Die Erfindung betrifft eine Schleifringanordnung zur Übertragung elektrischer Signale mittels Schleifkontakten zwischen gegeneinander drehbaren Teilen. Auf einer Schleifbahn aus elektrisch leitfähigem Material schleift wenigstens ein Schleifkontakt, auch Bürste genannt, aus einem ebenfalls elektrisch leitfähigen Material. Durch den galvanischen Kontakt zwischen Schleifbahnen und Kontakt kann elektrischer Strom übertragen werden.
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Nachteilig an dem Stand der Technik ist, dass keine dieser Schleifringanordnungen bei hohen Schock-und Stoßbelastungen einen zuverlässigen elektrischen Kontakt ermöglicht. So treten bei kurzfristigen starken Stößen oder Vibrationen kurzzeitige Kontaktunterbrechungen durch Abheben der Bürsten von der Schleifbahn auf. Ebenso können auch Unterbrechungen durch Schwingungen auftreten, die bei verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleifringanordnung derart auszugestalten, dass diese auch bei starken kurzfristigen Stößen oder Vibrationen einen zuverlässigen elektrischen Kontakt gewährleistet. Gleichzeitig soll diese Schleifringanordnung einfach und kostengünstig herstellbar sein, sowie eine hohe Lebensdauer und Zuverlässigkeit besitzen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Schleifringanordnung weist eine Schleifbahn sowie wenigstens zwei mechanisch voneinander getrennte Bürstenblöcke (auch Bürstenträger genannt) mit Bürsten auf. Dabei sind für mindestens einen Signalweg, also eine einfache elektrische Verbindung zwischen den gegeneinander drehbaren Teilen, wenigstens jeweils eine Drahtbürste auf mindestens zwei getrennten Bürstenblöcken elektrisch miteinander verbunden. So können beispielsweise für einen Signalweg auf zwei getrennten Bürstenblöcken jeweils eine Bürste miteinander verbunden werden. Ebenso kann auch eine unterschiedliche Anzahl von Bürsten pro Bürstenblock miteinander verbunden werden. Beispielsweise kann auf einem Bürstenblock eine Bürste mit zwei Bürsten auf einem anderen Bürstenblock verbunden werden. Weiterhin können mehrere Bürstenblöcke miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise jeweils eine Bürste auf drei unterschiedlichen Bürstenblöcken miteinander verbunden werden.
Die Bürsten sind Metalldrähte und umfassen wenigstens ein elektrisch leitfähiges Material. Bevorzugt haben Sie einen Kern aus einem mechanisch stabilen und federelastischen Material, wie beispielsweise Stahl oder Messing sowie eine äußere Beschichtung oder Hülle aus einem elektrisch gut leitenden und vorzugsweise korrosionsbeständigen Material, wie beispielsweise Gold oder einer Goldlegierung. Bevorzugt sind die Bürstenblöcke als Leiterplatten ausgeführt.
Zur Führung der Bürsten hat die Schleifbahn bevorzugt wenigstens eine V-Nut. Grundsätzlich sind aber auch Schleifbahnen mit anderen Geometrien einsetzbar. Dies können beispielsweise ebene Schleifbahnen oder Schleifbahnen mit U-förmigen Nuten (halbkreisförmig, elliptisch) sein.
Die Bürsten können auch auf unterschiedlichen Schleifbahnen laufen, welche beispielsweise unterschiedliche Bahndurchmesser und damit unterschiedliche Geschwindigkeiten, unterschiedliche Oberflächlichenstrukturen und/oder Beschichtungen aufweisen.
Umfangreiche Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einer Schleifringanordnung mit einem einzigen Bürstenblock keine ausreichende Stoß- und Vibrationsfestigkeit bzw. Unterdrückung von Schwingungen erreicht werden kann. Dies liegt unter anderem auch an der begrenzten mechanischen Steifigkeit einer Leiterplatte, wie sie meist zur Halterung der Bürstendrähte verwendet wird. Selbst wenn wie im Stand der Technik offenbart, verschiedene Drahtdurchmesser mit unterschiedlichen Drahtlängen oder auch Anlagepunkten der Drähte an der Schleifbahn eingesetzt werden, ergeben sich immer mechanische Verkopplungen durch die gemeinsame Leiterplatte oder den gemeinsamen Bürstenblock. Erst durch eine strenge mechanische Entkopplung der Schleifringbürsten voneinander kann eine wesentlich bessere Stoß-und Vibrationsfestigkeit erreicht werden.
