DE4125143C2 - Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von
Wechselsignalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Durch die DB 34 02 351 A1 ist eine Einrichtung dieser Art bekannt. Der Sender und
der Empfänger sind hierbei durch zwei Spulen gebildet, die konzentrisch ineinander
an einem rotierend antreibbaren Maschinenteil und einem dieses aufnehmenden
Gehäuse angebracht sind. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung können somit zwar
Messdaten zwischen zwei relativ zueinander verdrehbaren Bauteilen kontaktlos
übertragen werden, diese Einrichtung erfordert aber, da die ineinander angeordneten
Spulen auftragen, einen großen Bauraum. Vor allem ist von Nachteil, daß eine
Abschirmung nicht oder nur mit großem Bauaufwand zu bewerkstelligen und daß
eine hohe Störanfälligkeit durch andere Magnetfelder gegeben ist. Außerdem weisen
die Spulen interne Wicklungskapazitäten auf und die Übertragung erfolgt nicht
eisenlos, so daß Verluste auftreten. Die bekannte Einrichtung ist daher nur bis zu
einer gewissen Frequenz verwendbar. Der Einsatzbereich dieser Einrichtung ist
daher beschränkt.
Aus der DE 28 45 438 A1 ist eine Schaltung zur Übertragung von elektrischer
Energie an einem Roboter zu entnehmen. Die Übertragung der Energie wird dabei
mittels Kondensator bewerkstelligt.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine Einrichtung zur kontaktlosen
Übertragung von Wechselsignalen zu schaffen, die nicht nur sehr einfach in ihrer
konstruktiven Ausgestaltung und damit wirtschaftlich herzustellen ist, sondern die
auch klein baut und äußerst vielseitig eingesetzt werden kann. Vor allem soll erreicht
werden, daß eine hohe Datenübertragungsrate gegeben und ohne Schwierigkeiten
auch eine Abschirmung gegen Störfelder zu bewerkstelligen ist, so daß die
Einrichtung auch in einer gestörten Umgebung verwendet werden kann.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung
von Wechselsignalen der vorgenannten Gattung durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 erreicht.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
Wird eine Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen gemäß
der Erfindung ausgebildet, so ist nicht nur eine kraftfreie und berührungslose
Übertragung von analogen oder digitalen Wechselsignalen von einem Sender zu
einem Empfänger problemlos bei störungsfreiem Betrieb zu bewerkstelligen,
sondern es ist auch eine hohe Datenübertragungsrate gegeben. Werden nämlich de
Sender und der Empfänger als flächige auf einem starren Träger aufgebrachte und
unmittelbar einander gegenüberliegend angeordnete Antennen ausgebildet, so ist es
möglich, diese auf sehr einfache Weise gegen Störfelder abzuschirmen. Außerdem
weist die vorschlagsgemäß gestaltete Einrichtung ein geringes Eigengewicht auf,
und diese baut auch klein, so daß, da somit nur wenig Bauraum zu deren
Unterbringung erforderlich ist, ein vielseitiger Einsatz, gegebenenfalls auch in einer
gestörten Umgebung, möglich ist.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der gemäß der Erfindung
ausgebildeten Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen
dargestellt, die nachfolgend im einzelnen erläutert sind. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine Übertragungseinrichtung mit zwei auf
einem planen Träger angeordneten als Leiter
schleifen ausgebildete Antennen zur induktiven
Wechselsignalübertragung,
Fig. 2 eine Übertragungseinrichtung nach Fig. 1
mit aus Kondensatoren bestehenden Antennen
zur kapazitiven Übertragung von Wechselsignalen,
Fig. 3 eine Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 2
zur induktiven und kapazitiven Signalüber
tragung,
Fig. 4 eine als Platine ausgebildete Antenne
in einer perspektivischen Darstellung,
Fig. 5 die Platine nach Fig. 4 mit einem weiteren
auf deren Rückseite angeordneten Kondensator
im Schnitt,
Fig. 6 eine Übertragungseinrichtung nach Fig. 1
mit einer kreisringförmig angeordneten
Leiterschleife, in einem Axialschnitt,
Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII
der Fig. 6,
Fig. 8 eine Übertragungseinrichtung nach Fig. 2
mit kreisringförmig angeordneten
Kondensatorplatten in einem Axialschnitt,
Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der
Fig. 8,
Fig. 10 eine Einrichtung zur induktiven und kapazi
tiven Signalübertragung nach den Fig. 6
und 8 mit kreisringförmig angeordneten
Antennen und
Fig. 11 und 12
Übertragungseinrichtungen mit einer
verschiebbar angeordneten Antenne,
jeweils in einem Axialschnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte und mit 11 bezeichnete Ein
richtung dient zur kontaktlosen Übertragung von Wechsel
signalen zwischen einer Senderelektronik a und einer
Empfängerelektronik b und besteht aus zwei an diese
angeschlossenen und einander gegenüberliegend angeord
nete flächig ausgebildete Antennen 12 und 13, die als
Sender bzw. Empfänger wirksam sind. Die Antennen 12
und 13 sind jeweils durch eine auf einem starren Träger
14 bzw. 15 aus einem isolierenden Werkstoff aufgebrachte,
in sich geschlossene Leiterschleifen 16 bzw. 17 gebildet,
die rechteckig und in einer Ebene verlaufend angeordnet
sind.
Bei einer Übertragung von Wechselsignalen wird, je nach
dem welche der Antennen 12 oder 13 als Sender wirksam
ist, in dieser ein Magnetfeld erzeugt, durch das in der
als Empfänger wirksamen Antenne 13 oder 12 eine Spannung
hervorgerufen wird, die mit Hilfe der an diese angeschlos
senen Empfängerelektronik b bzw. a ausgewertet werden kann.
Die in Fig. 2 dargestellte Einrichtung 21 ist zur kapa
zitiven Übertragung von Wechselsignalen vorgesehen. Die
einander gegenüberliegend angeordneten und an eine Sende
elektronik a' und eine Empfängerelektronik b' ange
schlossenen Antennen 22 und 23 sind hierbei durch auf
starren Trägern 24 und 25 angebrachte Kondensatoren
26, 26' bzw. 27, 27' gebildet.
Damit keine Kreisströme durch Magnetfelder entstehen,
sind die einander gegenüberliegenden jeweils gleich
groß bemessenen Kondensatoren 26, 26' bzw. 27, 27' in
besonderer Weise gestaltet. An etwa mittig auf den
Trägern 24 und 25 angeordneten Verbindungsstegen 28
sind hierbei jeweils nach außen abstehende Kondensator
platten 29 angebracht, so daß Schlitze 30 gebildet sind.
Und um Störungen durch gleichtaktige Signale unterdrücken
zu können, sind jeweils Doppelkondensatoren 26, 26'
bzw. 27, 27' vorgesehen.
Bei der Übertragungseinrichtung 31 nach Fig. 3 sind
die Antennen 32 und 33 zur induktiven und kapazitiven
Übertragung von Wechselsignalen geeignet. Um dies zu
ermöglichen, sind auf Trägern 34 und 35 jeweils in sich
geschlossene Leiter in Form von Leiterschleifen 36 bzw.
37, die mit der Sendeelektronik a und der Empfänger
elektroni b verbunden sind, sowie an die Sendeelektronik
a' und die Empfängerelektronik b' angeschlossene Kon
densatoren 38 bzw. 39 aufgebracht, und zwar jeweils
in einer Ebene. Mit der Einrichtung 31 können somit
Wechselsignale auf zwei Kanälen übertragen werden.
Die in Fig. 4 dargestellte Antenne 42 ist in gleicher
Weise einsetzbar. Als Träger ist hierbei eine Platine
44 vorgesehen, auf der eine Leiterschleife 46 sowie
ein Doppelkondensator 48 aufgedruckt sind.
Zur internen Abschirmung kann, wie dies in der Schnitt
zeichnung gemäß Fig. 5 dargestellte ist, auf der der
Antenne 42 abgekehrten Seite der Platine 44 ein flächig
ausgebildeter Kondensator 49 angebracht sein. Das Über
tragungsverhalten der Antenne 42 wird auf diese Weise
verbessert.
Die zur induktiven Übertragung von Wechselsignalen vor
gesehene Einrichtung 51 nach den Fig. 6 und 7 besteht
wiederum aus auf starren Trägern 54 und 55 angeordneten
einander gegenüberliegenden Leiterschleifen 56 und 57,
durch die die Antennen 52 bzw. 53 gebildet sind. Zur
Abschirmung gegen Störfelder sind die Antennen 52 und
53 jeweils in einem diese aufnehmenden Gehäuse 58 bzw.
59 eingesetzt.
Die Leiterschleifen 56 und 57 sind in besonderer Weise
getaltet, und zwar in Form eines Kreisringes, der in
dem den Anschlüssen gegenüberliegenden Bereich unter
brochen ist.
Gemäß den Fig. 8 und 9 sind die zur kapazitiven
Übertragung von Wechselsignalen vorgesehenen Antennen
62 und 63 der Einrichtung 61 durch auf Trägern 64 bzw.
65 angeordnete Doppel-Kondensatoren 66 und 67 gebildet
und in einem geschlossenen Gehäuse 68 eingebaut. Die
Doppel-Kondensatoren 66 und 67 sind hierbei kreisring
förmig gestaltet, und zur Vermeidung von Wirbelströmen
mit radial gerichteten Schlitzen 69 bzw. 69' versehen.
Die in Fig. 10 in einem Axialschnitt gezeigte Einrich
tung 71 eignet sich zur induktiven und kapazitiven
Übertragung von Wechselsignalen. Die dargestellte Antenne
72 besteht wiederum aus einer in Form eines unterbroche
nen Kreisringes ausgebildeten und auf einem Träger 73
aufgebrachten Leiterschlaufe 74 und einem Kondensator
75, der in der Leiterschlaufe 74 angeordnet ist. Durch
ein die Antenne 72 umgebendes Gehäuse 76 ist diese
gegen Störfelder abgeschirmt.
Die in den Fig. 11 und 12 jeweils in einem Axial
schnitt gezeigten Einrichtungen 81 und 91 weisen jeweils
eine lageveränderbare Antenne 83 bzw. 93 auf, die mit
einer ortsfest angeordneten Antenne 82 bzw. 92 zusammen
wirken, so daß eine Übertragung von Wechselsignalen
von einem oder zu einem verstellbaren Bauteil ohne
Schwierigkeiten zu bewerkstelligen ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11 ist die
Antenne 83 in einem zur Abschirmung vorgesehenen
Gehäuse 84 verschiebbar eingesetzt, nach Fig. 12
ist das die Antennen 92 und 93 aufnehmende zweiteilige
Gehäuse 94 dagegen als Zylinder ausgebildet, so daß
eine Übertragung von Wechselsignalen auch bei Relativ
verdrehungen der beiden Teile des Gehäuses 94 zueinander
und bei einer Axialverschiebung der Antenne 93 möglich
ist.
Claims (14)
1. Einrichtung zur kontaktlosen Übertragung von Wechselsignalen mit einem
Sender und einem Empfänger, die wahlweise an eine Sender- und
Empfangselektronik anschließbar, die als flächige Antennen (12, 13; 22, 23;
32, 33; 42; 52, 53; 62, 63; 72; 82, 83; 92, 93) ausgebildet sind und die auf
einem starren Träger (14, 15; 24, 25; 34, 35; 44; 54, 55; 64, 65; 73) aus einem
isolierenden Werkstoff angebracht und unmittelbar einander
gegenüberliegend angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur induktiven Übertragung von Wechselsignalen die Antennen (12, 13;
32, 33; 42; 52, 53; 72) jeweils durch einen oder mehrere flächig auf dem
Träger (14, 15; 34, 35; 54, 55; 73) angeordnet in sich geschlossene Leiter,
nach Art einer Leiterschleife (16, 17; 36, 37; 46; 56, 57; 74) oder einer
gedruckten Platine (44), gebildet sind und/oder daß zur kapazitiven
Übertragung von Wechselsignalen die Antennen (22, 23, 32, 33; 62, 63; 72)
jeweils durch einen oder mehrere flächig auf dem Träger (24, 25; 34, 35; 64,
65; 73) angeordnete Kondensatoren (26, 26'; 27, 27'; 38, 39; 48; 66, 67; 75) in
Form einer Metallfolie, eines metallisierten Lackfilmes oder durch eine Platine
(44), gebildet sind.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (14, 15; 24, 45; 34, 35; 44; 54, 55; 64, 65; 73) als Platte, als
Scheibe, als Zylinder, als Kugel oder als Quader ausgebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterschleifen (16, 17; 36, 37; 46) in Form eines Rechteckes oder
eines Polygons angeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Leiterschleifen (56, 57; 74) in Form eines unterbrochenen Kreisringes
angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoren (26, 26'; 27, 27') jeweils in Form zweier Kämme mit
von vorzugsweise mittig auf dem Träger (24, 25) angebrachten
Verbindungsstegen nach außen abstehenden mit seitlichem Abstand
zueinander angeordneten Kondensatorplatten (29) ausgebildet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoren (66, 67) jeweils aus zwei oder mehreren konzentrisch
ineinander auf dem Träger (64, 65) angeordneten ringförmig gestalteten
Kondensatorplatten gebildet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kondensatoren (66, 67) mit vorzugsweise radial gerichteten Schlitzen
(69) versehen sind.
8. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennen (32, 33; 42; 72) jeweils durch in sich geschlossene Leiter
(Leiterschleifen 36, 37; 46; 74) und Kondensatoren (38, 39; 48, 75) zur
induktiven und/oder kapazitiven Übertragung der Wechselsignale gebildet
sind.
9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß kammartig ausgebildete Kondensatoren (38, 39) innerhalb rechteckig
gestalteter Leiterschleifen (36, 37) angeordnet sind.
10. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß ringförmig ausgebildete und vorzugsweise mit radial gerichteten Schlitzen
versehene Kondensatoren (75) innerhalb einer in Form eines durchbrochenen
Kreisringes angeordneten Leiterschleife (74) eingesetzt sind.
11. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur internen Abschirmung die Träger (Platine 44) auf den den Antennen
(48) abgekehrten Seiten jeweils mit einem flächig ausgebildeten Kondensator
(49) versehen sind.
12. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennen (82, 83; 92, 93) relativ zueinander verstellbar, vorzugsweise
gegeneinander linear verschiebbar oder verdrehbar, angeordnet sind.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei zwei linear gegeneinander verstellbar angeordneten Antennen (2, 83;
92, 93) diese in Verstellrichtung unterschiedlich groß ausgebildet sind.
14. Einrichtung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Antennen (52, 53; 62, 63; 72; 82, 83; 92, 93) einzeln oder gemeinsam
in einem diese ganz oder teilweise umgebenden Gehäuse (58, 59; 68; 76; 84;
94) vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Werkstoff eingesetzt sind.
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D2 | Grant after examination | ||
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8392 | Publication of changed patent specification | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |