DE1099027B

DE1099027B - Elektrische Verbindung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Organen

Info

Publication number: DE1099027B
Application number: DEF30191A
Authority: DE
Inventors: George Lewis Aitken
Original assignee: Ferranti PLC
Current assignee: Ferranti International PLC
Priority date: 1959-01-02
Filing date: 1959-12-28
Publication date: 1961-02-09
Also published as: NL122693C; CH376977A; US3001034A; GB872612A; NL246987A; FR1244103A

Description

DEUTSCHES

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Verbindung zwischen zwei relativ zueinander drehbaren Organen, wobei die Relativdrehung kleiner als 360° ist.

Bei gewissen Arten von elektrischen Apparaten, welche hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt werden, z. B. bei Radarapparaten, die mit mechanischen Richtantennen ausgerüstet sind, ist es notwendig, daß gewisse Aggregate, z. B. Kraftquellen, die auf einem ortsfesten Träger angeordnet sind, elektrisch mit anderen Aggregaten verbunden sind, die auf einem beweglichen Träger angeordnet sind, welcher relativ zum festen Träger drehbar ist.

Solche Verbindungen werden oft über Schleifringe oder durch ein elektrisches Kabel gemacht, das am ortsfesten Träger und dem beweglichen Träger verankert ist, wobei genügend loses Kabel zwischen den Verankerungspunkten belassen wird, um die erforderliche Bewegung zu ermöglichen. Diese Arten der Verbindung haben jedoch bekannte Nachteile. Schleifringe erleiden Kontaktschwierigkeiten durch schmutzige Ringe und veränderliche Kontaktwiderstände, und loses Kabel ist ungeeignet, wenn der Apparat als Ganzes großen Schwingungs- und Beschleunigungskräften ausgesetzt wird, welche das Kabel bean- Sprüchen oder es sogar von der Verankerung abreißen.

Es ist ein Zweck der vorliegenden Erfindung, eine elektrische Verbindung zwischen zwei relativ drehbaren Organen vorzusehen, bei welcher diese Nachteile vermieden sind.

Die elektrische Verbindung zwischen zwei Organen, die eine Relativdrehung um eine gegebene Achse ausführen können, weist erfindungsgemäß ein Planetenradgetriebe auf, bestehend aus einem Sonnenrad, aus einem mit dem anderen Organ fest und konzentrisch zur Drehachse angeordneten Ringkranz und aus einer ungeraden Anzahl von in einer Reihe angeordneten, mit dem Sonnenrad und dem Ringkranz zusammenwirkenden Planetenrädern, wobei der Ringkranz jeweils längs seiner konkaven Fläche und die Räder mindestens eine Nut längs ihrer konkaven Fläche aufweisen und wobei mindestens ein elektrisches Verbindungskabel in einer Nut im Ringkranz von einem festen Punkt aus zum Berührungspunkt mit dem ersten Planetenrad und darauf in einer Nut in jedem der Planetenräder und dem Sonnenrad in entgegengesetzten Richtungen um benachbarte Räder zu einem festen Punkt am Sonnenrad verläuft.

Wenn es erwünscht ist, mehr als ein elektrisches Verbindungskabel zu benutzen, können das Sonnenrad, der Ringkranz und die Planetenräder mit je einer getrennten Nut für jedes Kabel versehen sein.

Wenn es notwendig ist, können das Sonnenrad, der Elektrische Verbindung

zwischen zwei relativ zueinander

drehbaren Organen

Anmelder:
Ferranti Ltd.

Electrical Sd General Engineers,
Hollinwood, Lancashire (Großbritannien)

Vertreter: Dr. B. Quarder, Patentanwalt,
Stuttgart O, Richard-Wagner-Str. 16

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien, vom 2. Januar 1959

George Lewis Aitken, Edinburgh (Großbritannien),
ist als Erfinder genannt worden

Ringkranz und die Planetenräder durch Trommeln ersetzt sein, von welchen jede mit Nuten versehen ist, um die elektrischen Verbindungskabel aufzunehmen. In der vorliegenden Beschreibung soll die Bezeichnung Räder auch solche Trommeln einschließen.

Ferner kann das Sonnenrad und/oder der Ringkranz durch einen bogenförmigen Teil ersetzt sein.