Besonders günstig ist es, wenn auf den Bürstenblöcken Drahtbürsten mit unterschiedlichen Drahtgeometrien, insbesondere unterschiedlichen Drahtdurchmessern vorhanden sind. Drähte unterschiedlicher Geometrien können unterschiedliche Querschnitte, wie beispielsweise rund, elliptisch oder auch rechteckig bzw. quadratisch haben. Die Drähte können auch unterschiedliche Oberflächen und/oder unterschiedliche Beschichtungen aufweisen. Sie könnten aus unterschiedlichen Materialien sein, welche beispielsweise aufgrund unterschiedlicher Dichte und/oder unterschiedlicher mechanischer Dämpfung unterschiedliche Schwingungseigenschaften aufweisen.
Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn auf den Bürstenblöcken jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Drahtbürsten vorgesehen ist.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Drahtbürsten der unterschiedlichen Bürstenblöcke auf unterschiedlichen Bahnen, besonders bevorzugt in unterschiedlichen V- Nuten laufen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn wenigstens zwei Bürstenblöcke bezogen auf die Drehachse gegenüberliegend angeordnet sind.
Vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Bürstenblock schwingungsgedämpft gelagert ist. Bevorzugt sind die Bürstenblöcke unterschiedlich schwingungsgedämpft gelagert. So haben Sie bevorzugt unterschiedliche Dämpfungswerte und/oder unterschiedliche Resonanzfrequenzen.
Vorteilhafterweise haben wenigstens zwei Bürstenblöcke unterschiedliche Formen. Dadurch sind auch die Schwingungseigenschaften dieser Bürstenblöcke unterschiedlich.
Vorteilhafterweise werden mehrere, elektrisch miteinander verbundene Bürstenblöcke in gleichen Abständen um die Schleifbahn verteilt angeordnet. So können beispielsweise 3 Bürstenblöcke jeweils um 120 Grad versetzt oder auch 4 Bürstenblöcke jeweils um 90 Grad versetzt angeordnet werden. Dadurch kann die Stoß- und Vibrationsfestigkeit weiter erhöht werden.
Alternativ werden mehrere, elektrisch miteinander verbundene Bürstenblöcke in unterschiedlichen Abständen um die Schleifbahn verteilt angeordnet. So können beispielsweise 3 Bürstenblöcke um 90, 120 und 150 Grad versetzt angeordnet werden. Auch dadurch kann die Stoß- und Vibrationsfestigkeit weiter erhöht werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung hat wenigstens eine Drahtbürste wenigstens eine teilweise Ummantelung um die Schwingungseigenschaften zu verändern. Diese Ummantelung kann beispielsweise aus einem elastischen Material sein. Sie ist bevorzugt außerhalb des Bereichs, der mit der Schleifbahn in Kontakt steht angeordnet. Besonders bevorzugt haben verschiedene Drahtbürsten auf unterschiedlichen Bürstenblöcken unterschiedliche Arten der Ummantelung. Besonders günstig ist es, wenn beispielsweise ein erster Schleifdraht auf einem ersten Bürstenblock eine Ummantelung aufweist, während ein zweiter Schleifdraht auf einem zweiten Bürstenblock keine Ummantelung aufweist.
In einer anderen Ausgestaltung stehen die Enden der Schleifdrähte wesentlich über den Kontaktpunkt mit der Schleifbahn hinaus. Die überstehende Länge liegt in einem Bereich zwischen 0,2-2 mal der Länge zwischen dem Bürstenblock und dem Kontaktpunkt mit der Schleifbahn. Besonders bevorzugt wird das überstehende Ende vom Schleifring weg gebogen.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
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