pseudokoaxialleitung, bei der Störeinflüsse im Wesentlichen gleich auf eine Signalleitung, also die Leiterbahn, und eine Masse, also die Masseleiterbahn, wirken. Dies reduziert einen Einfluss solcher Störeinflüsse, ohne dass eine symmetrische Signalführung erforderlich ist.
  • In Umfangsrichtung des Grundkörpers können z.B. abwechselnd Leiterbahnen und Masseleiterbahnen angeordnet sein. Die Masseleiterbahnen müssen nicht notwendig durch den Verschiebekörper kontaktiert werden. Die Masseleiterbahnen können innerhalb der Verbindungseinrichtung bzw. über eine diese umfassende Vorrichtung miteinander kurzgeschlossen sein, da sie auf einem gemeinsamen Referenzpotential liegen sollen.
  • Der Grundkörper kann einen jeweiligen Terminierungswiderstand für wenigstens eine der Leiterbahnen umfassen und/oder der Verschiebekörper kann einen jeweiligen Terminierungswiderstand für wenigstens eines der Schleifelemente umfassen. Der jeweilige Terminierungswiderstand kann die jeweilige Leiterbahn bzw. das jeweilige Schleifelement im Bereich eines jeweiligen freien Endes mit einem Referenzpotential, z.B. einem Massepotential, koppeln. Als freies Ende kann jener Abschnitt betrachtet werden, der ausgehend von einem grundkörperseitigen bzw. verschiebekörperseitigen Anschluss der Verbindungseinrichtung zur Kontaktierung einer externen Einrichtung jenseits des Kontaktpunkts zwischen Schleifelement und Leiterbahn liegt. Wird die Leiterbahn bzw. das Schleifelement mit einem Wechselspannungssignal beaufschlagt, wird dieses durch die jeweilige Leiterbahn bzw. das jeweilige Schleifelement über den Kontaktpunkt hinaus in Richtung des jeweiligen freien Endes geführt und dort reflektiert. Diese Reflektion kann durch Nutzung eines geeigneten Terminierungswiderstands zumindest weitgehend unterdrückt werden. Die Nutzung von Terminierungswiderständen an freien Enden von Signalleitungen ist prinzipiell im Stand der Technik bekannt und soll daher nicht detailliert erläutert werden. Der Terminierungswiderstand kann ein ohmscher Widerstand sein oder auch ein Komplexer Widerstand, der beispielsweise durch ein LC-Glied gebildet ist.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektrischen Verbindungseinrichtung,
    Fig. 2
    eine geschnittene Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Verbindungseinrichtung entlang der Linie II-II,
    Fig. 3
    eine geschnittene Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Verbindungseinrichtung entlang der Linie III-III, und
    Fig. 4
    einen in der Verbindungseinrichtung gemäß Fig. 1 genutzten Leitungsträger vor seiner Formung und Einsetzung in ein Rohr zur Bildung des Grundkörpers.
  • Fig. 1 zeigt eine elektrische Verbindungseinrichtung 1 mit einem Grundkörper 2 und einem Verschiebekörper 3, die in eine Längsrichtung, nämlich quer in Fig. 1, beweglich zueinander gelagert sind. Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die Verbindungseinrichtung 1 entlang der Linie II-II und Fig. 3 zeigt einen solchen Schnitt entlang der Linie III-III. Wie in den Fig. 2 und 3 zu erkennen ist, weist der Grundkörper 2 einen Hohlraum 4 auf, in dem ein Längsabschnitt 5 des Verschiebekörpers 3 aufgenommen ist. Die Länge des Längsabschnitts 5 und somit die Gesamtausdehnung der Verbindungseinrichtung in die Längsrichtung ist durch eine Relativbewegung von Grundkörper 2 und Verschiebekörper 3 variabel.
  • Der Grundkörper 2 trägt mehrere, im Beispiel zehn, Leiterbahnen 6, die sich in Längsrichtung erstrecken. Die Kontaktoberfläche 7 der jeweiligen Leiterbahnen 6 wird durch ein jeweiliges Schleifelement 8, im Beispiel eine Blattfeder, kontaktiert. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist die Blattfeder im Beispiel an einem Ende 9 an dem Verschiebekörper 3 befestigt und kontaktiert zudem eine jeweilige Anschlussleitung 10, die in einem inneren Hohlraum 24 des Verschiebekörpers 3 geführt ist. Das andere Ende 25 der Blattfeder ist im Wesentlichen frei in Längsrichtung beweglich, um eine Verformung der Blattfeder durch ein Ausüben von Kraft durch die Kontaktoberfläche 7 ausgleichen.
  • Durch nicht dargestellte Kontaktmittel der elektrischen Verbindungseinrichtung 1 können seitens des Grundkörpers 2 die Leiterbahnen 6 und seitens des Verschiebekörpers 3 die Schleifelemente 8 bzw. die diese kontaktierenden Anschlussleitungen 10 kontaktiert werden. Hierdurch kann mit geringem technischem Aufwand eine elektrische Verbindung mit variabler Länge für eine Vielzahl unterschiedlicher Signale bzw. Stromleitungen realisiert werden.
  • Um trotz der relativ vielen separaten Kontakte einen kompakten Aufbau der elektrischen Verbindungseinrichtung 1 zu erreichen, werden Leiterbahnen 6 genutzt, deren Kontaktflächen 7, wie insbesondere in Fig. 3 gut zu erkennen ist, gewinkelt zueinander stehen. Entsprechend ragen die Schleifelemente 8 in unterschiedliche Richtungen von der Verschiebekörperoberfläche 11 des Verschiebekörpers 3 ab.
  • Im Beispiel ist die Verschiebekörperoberfläche 11 kreisförmig. Die Grundkörperoberfläche 12, die die Leiterbahnen 6 trägt, ist hingegen aus einer Vielzahl von gewinkelt zueinander stehenden Oberflächenabschnitten 13 gebildet. Zehn der Oberflächenabschnitte 13 tragen jeweils eine der Leiterbahnen 6. Die verbleibenden Oberflächenabschnitte bilden Vorsprünge 14, die einerseits dazu dienen, eine robuste Isolation zwischen den verschiedenen Leiterbahnen 6 bzw. Schleifelementen 8 sicherzustellen. Andererseits können dies Vorsprünge 14 dazu beitragen, ein relatives Verdrehen von Verschiebekörper 3 und Grundkörper 2 zu blockieren, wenn es nicht ohnehin durch andere Mittel, beispielsweise durch eine Linearführung der über die Verbindungseinrichtung 1 gekoppelten Komponenten in einer Maschine, realisiert ist.
  • Mit der im Beispiel dargestellten Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung 1 könnten prinzipiell zehn separate Signale oder Ströme übertragen werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung sind die jeweiligen gegenüberliegenden Leiterbahnen 6 bzw. Schleifelementen 8, was für ein solches Paar in Fig. 3 schematisch durch den Pfeil 15 dargestellt ist, leitend miteinander verbunden. Hierdurch können schwankende Kontaktqualitäten bei einer Relativbewegung von Grundkörper 2 und Verschiebekörper 3 senkrecht zur Längsrichtung weitgehend kompensiert werden.
  • Wird beispielsweise in Fig. 3 der Verschiebekörper 3 etwas nach oben bewegt, resultiert ein etwas schlechterer Kontakt des untersten Schleifelements 8 mit der untersten Leiterbahn 6, da das Schleifelement 8 mit geringerer Kraft auf die Leiterbahn 6 gepresst wird. Zugleich wird durch diese Bewegung jedoch das oberste der Schleifelemente 8 stärker komprimiert und presst somit mit einem höheren Anpressdruck auf die Kontaktoberfläche 7 der obersten Leiterbahn 6. Da die oberste Leiterbahn 6 und die unterste Leiterbahn 6 gegenüberliegen und leitend miteinander verbunden sind und das gleiche für die entsprechenden Schleifelemente 8 gilt, wird somit die potentielle Verschlechterung eines der Kontakte durch eine Verbesserung des anderen der Kontakte zumindest weitgehend kompensiert. Aufgrund der relativ großen Zahl der genutzten Leiterbahnen 6 und Schleifelemente 8 können dennoch weiterhin fünf unabhängige Signale bzw. Ströme transportiert werden.
  • Zudem kann aufgrund der beschriebenen Anordnung der Leiterbahnen 6 und Schleifelemente 8 die jeweilige Anzahl leicht erhöht werden, ohne dass eine deutliche Bauraumerhöhung erforderlich ist. Beispielsweise können sechszehn Leiterbahnen und Schleifelemente genutzt werden, um acht unabhängige Signalleitungen, beispielsweise für eine Gigabit-Ethernet-Verbindung, zu bilden. Es wäre beispielsweise auch möglich, vierzig oder mehr Leiterbahnen und Schleifelemente zu nutzen.
  • In dem gezeigten Beispiel wird der Grundkörper 2 dadurch gebildet, dass ein zumindest abschnittsweise flexibel biegbarer Leitungsträger 17 in ein Rohr 16 eingesetzt wird. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, kann der Leitungsträger 17 zunächst als flacher Leitungsträger 17 hergestellt werden. Die Leiterbahnen 6 können als separate Bauteile an diesem befestigt, beispielsweise aufgeklebt, werden oder beispielsweise durch Platinenätzen oder Drucken unmittelbar auf dem Leitungsträger 17 hergestellt werden. Der Leitungsträger 17 ist insbesondere in Querrichtung in Fig. 4 abschnittsweise biegbar und abschnittsweise steif. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Leitungsträger 17 von der Rückseite 18 her abschnittsweise dünn gefräst wird, um eine Biegbarkeit zu erreichen. Der Leitungsträger 17 kann dann gebogen werden, insbesondere derart, dass sich seine Kanten 19 berühren, und in das Rohr 16 eingesetzt werden. Hierdurch können mit geringem technischem Aufwand die in Umfangsrichtung verteilten Leiterbahnen 6 an der Innenseite des Grundkörpers 2 hergestellt werden.
  • Ist der Leitungsträger 17 ausreichend steif, kann unter Umständen auch auf die Nutzung des Rohrs 16 verzichtet werden, beispielsweise wenn die Kanten 19 des Leitungsträgers 17 miteinander verklebt oder anderweitig verbunden werden. Andererseits wäre es auch möglich, statt eines abschnittsweise steifen Leitungsträgers 17 einen durchgehend flexiblen Leitungsträger oder eine Leitfolie zu nutzen, die beispielsweise an der Innenseite des Rohrs 16 angeklebt werden kann.
  • Der Leitungsträger 17 bzw. die Leiterbahnen 6 sind im Beispiel, wie in Fig. 2 zu erkennen ist, durch das Gleitlager 20 und die Schraube 22 in dem Rohr 16 festgeklemmt. Beispielsweise kann im Rahmen der Herstellung der Verbindungseinrichtung zunächst das Gleitlager 20 eingesetzt werden, anschließend der Leitungsträger 17 in das Rohr 16 eingeführt werden und das Rohr anschließend durch die Schraube 22 verschlossen werden. Um Längentoleranzen des Leitungsträgers 17 bzw. der Leiterbahnen 6 auszugleichen, ist im Beispiel zwischen der Schraube 22 und dem Leitungsträger 17 ein elastisch verformtes Toleranzausgleichselement 21, beispielsweise eine Dichtung 25, eingeklemmt.
  • Durch die Anordnung der Schleifelemente 8 und der Leiterbahnen 6 innerhalb des Hohlraums 4 sind diese weitgehend vor Verunreinigungen geschützt. Dies ist insbesondere der Fall, da das Rohr 16 einseitig durch die Schraube 22 mit der daran angeordneten Dichtung 25 abgeschlossen ist, womit auf dieser Seite typischerweise ohnehin eine hohe Dichtigkeit erreicht wird. An der gegenüberliegenden Seite führt bereits die Nutzung des Gleitlagers 20 zu einer Abdichtung gegenüber größeren Partikeln und einer weitgehenden Abdichtung gegenüber Staub.
  • Ist eine stärkere Abdichtung gewünscht, kann beispielsweise eine zusätzliches Dichtmittel 23 innen- und/oder außenseitig auf das Gleitlager 20 aufgebracht werden. Über die nur beispielhaft dargestellten Dichtungsringe 26 kann eine weitere Vorrichtung, beispielsweise eine linear bewegte Komponente, mit dem Verschiebekörper gekoppelt werden, wobei durch die Nutzung der Dichtringe 26 einerseits eine Einwirkung von Kräften, die nicht in die Längsrichtung wirken bedämpft werden kann und andererseits auch die elektrische Kontaktierung der weiteren Vorrichtung gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet werden kann.

Claims (12)

  1. Elektrische Verbindungseinrichtung (1) mit einem Grundkörper (2) und einem Verschiebekörper (3), die in eine Längsrichtung linear beweglich zueinander gelagert sind, wobei der Grundkörper (2) einen Hohlraum (4) aufweist, in dem ein Längsabschnitt (5) des Verschiebekörpers (3) aufgenommen ist oder umgekehrt, wobei die Länge des in dem Hohlraum (4) aufgenommenen Längsabschnitts (5) durch eine relative Bewegung von Grundkörper (2) und Verschiebekörper (3) in Längsrichtung variabel ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) mehrere sich in Längsrichtung erstreckende, gegeneinander isolierte Leiterbahnen (6) und der Verschiebekörper (3) mehrere gegeneinander isolierte, auf einer Kontaktoberfläche (7) einer jeweiligen der Leiterbahnen (6) aufliegende Schleifelemente (8) zur elektrischen Kontaktierung der Leiterbahnen (6) aufweist,
    - wobei die Leiterbahnen (6) an einer Grundkörperoberfläche (12) des Grundkörpers (2) angeordnet sind, die in einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsrichtung rund oder durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Oberflächenabschnitte (13) gebildet ist, und/oder
    - wobei die Schleifelemente (8) von einer Verschiebekörperoberfläche (11) des Verschiebekörpers (3) abstehen, die in der Querschnittsebene rund oder durch mehrere gewinkelt zueinander stehende Oberflächenabschnitte gebildet ist, und/oder
    - wobei die Kontaktoberflächen (7) wenigstens zweier der Leiterbahnen (6) gewinkelt zueinander stehen.
  2. Elektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) und/oder der Verschiebekörper (3) jeweils als stabförmiger Hohlkörper oder stabförmiger Vollkörper ausgebildet ist.
  3. Elektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) für wenigstens eine der Leiterbahnen (6) eine zugeordnete weitere Leiterbahn (6) aufweist, wobei die jeweilige Leiterbahn (6) und die jeweilige zugeordnete weitere Leiterbahn (6) in der oder einer Querschnittsebene senkrecht zur Längsrichtung gegenüberliegend zueinander an dem Grundkörper (2) angeordnet und leitend miteinander verbunden sind, und/oder dass der Verschiebekörper (3) für wenigstens eines der Schleifelemente (8) eine zugeordnetes weiteres Schleifelement (8) aufweist, wobei das jeweilige Schleifelement (8) und das jeweilige zugeordnete weitere Schleifelement (8) in der Querschnittsebene gegenüberliegend zueinander an dem Verschiebekörper (3) angeordnet und leitend miteinander verbunden sind.
  4. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Längsabschnitt (5) des Verschiebekörpers (3) in dem Hohlraum (4) des Grundkörpers (2) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifelemente (8) leitend mit Anschlussleitungen (10) verbunden sind, wobei einerseits die Anschlussleitungen (10) zumindest abschnittsweise durch einen inneren Hohlraum (24) des Verschiebekörpers (3) oder außerhalb des Hohlraums (24) geführt sind oder wobei andererseits der Verschiebekörper (3) ein Vollkörper ist.
  5. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) einen flächigen und zumindest abschnittsweise flexibel biegbaren Leitungsträger (17) umfasst, der die Leiterbahnen (6) trägt und der in einer gebogenen Stellung gehalten ist, indem er gebogen in ein Rohr (16) des Grundkörpers (2) eingesetzt ist und/oder indem zwei Kanten (19) des Leitungsträgers (17) aneinander befestigt sind.
  6. Elektrische Verbindungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungsträger (17) eine elektromagnetische Strahlung abschirmende Ummantelung, die insbesondere durch das Rohr (16) gebildet ist, und/oder eine elektromagnetische Strahlung abschirmende Beschichtung aufweist.
  7. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (6) und/oder der Leitungsträger (17) in Längsrichtung zumindest einseitig durch ein elastisch verformtes Toleranzausgleichselement (21) geklemmt sind.
  8. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Grundkörper (2) und dem Verschiebekörper (3) ein Dichtmittel (23) angeordnet ist.
  9. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Schleifelement (8) eine Biegefeder, insbesondere eine Blattfeder, ist.
  10. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) für wenigstens ein Paar von benachbarten Leiterbahnen (6) einen Vorsprung (14) ausbildet, der sich zwischen den Leiterbahnen (6) in die Längsrichtung erstreckt.
  11. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung zwischen wenigstens einer der Leiterbahnen (6) und einer jeweiligen weiteren der Leiterbahnen (6) jeweils wenigstens eine Masseleiterbahn angeordnet ist, die sich parallel zu der jeweiligen Leiterbahn (6) in Längsrichtung des Grundkörpers (2) erstreckt.
  12. Elektrische Verbindungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (2) einen jeweiligen Terminierungswiderstand für wenigstens eine der Leiterbahnen (6) umfasst, und/oder dass der Verschiebekörper (3) einen jeweiligen Terminierungswiderstand für wenigstens eines der Schleifelemente (8) umfasst.
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