Das Sonnenrad, der Ringkranz und die Planetenräder können durch ineinandergreifende Zähne in der Art eines normalen Planetenradgetriebes zusammenwirken, oder sie können durch Reibung zusammenwirken.

Wo zwei elektrische Kabel benutzt werden, können sie längs Nuten im Sonnenrad, dem Ringkranz und den Plantenrädern in entgegengesetzten Richtungen zueinander verlaufen, und die Räder können dann miteinander durch Reibungseingriff mit den elektrischen Verbindungskabeln zusammenwirken, welche mit Stahlseelen verstärkt sein können.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der wesentlichen Teile einer Verbindung;

Fig. 2 a und 2b sind schematische Darstellungen der Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Verbindung;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der wesentlichen Teile einer anderen Verbindung, und

Fig. 4 ist eine Darstellung einer Abänderung der in Fig. 3 gezeigten Verbindung.

109 509/434

Die in Fig. 1 gezeigte Verbindung weist* ein Sonnenrad 1, einen bogenförmigen Teil 2 eines Ringkranzes und ein Planetenrad 3 auf. Das Sonnenrad 1 ist mit einem drehbaren Organ 4 fest und der bogenförmige Teil 2 ist mit einem ortsfesten Organ 5 fest verbunden. Das Sonnenrad I₁ der bogenförmige Teil 2 und das Planetenrad 3 wirken durch Reibungsberührung der Teile 6, 7 bzw. 8 zusammen, welche Teile aufgerauht sind, um eine nicht gleitende Berührung zu gewährleisten. Nuten 9, 10 und 11 sind im Sonnenrad I₁ im bogenförmigen Teil 2 bzw. Planetenrad 3 vorhanden.

Ein elektrisches Verbindungskabel 12 für die Verbindung einer (nicht gezeigten) Einheit an dem festen Organ 5 mit einer anderen (nicht gezeigten Einheit) an dem drehbaren Organ 4 ist durch ein Band 13 an einem Ende der Nut 10 des bogenförmigen Teiles 2 befestigt. Danach verläuft das Kabel 12 längs der Nut 10 so weit wie die Berührungsstelle des bogenförmigen Teiles 2 mit dem Planetenrad 3., längs der Nut 11 so weit wie die Berührungsstelle des Planetenrades 3 mit dem Sonnenrad 1 und dami längs der Nut 9 zu einer festen Stelle 14 am Umfang des Sonnenrades 1. Das Kabel 12 geht dann durch eine zentrale Öffnung im Sonnenrad 1 und wird zur (nicht gezeigten) Einheit am drehbaren Organ 4 geführt.

Das Planetenrad 3 wird in der gleichen Ebene wie das Sonnenrad 1 und der bogenförmige Teil 2 mittels eines am Planetenrad 3 angeordneten Flansches gehalten, indem der Flansch in entsprechende Nuten im Sonnenrad 1 und dem bogenförmigen Teil 2 eingreift. Zwecks größerer Übersichtlichkeit ist dies in der Zeichnung nicht gezeigt worden.

Aus den Fig. 2 a und 2 b, welche die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Verbindung darstellen, ist ersichtlich, daß, wenn sich das Planetenrad 3 in seiner Mittellage in bezug auf den bogenförmigen Teil 2 (Fig. 2 a) befindet, die Länge des Kabels 12 zwischen den zwei festen Punkten 13 und 14 wie folgt ist:

L₁= K₁+K₂+K_z. (1)

Wenn sich das drehbare Organ 4 um einen Winkel Θ (Fig. 2 b) dreht, dreht sich die Linie, welche die Mittelpunkte des Sonnenrades 1 und des Planetenrades 3 verbindet, um einen Winkel Φ wobei das Verhältnis zwischen Θ und Φ durch die bekannte Planetenformel ergibt:

(2)

wo Y₁ der Radius des Sonnenrades 1 und R der Radius des Ringkranzes 2 ist.

Die Länge des Kabels zwischen den zwei festen Punkten 13 und 14 ist nun:

^=Κ₁+τ₁{Θ-Φ) +Κ₂+Κ_Ζ-ΕΦ

50

⁵⁵

=Κ₁+Κ₂+Κ_ζ+τ_ί(Θ-Φ)-ΕΦ. (3)

Aus Gleichung (2) ist jedoch

und daher folgt aus Gleichung (3)

L₂= K₁+K₂+K^= L₁.

