WO2004098018A1 - Schleifring mit verlustbehafteter schleifbahn - Google Patents

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WO2004098018A1
WO2004098018A1 PCT/EP2004/004056 EP2004004056W WO2004098018A1 WO 2004098018 A1 WO2004098018 A1 WO 2004098018A1 EP 2004004056 W EP2004004056 W EP 2004004056W WO 2004098018 A1 WO2004098018 A1 WO 2004098018A1
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WO
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slideway
damping
slideways
track
signal
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/004056
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English (en)
French (fr)
Inventor
Nils Krumme
Original Assignee
Schleifring Und Apparatebau Gmbh
Priority date (The priority date 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 date listed.)
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Publication date
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Publication of WO2004098018A1 publication Critical patent/WO2004098018A1/de
Priority to US11/262,280 priority patent/US7547212B2/en

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R39/00—Rotary current collectors, distributors or interrupters
    • H01R39/02—Details for dynamo electric machines
    • H01R39/08—Slip-rings
    • H01R39/085—Slip-rings the slip-rings being made of carbon

Definitions

  • the invention relates to systems for electrical transmission between two mutually movable units. These are used, for example, as linear grinding tracks in linearly movable units, such as crane systems, or as slip rings for the transmission of rotation, for example in machine tools or in computer computers.
  • contactless transmission systems are known from the prior art, such as, for example, from DE 44 12 958, which have no self-contained conductor track.
  • the conductor track is interrupted at at least one point. This is acceptable for contactless transmission.
  • these conductor tracks can be terminated without reflection at each end by connecting them to a resistor which corresponds to the characteristic impedance of the conductor track.
  • a signal that is fed in at any point on the conductor track can be transmitted in both directions from the point of the feed to each of the spread closed ends. There it is finally absorbed and can therefore no longer be reflected back into the conductor track. If the signal were reflected, it would be received by the receiver again. Such multiple reception can lead to impairment or even a massive interference in the transmission.
  • slip rings in which a brush preferably runs on a slide track, cannot be produced economically with one interruption.
  • increased brush wear occurs at the interruption.
  • a closed path is also preferred for manufacturing reasons, since the mechanical stresses are distributed evenly over the circumference.
  • a short circuit of this interruption occurs, which at least for a short time leads to the interference of the signal to be avoided. At high data rates of several 100 Mbit / s, this can lead to high data losses.
  • the object of the invention is to improve slip rings or slip tracks in such a way that they have an improved signal transmission, in particular with reduced reflections, compared to the prior art, with simpler and therefore less expensive manufacture.
  • a device according to the invention for the transmission of electrical signals or energy between at least two mutually movable units u includes at least one preferably circular and self-contained slideway made of electrically conductive material arranged along the path of movement and at least one tap movable along this slideway for or decoupling of electrical signals.
  • Slideways according to the invention have damping along their path, which dampens the signal transmitted via the slideway.
  • the slideways themselves are lossy so that the signal is weakened as soon as it traverses the slideways.
  • the terminating resistors on the slideways can thus be omitted. Any reflections at the ends of open slideways or other interferences are attenuated and thus have only an insignificant influence on the signal to be transmitted.
  • a grinding track according to the invention can be used not only with grinding brushes, but also with contactless taps. It is essential to the invention that this is a closed track or grinding track.
  • the damping of the slideway must now be so great that an electrical signal is significantly weakened during a complete revolution and does not significantly falsify the original signal. Tests have shown that the attenuation over the complete cycle must be greater than 6 dB.
  • An attenuation greater than 10 dB is advantageous. If a signal is attenuated by 6 dB, that is to half the amplitude of the signal voltage, in particular in slip rings, a clear evaluation of the signal is still possible despite a superposition of the currently received signal. Higher attenuation values result in better signal quality. However, the received signal amplitude also decreases due to the damping of the slideways, so that the optimal damping of the slideway must be determined from case to case.
  • a slideway according to the invention for the transmission of electrical signals is therefore lossy, so that it attenuates a transmitted signal in such a way that the signal amplitude is reduced by at least ⁇ dB, preferably at least 10 dB, when the entire length of the slideway is traversed.
  • the slideways comprise a resistance material.
  • Resistance materials of this type are, for example, coal, ceramic-metal compounds or also high-resistance metal alloys. Such a configuration creates the losses for damping the transmitted signal into the slideways themselves.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the sliding tracks are provided with additional damping resistors.
  • additional damping resistors must have at least one lossy component.
  • they can have inductive or capacitive components. This enables frequency-dependent damping.
  • the damping resistors are connected in parallel between two slideways or from one slideway to a ground path or ground surface.
  • the number of damping resistors is greater than two.
  • the grinding tracks should not be terminated exclusively, rather, damping should be realized in the course of the grinding tracks. This requires at least three damping resistors. With a higher number of damping resistors, the course of the damping becomes more continuous and the reflections generated at the locations of the damping resistors decrease. However, the production costs increase with the number of damping resistors. Tests to optimize the transmission properties have shown that with 3, 4 or even 5 damping resistors, a significant improvement over the prior art can be achieved.
  • the damping resistances are distributed uniformly over the length of the sliding tracks. This results in an even damping curve.
  • the damping curve could also be adapted for special requirements. For example, a higher number of damping resistors could be installed in certain locations.
  • the damping resistances preferably all have the same value.
  • the damping resistors are optionally arranged in series or parallel to the slideways.
  • a parallel connection to known slideways be it with solid brass slideways or in printed circuit technology, is particularly simple.
  • the conductor tracks need not be interrupted for this.
  • Dampers can also be used in series with the grinding tracks (preferably at interrupted points).
  • tion resistors are attached, in which case the gap is closed again by the damping resistor.
  • a significantly higher damping with better impedance matching can be achieved via a combined series and parallel connection.
  • the dimensioning can take place here, for example, in accordance with the known attenuators (T-link or Pi-link).
  • Fig. 1 shows schematically an arrangement according to the invention in general form.
  • Fig. 2 shows a symmetrical conductor arrangement
  • Fig. 3 shows an asymmetrical conductor arrangement.
  • Fig. 4 shows an arrangement according to the prior art.
  • Fig. 7 shows the equivalent circuit diagram of a prior art arrangement with a closed sliding track.
  • FIG. 8 shows an equivalent circuit diagram of an arrangement corresponding to the prior art with an interrupted grinding track.
  • FIG. 9 shows the equivalent circuit diagram of an arrangement according to the invention with damping resistors connected in parallel.
  • FIG 10 shows the equivalent circuit diagram of an arrangement according to the invention with damping resistors connected in series.
  • FIG. 11 shows the equivalent circuit diagram of an arrangement according to the invention with damping resistors connected in series and additionally in parallel.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in schematic form.
  • a sliding track (10) is used to transmit electrical signals.
  • arrangements consisting of several slideways, such as those shown in FIG. 2 or 3, are used.
  • damping resistors are arranged at different positions of the slideway as an example.
  • the effect is as follows: a signal fed in at the coupling point (5) propagates in both directions along the ring-shaped slideway.
  • the signal component which propagates clockwise, reaches the decoupling point (7) after a short time with relatively little damping.
  • the other signal component which propagates in the opposite direction, reaches the decoupling point (7) with a delay and with significant damping due to the lossy slideway (10).
  • This second signal can therefore hardly influence the first signal.
  • FIG. 2 shows a typical structure of a conductor system, which consists of two sliding tracks (1) and (2) and is used to carry electrical signals. Both slideways are fastened in a carrier made of a dielectric (3). Such a conductor arrangement preferably transmits symmetrical signals.
  • FIG. 3 A further arrangement in the form of an asymmetrical conductor system is shown by way of example in FIG. 3.
  • An outer conductor (2) and an inner conductor (1) are provided, spaced apart by a dielectric (3).
  • 4 shows a slip ring arrangement according to the prior art.
  • a closed sliding track (10) has a transmitter (4) at the coupling point (5).
  • a termination (8) is arranged at a diametrically opposite termination position (9).
  • a signal is picked up at the decoupling point (7) by a movably arranged receiver (6).
  • FIG. 5 shows the arrangement of the termination on a closed sliding track (10).
  • the termination (8) is attached to the connection position (9).
  • the arrows (11) indicate a cut to by the grinding track (10) on the 'later reference still is made.
  • FIG. 6 the arrangement of the termination on an interrupted grinding track (10) is shown in accordance with FIG. 5.
  • the two ends of the sliding track are connected to the terminations (8) and (12) at the termination positions (9) and (13).
  • the section through the sliding track (10) is marked with the arrows (14).
  • FIG. 7 schematically shows an equivalent circuit diagram of a closed conductor arrangement corresponding to the prior art with a termination corresponding to FIG. 5.
  • the electrical impedances are viewed in the direction of the sectional arrow (11). If we now consider the impedances of the slideway from the base of the arrows (11), the following arrangement can be seen:
  • FIG. 8 shows the equivalent circuit diagram of a corresponding arrangement with an interrupted sliding path (10) from FIG. 6. It can be seen here that, starting from the base of the cutting arrow (14), there is a piece of grinding track (10) completed with the closure (8). In this case, a largely reflection-free conclusion can actually be achieved.
  • the grinding path has to be interrupted and furthermore an arrangement with a transmitter movable to the grinding path cannot be realized, since the interruption must be located exactly opposite the transmitter.
  • US 5,018,174 the content of which is to be part of this document.
  • Fig. 9 the equivalent circuit diagram of an arrangement according to the invention is shown with damping resistors connected in parallel.
  • damping resistors are arranged parallel to the pieces of the sliding track (10).
  • the inner track (1) would be connected to the surrounding track (2).
  • the pieces of the slideway are much shorter than the entire length of the slideway (10).
  • a signal which is fed into the slideway (10) is significantly attenuated even after a short piece of slideway, without this having to run through the entire length of the slideway (10) several times, as explained above.
  • FIG. 10 shows an equivalent circuit diagram of a device according to the invention analogous to FIG. 9. However, instead of the parallel resistors, the damping resistors (16) are connected in series with the line sections of the slide track (10). 11 finally shows an equivalent circuit diagram analogous to FIGS. 9 and 10, damping resistors being connected in series and in parallel with the line sections.

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie zwischen wenigstens zwei gegeneinander beweglichen Einheiten, wie sie beispielsweise als Schleifbahn oder Schleifring bekannt ist. Ein beweglicher Abgriff wird über eine entlang der Bahn der Bewegung angeordnete Schleifbahnen bewegt und steht mit dieser in Kontakt. Erfindungsgemäss sind die Schleifbahnen verlustbehaftet und schwächen das übertragene Signal derart ab, dass zusätzliche Abschlusswiderstände an den Schleifbahnen entfallen können.

Description

Schleifring mit verlustbe afteter Schleifbahn
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Systeme zur elektrischen Übertragung zwischen zwei gegeneinander beweglichen Einheiten. Diese werden beispielsweise als lineare Schleifbahnen in linear beweglichen Einheiten, wie Krananlagen oder als Schleifring zur Drehübertragung beispielsweise in Werkzeugmaschinen oder auch in Computerto ografen eingesetzt.
Stand der Technik Bei Schleifringen bzw. Schleifbahnen sind kontaktierende sowie kontaktlose Übertragungstechniken bekannt. Da das technische Funktionsprinzip von Schleifringen zur Drehübertragung sowie von linearen Schleifbahnen zur Linearen bzw. kurvenförmigen Schleifbahnen dasselbe ist, wird in den folgenden Ausführungen nicht weiter zwischen diesen unterschieden. Die Begriffe werden synonym verwendet .
Die Funktionsweise einer elektrischen Signalübertragung wird nachfolgend am Beispiel eines Schleifrings kurz erläutert. Kreisförmige bzw. ringförmige Schleifbahnen sind einer ersten Einheit angebracht. Gegenüber dieser bewegt sich eine zweite Einheit, mit einem Schleifkontakt, welcher auf der Schleifbahn aufliegt und während der Bewegung mit dieser in schleifendem Kontakt steht. Über diesen galvanischen Kontakt kann nun elektrischer Strom übertragen werden. Alternativ zu einem schleifen- den Kontakt ist auch ein berührungsloser Abgriff möglich. In diesem Fall erfolgt die Kopplung vorzugsweise kapazitiv oder induktiv, beispielsweise über eine Feldsonde. Derartige kontaktlose Übertragungen werden vorzugsweise bei mittleren bis hohen Frequenzen eingesetzt. Es wird hier auf den Begriff der Schleifbahn Bezug genommen, obwohl diese grundsätzlich auch zur kontaktlosen sowie zur kontaktierenden Übertragung geeignet ist. Ferner wird nicht zwischen der Übertra- gung elektrischer Signale und Energie unterschieden, da hier die Mechanismen der Übertragung grundsätzlich identisch sind.
Gerade bei mittel- und hochfrequenten Signalen besteht ein Problem dieser Anordnungen darin, diese Signale möglichst störungsfrei entlang der Schleifbahn zu übertragen. Mit den normalerweise eingesetzten Schleifbahnen können nur elektrische Signale übertragen werden, deren Wellenlänge groß gegenüber der elektrischen Weglänge der Schleifbahnen ist. Bei kleinen Vorrichtungen, beispielsweise bei Schleifringen mit nur wenigen Millimetern Durchmesser ist die Länge der Schleifbahn in der Regel vernachlässigbar, somit können hier hohe Bandbreiten realisiert werden. Bei großen Anordnungen, beispielsweise bei Schleifringen wie sie in Computerto- mografen eingesetzt werden, und welche einen Umfang von über fünf Meter aufweisen, sind nur noch relativ niedrige Bandbreiten realisierbar.
Eine in der US-Patentschrift 5,018,174 dargestellte Lösung verbessert die Übertragungseigenschaften der Schleifbahnen. Es wird hier ein Abschlusswiderstand an einer diametral der Einspeiseposition gegenüberliegenden Position angeordnet. Der Nachteil dieser Anordnung ist, dass durch diesen sogenannten Abschlusswiderstand tatsächlich kein reflexionsfreier Abschluss realisier- bar ist. Es treten an der Stelle des sogenannten Abschlusswiderstandes immer noch Reflexionen auf, welche zu Störungen des Signals führen. Weiterhin muss insbesondere bei einer Signaleinspeisung von der zweiten Einheit aus noch ein weiterer beweglichen Abgriff (Bürste oder Bürstenblock) an der zweiten Einheit vorgesehen sein. Dieser weitere Abgriff ist diametral gegenüberliegend (um 180 Grad gegenüber der Einkoppelstelle versetzt) angeordnet. Somit sind bei einer solchen Anordnung immer zwei bewegliche Abgriffe not- wendig. Dies führt zu erhöhten Kosten in der Herstellung und erhöhtem Verschleiß im Falle einer schleifenden Kontaktanordnung. Tatsächlich ist der Nutzen dieses erhöhten Aufwandes nur sehr begrenzt .
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik kontaktlose Übertragungssysteme, wie beispielsweise aus der DE 44 12 958 bekannt, welche keine in sich geschlossene Leiterbahn aufweisen. Somit ist bei diesen die Leiterbahn an zumindest einer Stelle unterbrochen. Dies ist bei einer kontaktlosem Übertragung akzeptabel. Dadurch können diese Leiterbahnen an jedem Ende durch die Beschaltung mit einem Widerstand, welcher der charakteristischen Impedanz der Leiterbahn entspricht reflexionsfrei abgeschlossen werden. Damit kann sich ein Signal, welches an einer beliebigen Stelle der Leiterbahn eingespeist wird, in beide Richtungen ausgehend vom Ort der Einspeisung bis hin zu jedem der abge- schlossenen Enden ausbreiten. Dort wird es schließlich absorbiert und kann somit nicht mehr zurück in die Leiterbahn reflektiert werden. Würde das Signal reflektiert werden, so würde es ein weiteres Mal vom Empfän- ger empfangen werden. Ein solcher mehrfacher Empfang kann zu einer Beeinträchtigung bis hin zu einer massiven Störung der Übertragung führen. Allerdings sind Schleifringe, bei der bevorzugt eine Bürste auf einer Schleifbahn läuft, nicht wirtschaftlich mit einer Unterbrechung herstellbar. So tritt beispielsweise an der Unterbrechung ein erhöhter Bürstenverschleiß auf. Weiterhin wird auch aus fertigungstechnischen Gründen eine geschlossene Bahn bevorzugt, da sich hierbei die mechanischen Spannungen gleichmäßig auf den Umfang verteilen. Schließlich tritt beim Passieren mit einer Bürste einer solchen Unterbrechung ein Kurzschluss dieser Unterbrechung auf, welcher zumindest für einen kurzen Zeitpunkt gerade zu der zu vermeidenden Störung des Signals führt. Dies kann bei hohen Datenraten von mehreren 100 Mbit/s zu hohen Datenverlusten führen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schleifringe bzw. Schleifbahnen derart zu verbessern, dass sie bei einfacherer und damit kostengünstigerer Herstellung gegenüber dem Stand der Technik eine verbesserte Signalübertragung insbesondere mit reduzierten Reflexionen aufweisen.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in dem unabhängigen Patentanspruch angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen wenigstens zwei gegeneinander beweglichen Einheiten u fasst we- nigstens eine entlang der Bahn der Bewegung angeordnete vorzugsweise kreisförmige und in sich geschlossene Schleifbahn aus elektrisch leitfähigem Material sowie wenigstens einen entlang dieser Schleifbahn beweglichen Abgriff zur ein- bzw. Auskopplung elektrischer Signale. Erfindungsgemäße Schleifbahnen weisen entlang ihres Bahnverlaufs eine Dämpfung auf, welche das über die Schleifbahn übertragene Signal dämpft.
Der bisherige Stand der Technik basiert darauf, dass das Signal möglichst verlustfrei über die Schleifbahn übertragen werden soll und die Schleifbahn an einer diskreten Stelle möglichst reflexionsfrei abgeschlossen ist. Untersuchungen haben aber gezeigt, dass insbesondere bei geschlossenen Schleifbahnen ein reflexions- freier Abschluss nicht realisierbar ist. Geschlossene Schleifbahnen sind aber besonders kostengünstig zu fertigen und weisen insbesondere bei kontaktierendem Abgriff einen wesentlich geringeren Verschleiß der Kontaktbürsten auf. Bei unterbrochenen Schleifbahnen ergibt sich ein höherer Verschleiß dadurch, dass die Kontaktbürsten über wenigstens eine Schwelle oder Nut laufen müssen. Muss man aber gerade aus Verschleißgründen auf eine solche Nut verzichten, so bieten auch die aus dem oben zitierten Stand der Technik bekannten rotierenden Abgriffe nur eine unzureichende Wirkung. Im Gegensatz hierzu verfolgt die Erfindung einen grundlegend anderen Ansatz. Die Schleifbahnen selbst werden verlustbehaftet ausgeführt, so dass das Signal bereits beim Durchlaufen der Schleifbahnen abgeschwächt wird. Somit können die Abschlusswiderstände an den Schleifbahnen entfallen. Eventuelle Reflexionen an den Enden von offenen Schleifbahnen oder anderen Störstellen werden abgeschwächt und beeinflussen damit das zu übertragende Signal nur unwesentlich. Selbstverständ- lieh ist eine erfindungsgemäße Schleifbahn nicht nur mit schleifenden Bürsten, sondern auch mit kontaktlosen Abgriffen einsetzbar. Erfindungswesentlich ist, dass es sich hierbei um eine geschlossene Bahn bzw. Schleifbahn handelt. Die Dämpfung der Schleifbahn uss nun derart groß sein, dass ein elektrisches Signal bei einem vollständigen Umlauf signifikant abgeschwächt wird und das ursprüngliche Signal nicht wesentlich verfälscht. Versuche haben gezeigt, dass die Dämpfung über den vollständigen Umlauf größer 6 dB betragen muss . Vor- teilhaft ist eine Dämpfung größer 10 dB. Wird insbesondere bei Schleifringen ein Signal entlang des Verlaufs um 6 dB, also auf die halbe Amplitude der Signalspannung abgeschwächt, so ist trotz einer Überlagerung des aktuellen empfangenen Signals noch eine eindeutige Auswertung des Signals möglich. Höhere Dämpfungswerte ergeben hier eine bessere Signalqualität. Allerdings sinkt durch die Dämpfung der Schleifbahnen auch die empfangene Signalamplitude, so dass hier von Fall zu Fall entsprechend die optimale Dämpfung der Schleifbahn ermittelt werden muss.
Eine erfindungsgemäße Schleifbahn zu Übertragung elektrischer Signale ist daher verlustbehaftet, so dass sie ein übertragenes Signal derart abschwächt, dass sich die Signalamplitude beim Durchlaufen der gesamten Länge der Schleifbahn um wenigstens β dB, vorzugsweise wenigstens lOdB verringert.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Schleifbahnen ein Widerstandma- terial . Derartige Widerstandmaterialien sind beispielsweise Kohle, Keramik-Metall-Verbindungen oder auch hochohmige Metall-Legierungen. Durch eine solche Ausgestaltung entstehen die Verluste zur Dämpfung des übertragenen Signals in die Schleifbahnen selbst.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass die Schleifbahnen mit zusätzlichen Dämpfungswiderständen versehen sind. Somit können herkömmliche Schleifbahnen eingesetzt werden, bei denen die Dämpfung durch die Beschaltung mit zusätzlichen Dämpfungswiderständen hergestellt wird. Diese zusätzli- chen Dämpfungswiderstände müssen zumindest eine verlustbehaftete Komponente aufweisen. Zusätzlich können diese induktive oder kapazitive Komponenten aufweisen. Dadurch lässt sich eine frequenzabhängige Dämpfung realisieren. Die Dämpfungswiderstände werden erfin- dungsgemäß parallel zwischen zwei Schleifbahnen oder von einer Schleifbahn zu einer Massebahn oder Massefläche geschaltet .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzahl der Dämpfungswiderstände größer als zwei. Erfindungsgemäß soll eben nicht ausschließlich ein Abschluss der Schleifbahnen erfolgen, vielmehr soll eine Dämpfung im Verlauf der Schleifbahnen realisiert sein. Hierzu sind mindestens drei Dämpfungswiderstände notwendig. Mit einer höheren Anzahl von Dämpfungswiderständen wird der Verlauf der Dämpfung kontinuierlicher und die an den Orten der Dämpfungswiderstände erzeugten Reflexionen sinken. Allerdings steigen mit der Anzahl der Dämpfungs iderstände auch die Fertigungskosten. Versuche zur Optimierung der Übertragungseigenschaften haben gezeigt, dass bereits mit 3, 4 oder auch 5 Dämpfungswiderständen eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erreicht werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfin- düng sind die Dämpfungswiderstände gleichmäßig über die Länge der Schleifbahnen verteilt. Somit ergibt sich ein gleichmäßiger Dämpfungsverlauf. Bei speziellen Anforderungen könnte allerdings auch der Dämpfungsverlauf angepasst werden. So könnte an bestimmten Orten eine höhere Anzahl von Dämpfungswiderständen angebracht werden. Vorzugsweise weisen die Dämpfungswiderstände alle den gleichen Wert auf.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Dämpfungswiderstände wahlweise in Serie bzw. parallel zu den Schleifbahnen angeordnet. Eine Parallelschaltung zu bekannten Schleifbahnen, sei es bei Schleifbahnen aus massivem Messing oder in gedruckter Schaltungstechnik ist besonders einfach. Hierzu müssen insbesondere die Leiterbahnen nicht unterbrochen werden. Auch in Serie zur Schleifbahnen (vorzugsweise an unterbrochenen Stellen) können Dämp- fungswiderstände angebracht werden, wobei dann die Lücke wieder durch den Dämpfungswiderstand geschlossen wird. Eine wesentlich höhere Dämpfung bei gleichzeitig besserer Impedanzanpassung lässt sich allerdings über eine kombinierte Serien- und Parallelschaltung erreichen. Die Dimensionierung kann hier beispielsweise entsprechend den bekannten Dämpfungsgliedern (T-Glied oder Pi-Glied) erfolgen.
Beschreibung der Seichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Fig. 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung.
Fig. 2 zeigt eine symmetrische Leiteranordnung.
Fig. 3 zeigt eine unsymmetrische Leiteranordnung.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung entsprechend dem Stand der Technik.
Fig. 5 zeigt den Abschluss einer geschlossenen Schleif- bahn.
Fig. 6 zeigt in Abschluss einer unterbrochenen Schleif- bahn.
Fig. 7 zeigt das Ersatzschaltbild einer dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung mit geschlossener Schleifbahn.
Fig. 8. zeigt ein Ersatzschaltbild einer dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung mit unterbrochener Schleifbahn. Fig. 9 zeigt das Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung mit parallel geschalteten Dämpfungswiderständen.
In Fig. 10 ist das Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung mit in Serie geschalteten Dämpfungswiderständen dargestellt.
Fig. 11 zeigt das Ersatzschaltbild einer erfindungsge- .mäßen Anordnung mit in Serie sowie zusätzlich parallel geschalteten Dämpfungswiderständen.
Fig. 1 zeigt in sche atischer Form eine erfindungsgemä- ße Vorrichtung. Eine Schleifbahn (10) dient zur Übertragung elektrischer Signale. Selbstverständlich werden in der Praxis Anordnungen aus mehreren Schleifbahnen, wie diese beispielsweise in Fig. 2 oder 3 dargestellt sind eingesetzt. Der Einfachheit halber wird in den folgenden Erläuterungen aber nur auf eine Schleifbahn
(10) Bezug genommen. Es wird hier beispielhaft eine Anordnung mit einem Sender, welcher fest an die Schleifbahn angekoppelt ist und einem gegenüber diesem beweglich angeordneten Empfänger erläutert. Der Rich- tungspfeil zeigt die möglichen Richtungen der Bewegung an. Selbstverständlich ist der Gegenstand der Erfindung auch auf Anordnungen übertragbar, bei denen beispielsweise der Sender beweglich gegenüber der Schleifbahn angeordnet und Empfänger fest mit dieser verbunden ist. Ebenso können aber auch Sender und Empfänger beweglich gegenüber der Schleifbahn angeordnet sein. An der Einkoppelstelle (5) wird von Sender (4) ein Signal in die Schleifbahn (10) eingekoppelt. Ein beweglich angeordneter Empfänger (6) koppelt an seiner aktuellen Position, der Auskoppelstelle (7) ein Empfangsignal aus der Schleifbahn aus. Weiterhin sind hier beispielhaft 4 Dämpfungswiderstände (15) an verschiedenen Positionen der Schleifbahn angeordnet. Die Wirkung ist folgende: ein an der Einkoppelstelle (5) eingespeistes Signal breitet sich in beiden Richtungen entlang der ringförmigen Schleifbahn aus. Die Signalkomponente, welche sich im Urzeigersinn ausbreitet, erreicht nach kurzer Zeit mit relativ geringer Dämpfung die Auskoppelstelle (7). Die andere Signalkomponente, welche sich in entgegengesetzter Richtung ausbreitet, erreicht die Auskoppelstelle (7) verzögert und mit deutlicher Dämpfung durch die verlustbehaftete Schleifbahn (10). Somit kann dieses zweite Signal das erste Signal kaum mehr beeinflussen.
In Fig. 2 ist beispielhaft ein typischer Aufbau eines Leitersystems dargestellt, welches aus zwei Schleifbahnen (1) und (2) besteht und zur Führung elektrischer Signale dient. Beide Schleifbahnen sind in einem Träger aus einem Dielektrikum (3) befestigt. Vorzugsweise werden durch eine solche Leiteranordnung symmetrische Signale übertragen.
In Fig. 3 ist beispielhaft eine weitere Anordnung in Form eines unsymmetrischen Leitersystems dargestellt. Hierbei ist ein äußerer Leiter (2) sowie ein innerer Leiter (1), beabstandet durch ein Dielektrikum (3) vorgesehen. In Fig. 4 ist eine Schleifringanordnung entsprechend dem Stand der Technik dargestellt. Eine geschlossene Schleifbahn (10) weist an der Einkoppelstelle (5) einen Sender (4) auf. An einer diametral gegenüberliegenden Abschlussposition (9) ist ein Abschluss (8) angeordnet. Ein Signalabgriff erfolgt an der Auskoppelstelle (7) durch einen beweglich angeordneten Empfänger (6) .
In Fig. 5 ist die Anordnung des Abschlusses an einer geschlossenen Schleifbahn (10) dargestellt. Hierin ist an der Anschlussposition (9) der Abschluss (8) angebracht. Die Pfeile (11) deuten einen Schnitt durch die Schleifbahn (10) an, auf den' später noch Bezug genommen wird.
In Fig. 6 ist entsprechend der Fig. 5 die Anordnung des Abschlusses an einer unterbrochenen Schleifbahn (10) dargestellt. Die beiden Enden der Schleifbahn sind jeweils an dem Abschlusspositionen (9) und (13) mit den Abschlüssen (8) und (12) beschaltet. Der Schnitt durch die Schleifbahn (10) ist mit den Pfeilen (14) gekennzeichnet .
Fig. 7 zeigt schematisch ein Ersatzschaltbild einer dem Stand der Technik entsprechenden, geschlossenen Leiteranordnung mit einem Abschluss entsprechend Fig. 5. Die Betrachtung der elektrischen Impedanzen erfolgt in Richtung des Schnittpfeils (11) . Betrachtet man nun von der Basis der Pfeile (11) ausgehend die Impedanzen der Schleifbahn, so ist folgende Anordnung erkennbar:
• ein Stück der Schleifbahn (10) gefolgt von
• dem Abschluss (8), gefolgt von • der gesamten Schleifbahn (10) , hier der Anschaulichkeit halber als (10') dargestellt, gefolgt von
• dem Abschluss (8), welcher hier nun von der elektrischen Welle ein zweites Mal durchlaufen wird und entsprechend hier als (8') dargestellt ist.
Bei weiteren Durchläufen wird die Schleifbahn (10) sowie der Abschluss (8) wiederum durchlaufen, hier für den zweiten vollständigen Durchlauf als (10'') sowie (8' ' ) dargestellt.
Mit dieser Anordnung ist ein reflexionsfreier Abschluss nicht realisierbar, da auf den Abschluss (8) wieder die Schleifbahn (10) folgt. Damit ergibt sich eine Parallelschaltung der Impedanz des Abschlusses (8) sowie der transformierten Impedanz der Leitung (10). Weiterhin kann die Welle die Leitung theoretisch beliebig oft durchlaufen. Sie wird hierbei von Durchlauf zu Durchlauf allerdings etwas abgeschwächt. Dennoch sind auch hier in der Praxis deutliche Überlagerung mit einander zeitversetzten Signalen, entsprechend der Laufzeit der gesamten Länge der Schleifbahn (10) festzustellen.
In Fig. 8 ist das Ersatzschaltbild einer entsprechenden Anordnung mit unterbrochener Schleifbahn (10) aus Fig. 6 dargestellt. Hierin ist zu erkennen, dass ausgehend von der Basis des Schnittpfeils (14) ein Stück Schleifbahn (10) abgeschlossen mit dem Abschluss (8) vorliegt. In diesem Fall lässt sich tatsächlich ein weitgehend reflexionsfreier Abschluss erreichen. Allerdings ist hierzu die Schleifbahn zu unterbrechen und weiterhin ist eine Anordnung mit einem Sender beweglich zu Schleifbahn nicht realisierbar, da die Unterbrechung exakt gegenüberliegend dem Sender angeordnet sein muss . Zur Erklärung des Effekts wird auf die US 5,018,174 verwiesen, deren Inhalt mit Bestandteil dieses Dokument sein soll.
In Fig. 9 ist das Ersatzschaltbild eine erfindungsgemäße Anordnung mit parallel geschalteten Dämpfungs iderständen dargestellt. Entsprechend den Schnitten aus den Figuren 5 bzw. 6 ergibt sich eine Serienschaltung von jeweils kurzen Stücken einer Schleifbahn (10) gefolgt von Dämpfungswiderständen (15) . Die Dämpfungswiderstände sind hier parallel zu den Stücken der Schleifbahn (10) angeordnet. Dies würde beispielsweise in Fig. 2 eine Verbindung der beiden Schleifbahnen (1) und (2) durch einen Dämpfungswiderstand (15) bedeuten. Analog wäre in Fig. 3 die innere Schleifbahn (1) mit der diese umgebenden Schleifbahn (2) verbunden. Die Stücke der Schleifbahn sind hier wesentlich kürzer als die gesamte Länge der Schleifbahn (10). Somit wird ein Signal, welches in die Schleifbahn (10) eingespeist wird, bereits nach einem kurzen Stück Schleifbahn wesentlich gedämpft, ohne dass dies, wie zuvor erläutert, mehrmals die gesamte Länge der Schleifbahn (10) durchlaufen muss . Dadurch werden Störungen durch Überlagerung zeitverzögerter Signale, welche durch mehrfaches Durchlaufen des gesamten Rings entstehen, ausgeschlossen.
In Fig. 10 ist ein Ersatzschaltbild eine erfindungsgemäße Vorrichtung analog zu Fig. 9 dargestellt. Aller- dings sind an Stelle der Parallelwiderstände die Dämpfungswiderstände (16) in Serie zu den Leitungsstücken der Schleifbahn (10) geschaltet. Fig. 11 zeigt schließlich ein Ersatzschaltbild analog Fig. 9 und Fig. 10, wobei Dämpfungswiderstände in Serie und parallel zu den Leitungsstücken geschaltet sind.
Besugsseichenliste
1 Erste Schleifbahn
2 Zweite Schleifbahn 3 Dielektrikum
4 Sender
5 Einkoppelstelle
6 Empfänger
7 Auskoppelstelle 8 Abschluss
9 Abschlussposition
10 Schleifbahnen
11 Schnitt durch Schleifbahnen
12 Abschluss 13 Abschlussposition
14 Schnitt durch Schleifbahnen
15 Dämpfungswiderstand (parallel!
16 Dämpfungswiderstand (seriell)

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen wenigstens zwei gegeneinander drehbaren Einheiten umfassend wenigstens eine entlang der Bahn der Drehung angeordnete und geschlossene Schleifbahn (10) aus elektrisch leitfähigem Material sowie wenigstens einen entlang die- ser Schleifbahn beweglichen Abgriff zur ein- bzw. Auskopplung elektrischer Signale in bzw. aus der Schleifbahn, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schleifbahn verlustbehaftet ist und ein übertragenes Signal derart abschwächt, dass sich die Signalamplitude beim Durchlaufen der gesamten Länge der Schleifbahn um wenigstens 6 dB, vorzugsweise wenigstens lOdB verringert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifbahnen ein Widerstandmaterial, wie beispielsweise Kohle oder Keramik-Metall- Verbindungen umfassen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifbahnen mit zusätzlichen Dämpfungswiderständen (15, 16) versehen sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Dämpfungswiderstände größer zwei ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 bzw. 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungswiderstände gleichmäßig über die Länge der Schleifbahn verteilt sind und annähernd gleiche Werte aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungswiderstände wahlweise in Serie bzw. parallel zu den Schleifbahnen angeordnet sind.
7. Schleifbahn zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen wenigstens zwei gegeneinander drehbaren Einheiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifbahn verlustbehaf et ist und ein übertragenes Signal derart abschwächt, dass sich die Signalamplitude beim Durchlaufen der gesamten Länge der Schleifbahn um wenigstens 6 dB, vorzugswei- se wenigstens lOdB verringert.
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