DE3918481A1 - Baugruppe mit zwei elementen, die eine relative drehung ausueben koennen und mit elektrischen verbindungen zwischen diesen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Baugruppen oder Anordnungen, von denen jede zwei Elemente umfaßt, die in der Lage sind, eine relative Drehung um eine gemein­ same Achse auszuführen, wobei elektrische Verbindungsleitungen zwischen den beiden Elementen verlaufen. Gewöhnlich sind die beiden Elemente auf einen begrenzten Bereich einer relativen Drehung zwischen Ihnen begrenzt.

Die Baugruppe kann beispielsweise in einem Kardansystem eingebaut sein und mehrere solcher Baugruppen können individuell jeder möglichen Drehachse des Kardansystems zugeordnet sein.

Probleme treten auf, wenn die elektrischen Verbindungen zwischen den beiden Elementen sowohl Energie führen sollen mit entsprechend großen Spannungs­ übergängen als auch Signale mit kleiner Amplitude. Es ist daher erwünscht, eine elektrische Abschirmung für die Verbindungen vorzusehen, um die Wirkungen einer Querkopplung zwischen den Verbindungsleitungen sowie lokal erzeugter Magnetfelder auf die Signale zu reduzieren.

Es ist bekannt, Kabelwicklungen (cablewinders) oder Schleifringe in solchen Baugruppen zu verwenden, hier treten aber mechanische Probleme bei der Verwendung solcher Elemente auf, wenn sie abgeschirmt werden sollen. Abge­ schirmte Kabelwicklungen haben hohe Drehmomente und Schleifringe sind schwierig abzuschirmen.

Bandwicklungen, von denen jede elektrische Verbindungsleitungen in Form eines Bandes aufweist, sind bei solchen Baugruppen ebenfalls bekannt, es ist jedoch schwierig, eine elektrische Abschürfung über die gesamte Länge der Bänder zu schaffen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Baugruppe zu schaffen mit zwei Elementen, die eine relative Drehung um eine gemeinsame Achse ausüben können und mit elektrischen Verbindungen zwischen diesen beiden Elementen, wobei diese Baugruppe einfach aufgebaut sein soll und sowohl die Wirkungen der Querkopplung zwischen den Verbindungsleitungen und die Wirkungen lokal erzeugter Magnetfelder auf die Signale wenigstens reduziert werden.

Nach der Erfindung umfaßt eine solche Baugruppe ein Element mit einem radial äußeren hohlen zylindrischen Teil, wobei an einem Ende des äußeren Teiles ein radial innerer zylindrischer Teil befestigt ist, der eine Längsachse hat, die koaxial mit der Längsachse des äußeren Teiles verläuft und der wenigstens im wesentlichen gleich lang mit dem äußeren Teil längs der gemeinsamen Längs­ achse ist, ein Ringraum zwischen dem inneren und dem äußeren Teil, ein hohles zylindrisches Zwischen-Element mit einer Längsachse koaxial zur Längsachse des inneren und des äußeren Teils, wobei die beiden Elemente eine relative Drehung um die gemeinsame Längsachse ausüben können, wobei ferner das Zwischen-Element den Ringraum in einen radial inneren und einen äußeren ringförmigen Teil unterteilt, mit einem ersten Band elektrischer Verbindungen, das an einem Ende des inneren Teiles des den Ringraum bildenden Elementes befestigt ist und das mit dem anderen Ende an dem Zwischen-Element befestigt ist, wobei das erste Band locker in dem inneren ringförmigen Teil aufge­ wickelt ist, ferner mit einem zweiten Band elektrischer Verbindungen, das mit einem Ende am äußeren Teil des den Ringraum bildenden Elementes befestigt ist und das mit dem anderen Ende an dem Zwischen-Element befestigt ist, wobei das zweite Band locker im äußeren ringförmigen Teil aufgewickelt ist in dem selben Sinn wie das erste Band im inneren ringförmigen Teil gewickelt ist und wobei schließlich die beiden Bänder elektrisch gegeneinander durch das Zwischen-Element abgeschirmt sind.

Es ist erforderlich, die elektrischen Verbindungsleitungen in zwei Gruppen unterteilen zu können, die so gewählt sind, daß wegen der Spannungen und/ oder Ströme, welche diese Leitungen im Betrieb einer solchen Baugruppe führen, die elektrischen Verbindungsleitungen einer Gruppe elektrisch gegen die Leitungen der anderen Gruppe abgeschirmt werden können, wobei jedes der beiden Bänder der Baugruppe individuell eine dieser beiden Gruppen der elektrischen Verbindungsleitungen enthält. Bei einer Baugruppe nach der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, ist es nicht erforderlich, einen Schirm vorzusehen, der sich über die gesamte Länge jeder Gruppe erstreckt, weil die beiden Gruppen von elektrischen Verbindungsleitungen elektrisch gegeneinander durch das Zwischen-Element abgeschirmt sind.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Baugruppe zeigt, mit zwei relativ drehbaren Elementen, von denen eines einen radial inneren und einen äußeren zylindrischen Teil hat, mit einem Ringraum zwischen diesen, während das andere Zwischen- Element den Ringraum in einen inneren und einen äußeren ringförmigen Abschnitt unterteilt, wobei ferner zwei Bänder gezeigt sind, von denen jedes eine ausgewählte Gruppe von elektrischen Verbindungs­ leitungen umfaßt, die individuell in dem inneren und dem äußeren ringförmigen Abschnitt locker aufgewickelt sind, wobei der Schnitt von Fig. 1 längs der Linie 1-1 von Fig. 2 verläuft.

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt die Baugruppe perspektivisch.

Die dargestellte Baugruppe umfaßt zwei Elemente, die in der Lage sind, eine relative Drehung um eine gemeinsame Achse auszuführen, wobei die Elemente auf einen begrenzten Bereich einer relativen Drehung zwischen sich beschränkt sind. Die Baugruppe kann Teil eines nicht gezeigten Kardan-Systemes oder einer Kardan- Aufhängung sein, wobei eine Mehrzahl solcher Baugruppen individuell jeder mög­ lichen Drehachse des Kardan-Systemes zugeordnet sein kann.

Es ist erforderlich, elektrische Verbindungsleitungen zwischen den beiden Elementen vorzusehen, die sowohl Energie führen als auch Signale kleiner Amplitude. Unvermeidlich entstehen bei der Energiezufuhr große Spannungs­ übergänge. Es ist daher erwünscht, eine elektrische Abschirmung für die Verbindungsleitungen vorzusehen, um die Wirkungen sowohl einer Querkopplung zwischen den Verbindungsleitungen als auch lokal erzeugter Magnetfelder auf die Signale zu reduzieren.

Fig. 1 zeigt zwei Elemente 10 und 12, die eine relative Drehung um eine Achse 13 ausführen können. Das Element 10 hat einen radial inneren Teil 14 und einen radial äußeren Teil 15. Jeder dieser Teile hat die Gestalt eines Hohlzylinders mit einer Längsachse, die koaxial zur Achse 13 der Baugruppe verläuft und die beiden Teile sind an einem Ende 16 miteinander verbunden. Die beiden Teile 14 und 15 sind gleich ausgedehnt und bilden einen Ringraum 17 zwischen sich. Das den Ringraum bildende Element 10 ist eingebaut zur Drehung mit einer Achse 18, wie Fig. 2 zeigt, wobei diese Achse koaxial zur Achse 13 verläuft und sich in dem hohlen zylindrischen inneren Teil 14 des Elementes erstreckt und an diesem befestigt ist. Das andere Element 12 hat eine Verbund-Konstruktion und es be­ steht aus vier hohlen zylindrischen Hülsen 19, 20, 21 und 22, die miteinander verbunden sind und deren Längsachse koaxial zur Achse 13 liegt. Die Hülsen bilden ein radial inneres Paar 19 und 20 und ein radial äußeres Paar 21 und 22. Die Hülsen bilden zusammen das innere Element 12 und sie sind in den Ringraum 17 eingesetzt, der zwischen dem inneren Teil 14 und dem äußeren Teil 15 des Elementes 10 gebildet wird. Das aus den Hülsen bestehende Element 12 ist so­ mit ein Zwischen-Element, welches den Ringraum 17 in einen radial inneren ringförmigen Abschnitt 23 und einen radial äußeren ringförmigen Abschnitt 24 unterteilt. Bei jedem Paar Hülsen ist die radial äußere Hülse 19 sowie 21 im wesentlichen gleich ausgedehnt mit dem inneren Teil 14 und dem äußeren Teil 15 des Elementes 10. Die jeweils radial innere Hülse 20 sowie 22 er­ streckt sich entfernt vom Ende 16 des Elementes 10 über den Ringraum 17 hinaus.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist ein Band 25, das eine Gruppe elektrischer Verbindungen oder Verbindungsleitungen enthält, die im übrigen nicht darge­ stellt sind, locker im inneren ringförmigen Abschnitt 23 des Ringraumes 17 aufgewickelt. Ein gleiches oder ähnliches Band 26, das ebenfalls eine Gruppe elektrischer Verbindungsleitungen enthält, ist locker im äußeren ringförmigen Abschnitt 24 des Ringraumes 17 aufgewickelt. Die beiden Bänder 25 und 26 sind im selben Sinn im Ringraum 17 gewickelt. Das innere Band 25 verläuft durch einen längsverlaufenden Schlitz 27 im inneren Teil 14 des Elementes 10 und das angren­ zende Ende 28 des Bandes 25 ist zwischen dem inneren Teil 14 und der Achse 18 ein­ geklemmt. Das andere Ende 29 des Bandes 25 erstreckt sich durch einen längsverlau­ fenden Schlitz 30 in der inneren Hülse 20 des inneren Hülsenpaares des Elementes 12 und es ist zwischen dem inneren Paar Hülsen 19 und 20 eingeklemmt. Das äußere Band 26 verläuft durch einen längsverlaufenden Schlitz 31 im äußeren Teil 14 des Elementes 10 und das angrenzende Ende 32 des Bandes 16 ist eingeklemmt durch Einrichtungen 33, die integral mit der Außenfläche des äußeren Teil 15 des Ele­ mentes 10 ausgebildet sind. Das andere Ende 34 des Bandes 16 verläuft durch einen längsverlaufenden Schlitz 35 in der äußeren Hülse 21 des äußeren Hülsenpaares des Elementes 12 und es ist eingeklemmt zwischen dem äußeren Paar Hülsen 21 und 22.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die jeweils inneren Hülsen 21 und 22 jedes Paares mit jeweils einem Flansch 36 und 37 versehen, und diese Flansche sind jenseits des Ringraumes 17 miteinander verbunden. Leiter 38 und 39 gehen von den Enden 29 und 34 der Bänder 25 und 26 aus, wie Fig. 1 zeigt und sie sind entsprechend an den Flanschen 36 und 37 angebracht und erstrecken sich zu festen Anschlüssen 40 und 41. Durch die fixierten Leiter 38 und 39 und die fixierten oder ortsfesten Anschlüsse 40 und 41 wird das Zwischen-Element 12 ortsfest gehalten. Das Ele­ ment 10 kann sich relativ zu dem ortsfesten Zwischen-Element 12 durch Drehung der Achse 18 drehen, wie Fig. 2 zeigt, welche Achse mit dem inneren Teil 14 des Elementes 10 verbunden ist. Die ortsfesten Leiter 38 und 39 sowie die orts­ festen Anschlüsse 40 und 41 halten zusammen mit den Bändern 25 und 26, wie Fig. 2 zeigt, außerdem die Längsachse des Elementes 12 koaxial mit der Längsachse 13 des Elementes 10. Weitere Leiter, die schematisch bei 42 gezeigt sind, verlaufen im wesentlichen parallel zur Achse 18 zu einem Anschluß 43. Der Anschluß 43 und die Leiter 42 drehen sich mit der Achse 18 und dem drehbaren Element 10.

Wie oben erwähnt, ist die dargestellte Baugruppe in ein Kardan-System einge­ baut, das im übrigen nicht dargestellt ist. Die Außenfläche des äußeren Teiles 15 des Elementes 10 der Baugruppe ist mit drei integralen Nasen 45, wie Fig. 2 zeigt, die an einem Kardan-Rahmen angebracht werden können zur Drehung mit diesem. Die Klemmeinrichtung 33 und der Anschluß 10 (Fig. 1) rotieren somit beide mit dem Kardan-Rahmen und können elektrische Verbindungen oder Anschluß­ leitungen, die zu dem Kardan-Rahmen gehören. Diese elektrischen Verbindungs­ leitungen des Kardan-Rahmens drehen sich mit diesem und dienen zur Zufuhr von Energie und Signalen kleiner Amplitude an Teile des Kardan-Rahmens, die sich mit diesem drehen. Die Energiezufuhr und die Zufuhr schwacher Signale erfolgt somit entweder über den festen Anschluß 40, die festen Leiter 38, das innere Band 25, den rotierenden Leiter 42 und den rotierenden Anschluß 43 zum Kardan- System, oder sie werden zugeführt über den festen Anschluß 41, die festen Leiter 39, das äußere Band 26 und die rotierende Klemmeinrichtung 33.

In Fig. 3 sind schematisch Kabel 50, 51, 52, 53 dargestellt, die von den in Fig. 3 nicht gezeigten Anschlüssen 40, 41 und 43 und von der Klemmeinrichtung 33 ausgehen und zu Teilen des Kardan-Systemes führen. Das Kabel 50 geht von der rotierenden Klemmeinrichtung 33 aus, das Kabel 51 geht von dem inneren Band 25 aus über den festen Anschluß 40, das Kabel 52 erstreckt sich vom äußeren Band 26 aus über den festen Anschluß 41 und das Kabel 53 geht von dem Anschluß 43 aus, der mit dem Kardan rotiert.

Das Kardan-Rahmen und damit auch das drehbare Element 10 der Baugruppe kann nur eine begrenzte Drehung relativ zu dem festen Zwischen-Element 12 ausführen, beispielsweise von ± 130°.

Durch diese begrenzte Relativdrehung des Kardan-Rahmens und des Elementes 10 werden die Bänder 25 und 26 zwar angezogen und gelockert, die Bänder werden aber nie straff und auch nie so locker, daß die Wirkungsweise der Baugruppe nachteilig beeinflußt werden könnte.

Die Energiezufuhr beispielsweise zu Schrittmotoren bedingt unvermeidlich starke Spannungsübergänge beispielsweise in der Größenordnung von 50 Volt je Mikro­ sekunde. Bei der dargestellten Baugruppe ist es erwünscht, eine elektrische Abschirmung zwischen den elektrischen Verbindungen zu schaffen, die diese Energie führen und den elektrischen Leitungen, welche die Signale kleiner Amplitude führen, um die Wirkungen sowohl einer Querkopplung zwischen diesen und die Wirkung lokal erzeugter Magnetfelder auf die Signale zu reduzieren. Die elektrischen Verbindungsleitungen sind daher nach der Erfindung in zwei Gruppen unterteilt, von denen eine Gruppe die Energie führt und die andere die Signale kleiner Amplitude. Elektrische Verbindungsleitungen, die sich zwischen Elementen erstrecken, die eine relative Drehung zueinander ausführen, sind schwierig elektrisch voneinander abzuschirmen. Dieses Problem wird jedoch durch die Erfindung gelöst, indem zwei Bänder 25 und 26 als elektrische Ver­ bindungsleitungen verwendet werden, die gegeneinander durch das ortsfeste Zwischen-Element 12 elektrisch abgeschirmt werden. Zur Verbesserung der Ab­ schirmung ist die innere Hülse 22 des äußeren Hülsenpaares 21, 22 des Elementes 12 mit einem radial auswärts verlaufenden Flansch 56 versehen, der an das Ende 16 des Elementes 10 angrenzt, sowie mit dem Flansch 37 am gegenüberliegen­ den Ende der Hülse 22, der sich radial einwärts erstreckt. Nicht dargestellte elektrisch-magnetische Interferenz-Abdichtungen sind ebenfalls vorgesehen.

Die dargestellte Baugruppe ist verhältnismäßig einfach aufgebaut, ermöglicht jedoch eine gute elektrische Abschirmung zwischen den beiden Gruppen von elektrischen Verbindungsleitungen der Baugruppe.

Claims (4)

1. Baugruppe mit zwei Elementen, die relativ zueinander drehbar sind und zwischen denen elektrische Verbindungsleitungen verlaufen, gekennzeichnet durch ein Element mit einem radial äußeren hohlen zylindrischen Teil sowie einem mit einem Ende des äußeren Teiles verbundenen radialen inne­ ren zylindrischen Teil, dessen Längsachse koaxial mit der Längsachse des äußeren Teiles verläuft und das wenigstens im wesentlichen gleich lang mit dem äußeren Teil längs der gemeinsamen Längsachse ist, einem Ringraum zwischen dem inneren und dem äußeren Teil, einem hohlen zylin­ drischen Zwischen-Element mit einer Längsachse, die koaxial zur Längs­ achse des inneren und des äußeren Teiles liegt, wobei die beiden Teile eine relative Drehung um die gemeinsame Längsachse ausüben können, daß ferner durch das Zwischen-Element der Ringraum in einen radial inneren und einen radial äußeren ringförmigen Abschnitt unterteilt ist, daß ein erstes Band aus elektrischen Verbindungsleitungen an einem Ende mit dem inneren Teil des den Ringraum bildenden Elementes verbunden und das an seinem anderen Ende mit dem Zwischenelement verbunden ist, daß das erste Band locker in dem inneren ringförmigen Teil aufgewickelt ist, ferner mit einem zweiten Band aus elektrischen Verbindungsleitungen, das mit einem Ende mit dem äußeren Teil des den Ringraum bildenden Ele­ mentes verbunden ist und das an seinem anderen Ende mit dem Zwischen- Element verbunden ist, daß das zweite Band locker in dem äußeren ring­ förmigen Teil aufgewickelt ist in dem selben Sinn wie das erste Band in dem inneren ringförmigen Teil gewickelt ist und daß die beiden Bänder durch das Zwischen-Element elektrisch gegeneinander abgeschirmt sind.

2. Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischen- Element ortsfest und das den Ringraum bildende Element drehbar ausge­ bildet ist.

3. Baugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischen- Element an jedem Ende mit radialen Flanschen versehen ist.

4. Baugruppe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischen-Element in Verbundkonstruktion aufgebaut ist und eine Mehrzahl von hohlen, zylindrischen Hülsen aufweist, die miteinander verbunden sind und die mit elektrischen Verbindungsleitungen zwischen sich versehen sind.