(4) (5)

Aus Gleichung (5) ist ersichtlich, daß, wenn sich das drehbare Organ 4 um einen Winkel Θ weniger als 180° aus der Mittellage dreht, die Kabellänge zwischen den zwei festen Punkten 13 und 14 konstant bleibt und kein lockeres Kabel zwischen den zwei Punkten vorhanden ist.

Wenn es notwendig ist, mehr als ein Kabel zu benutzen, um die notwendigen Verbindungen zwischen Einheiten am festen Organ 5 und Einheiten am drehbaren Organ 4 herzustellen, wobei eine getrennte Nut für jedes Kabel in jedem der Räder I₁ 2 und 3 vorhanden ist, und wenn eine genügende Anzahl von Kabeln erforderlich ist, können die Räder I₁ 2 und 3 durch Kabeltrommeln ersetzt sein.

Eine alternative Anordnung, bei welcher zwei Verbindungskabel benutzt werden, ist in Fig. 3 der Zeichnung gezeigt.

Bei dieser Anordnung ist ein Sonnenrad I₁ ein bogenförmiger Teil 2 eines Ringkranzes und ein Planetenrad 3 vorhanden, wobei das Sonnenrad 1 an einem drehbaren Organ 4 und der bogenförmige Teil 2 an einem festen Organ 5 befestigt ist, wie bei der in Fig. 1 gezeigten Verbindung. Die Räder I₁ 2 und 3 sind mit Getriebeverzahnungen 15, 16 bzw. 17 versehen, und die Räder greifen nach Art einer normalen Planetenradverzahnung ineinander. Dies wird bevorzugt, weil das Zusammenwirken der Getriebezähne positiver ist als die im vorhergehenden Beispiel beschriebene Reibungsberührung.

Das Sonnenrad 1 ist mit zwei Nuten 18 und 19 versehen; ferner ist der gebogene Teil 2 mit zwei Nuten 20 und 21 und das Planetenrad 3 mit zwei Nuten 22 und 23 versehen. Die Verbindungskabel 24 und 25 sind vorgesehen, um die notwendigen Verbindungen zwischen (nicht gezeigten) Einheiten am festen Organ 5 und (nicht gezeigten) Einheiten am drehbaren Organ 4 herzustellen.

Das Kabel 24 ist in der Nut 20 am einen Ende des bogenförmigen Teiles 2 durch ein Band 26 befestigt. Vom Band 26 geht das Kabel 24 längs der Nut 20 so weit, wie der bogenförmige Teil 2 mit dem Planetenrad 3 im Eingriff steht, darauf längs der Nut 23 zur Eingriffsstelle des Planetenrades 3 mit dem Sonnenrad 1 und dann längs der Nut 18 zu einem festen Punkt 27 am Sonnenrad 1. Danach verläuft das Kabel 24 durch eine zentrale Öffnung im Sonnenrad 1 zu der (nicht gezeigten) Einheit am drehbaren Organ 4.

Das Kabel 25 folgt einer ähnlichen Bahn von dem Band 28., das es an einem Ende der Nut 21 festlegt, zu einem zweiten festen Punkt29 am Sonnenradi; jedoch verläuft es um das Planetenrad 3 und das Sonnenrad 1 in entgegengesetzter Richtung zum Kabel 24, und auf diese Weise sind die auf die beweglichen Organe zufolge der Spannung der zwei Kabel ausgeübten Drehmomente gleich und entgegengesetzt.

Praktisch wird bisweilen gefunden, daß die Kabel 24 und 25 nicht längs der Nuten 20 und 21 in dem bogenförmigen Teil verlaufen, sondern Sehnen zwischen den festen Bändern 26 und 28 und der Eingriffsstelle des bogenförmigen Teiles 2 mit dem Planetenrad 3 bilden, und es können sich gewisse Veränderungen der Spannung in den Kabeln ergeben. Wenn diese Veränderung nicht erwünscht ist, kann eine Anordnung, wie sie schematisch in Fig. 4 gezeigt ist, benutzt werden.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung sind das Sonnenrad 1, der bogenförmige Teil 2 und das Planetenrad 3 so angeordnet wie bei den vorhergehenden zwei Anordnungen. Ein Planetenträger 30 ist mit bogenförmigen Verlängerungen 31 versehen, an welchen Rollen 32 gelagert sind. Die Rollen 32 liegen an den (nicht gezeigten) Kabeln an und zwingen sie, den Nuten zu folgen und daher die Spannung in den Kabeln im wesentlichen konstant aufrechtzuhalten.

Obschon das Sonnenrad und das Planetenrad bei den vorstehenden Beispielen mit gleichem Durch-

messer gezeigt sind, kann das Planetenrad irgendeinen erforderlichen Durchmesser haben oder durch eine ungerade Anzahl von Planetenrädern ersetzt sein.

Wenn ferner, wie es in bezug auf Fig. 3 beschriel >en ist, zwei elektrische Verbindungskabel benutzt werden, ist es möglich, ein befriedigendes Zusammenwirken zwischen dem Sonnenrad, dem Planetenrad und dem bogenförmigen Teil durch Benutzung der Reibung zwischen den Rädern und den elektrischen Verbindungskabeln zu erreichen, in welchem Fall die Kabel mit einer Stahlverstärkungsseele versehen sein können, um ein Verziehen und allfälligen Bruch der Kabel zu vermeiden.

Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Relativdrehung zwischen den zwei Organen auf einen Winkel von weniger als 360° begrenzt. Wenn eine Drehung über einen größeren Winkel als 360° erforderlich ist, ist es notwendig, zwei solcher Verbindungen zu benutzen, die mechanisch in Reihe geschaltet sind.

Claims

Patentansprüche·

1. Elektrische Verbindung zwischen zwei Organen, die relativ zueinander um eine bestimmte Achse drehbar sind, gekennzeichnet durch ein PIanetenradgetriebe, bestehend aus einem mit einem der Organe fest und konzentrisch zur Drehachse verbundenen Sonnenrad (1), aus einem mit dem anderen Organ fest verbundenen und konzentrisch zur Drehachse angeordneten Zahnkranz (2) und aus einer ungeraden Anzahl von in einer Reihe angeordneten, mit dem Sonnenrad (1) und dem Zahnkranz (2) zusammenwirkenden Planetenrädern (3), wobei der Zahnkranz (2) längs seiner konkaven Fläche und die Räder (1, 3) längs ihrer konvexen Fläche jeweils mindestens eine Nut aufweisen und wobei mindestens ein elektrisches Verbindungskabel in einer Nut im Zahnkranz (2) von einem festen Punkt aus zu dem Berührungspunkt mit dem ersten Planetenrad (3) und anschließend jeweils in einer Nut eines jeden der übrigen Planetenräder und des Sonnenrades (1), jeweils das benachbarte Rad in entgegengesetztem Umlaufsinne umfassend, zu einem festen Punkt am Sonnenrad (1) verläuft.

2. Elektrische Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von elektrischen Verbindungskabeln aufweist und daß das Sonnenrad, der Ringkranz und die Planetenräder jeweils mit einer besonderen Nut für jedes der Verbindungskabel versehen sind.

3. Elektrische Verbindung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein bogenförmiger Teil des Sonnenrades und/oder Ringkranzes vorhanden ist.

4. Elektrische Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (Ij, der Ringkranz (2) und die Planetenräder (3) durch ineinandergreifende Zähne (15 bis 17) zusammenwirken (Fig. 3).

5. Elektrische Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad (1), der Ringkranz (2) und die Planetenräder (3) durch Reibung zusammenwirken (Fig. 1).

6. Elektrische Verbindung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei elektrische Verbindungskabel benutzt werden, die längs in dem Sonnenrad, in dem Ringkranz und in den Planetenrädern angebrachten Nuten in entgegengesetzten Richtungen zueinander verlaufen.

7. Elektrische Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonnenrad, der Ringkranz und die Planetenräder· durch Reibungsberührung mit den elektrischen Verbindungskabeln zusammenwirken.

8. Elektrische Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungskabel mit Stahlseelen verstärkt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen