DE3109770C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leiterbaugruppe zum Leiten elektrischer Energie einer Vielzahl von elektrischen Kreisen zwischen zwei relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehbaren Bauteilen, mit zumindestens einem ersten Paar von kreisförmigen koplanaren elektrisch leitenden Leiterringen, von denen einer an dem ersten Bauteil und der andere an dem zweiten Bauteil angeordnet ist.

Zum Leiten und übertragen elektrischer Energie zwischen zwei relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehbaren Bauteilen sind Schleifring- und Bürstenbaugruppen bekannt. Aus der DE-AS 12 21 327 ist ein Schleifringsystem bekannt, bei dem Planschleifringe auf beiden Seiten eines Isolierringes angeordnet sind. Mit den Planschleifringen stehen Stromabnehmer in Eingriff, die Kontaktzungen mit Kontakten aufweisen, die auf den Planschleifringen gleiten. Hierdurch wird eine erhebliche Reibung eingeführt, die in vielen Fällen, beispielsweise in Luftfahrt- und Raumfahrtanwendungen nicht zulässig ist. Weiterhin sind, wenn die elektrische Energie einer Vielzahl von elektrischen Kreisen übertragen werden soll, die einzelnen Schleifringe in Richtung der gemeinsamen Achse hintereinander angeordnet, sodaß sich eine relativ große Baulänge ergibt.

Um die Reibung zu verringern, ist es weiterhin aus der DE-AS 11 52 459 sowie der DE-PS 11 04 583 bekannt, mit dem ersten bzw. zweiten Bauteil verbundene Leiterringe zu verwenden, die in Richtung der gemeinsamen Achse hintereinander angeordnet sind, wobei zwischen den Leiterringen des ersten und zweiten Bauteils jeweilige Lagerkugeln angeordnet sind, die die Stromübertragung bewirken. Da die Leiterringe eines Paares hierbei in Richtung der gemeinsamen Achse hintereinander angeordnet sind, ergibt sich eine stark vergrößerte Baulänge, die insbesondere dann ungünstig ist, wenn eine Vielzahl von elektrischen Kreisen ausgebildet werden soll.

Aus der DE-AS 11 10 261 ist eine Leiterbaugruppe bekannt, bei der die Leiterringe koplanar angeordnet sind und jeweilige Innen- und Außenlagerringe eines Kugellagers bilden, dessen Lagerkugeln die Stromübertragung bewirken. Auch hierbei werden bei Verwendung einer Vielzahl von elektrischen Kreisen die einzelnen die Übertragung der Energie bewirkenden Kugellager in Richtung der gemeinsamen Achse hintereinander angeordnet, was zu einer relativ großen Baulänge führt.

Aus der DE-OS 28 01 260 ist weiterhin eine Leiterbaugruppe bekannt, bei der die Reibung noch weiter verringert ist. Derartige Leiterbaugruppen finden vorzugsweise Anwendung bei Kreiselgeräten und dergleichen, bei denen eine Reibung von im wesentlichen Null erwünscht ist. Jede elektrische Übertragungseinheit dieser Leiterbaugruppe weist hierbei zwei koaxiale konzentrische, koplanare und kontinuierliche konkave Leiterringe auf, von denen einer auf einem stationären Bauteil und der andere auf einem drehbaren Bauteil befestigt ist, wobei zwischen diesen Leiterringen ein elastischer, elektrisch leitender fadenförmiger Kreisring angeordnet ist, dessen allgemein ebene Außenoberfläche die konkave Oberfläche der Leiterringe berührt und auf dieser abrollt. Die Kreisring-/Leiterring-Grenzschicht ergibt Selbsteinfang- und Haltekräfte, wodurch irgendwelche Fehlausrichtungen zwischen den Leiterringen und Bewegungen der Kreisringe zwischen den Leiterringen bei durch Schwingungen und/oder Stöße belasteten Anwendungen aufgefangen werden, ohne daß Reibungs-Drehmomente auf das drehbare Bauteil ausgeübt werden. Bei dieser bekannten Leiterbaugruppe kann lediglich eine begrenzte Anzahl von elektrischen Strömen über eine relativ kurze Strecke übertragen werden, die entlang der axialen Länge der relativ zueinander drehbaren Bauteile gemessen ist. Wenn die axiale Länge vergrößert wird, um eine größere Anzahl von elektrischen Kreisen aufzunehmen, die die Übertragung von elektrischen Strömen zwischen den gegeneinander drehbaren Bauteilen erfordern, so ergibt die vergrößerte Länge thermische und Schwingungsprobleme, die zu einer raumaufwendigen Anordnung führen, die schwierig zusammenzubauen ist und die möglicherweise unstabil ist, sodaß sie für viele Anwendungen ungeeignet ist. Alle bekannten Versuche zur Lösung des Problems der Übertragung von elektrischen Strömen von eine hohe Dichte aufweisenden elektrischen Kreisen zwischen gegeneinander drehbaren Bauteilen waren erfolglos oder konzentrierten sich auf die Vergrößerung der axialen Länge der gegeneinander drehbaren Bauteile.

Zusätzlich zu den Raumproblemen, die sich aus der Übertragung von elektrischen Strömen von eine hohe Dichte aufweisenden elektrischen Kreisen zwischen relativ zueinander drehbaren Bauteilen ergeben, besteht weiterhin ein Bedarf nach einer äußerst zuverlässigen und hinsichtlich von Umgebungsbedingungen annehmbaren Einrichtung, die in wirkungsvoller Weise unter den nachteiligen Bedingungen arbeiten kann, die bei Luft- und Raumfahrt- und Satellitenanwendungen üblich sind.

Hierbei soll auch eine leichte Reparatur sowie eine hohe Zuverlässigkeit erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leiterbaugruppe der eingangs genannten Art zu schaffen, die die Übertragung von elektrischen Strömen von eine hohe Dichte aufweisenden elektrischen Schaltungen zwischen zwei gegeneinander drehbaren Bauteilen in wirkungsvoller und zuverlässiger Weise selbst unter ungünstigen Umgebungsbedingungen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Leiterbaugruppe ermöglicht die Übertragung von elektrischen Strömen von eine hohe Dichte aufweisenden elektrischen Schaltungen zwischen gegeneinander drehbaren Bauteilen in wirkungsvoller und zuverlässiger Weise, sodaß die Leiterbaugruppe beispielsweise bei Satellitenanordnungen und/ oder Meßinstrumenten, wie z. B. Kreiselgeräten, selbst unter den manchmal harten Umgebungsbedingungen ermöglicht wird, die für Luft- und Raumfahrtanwendungen typisch sind. Die erfindungsgemäße Leiterbaugruppe weist eine äußerst hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Umgebungsbedingungen auf und sie kann in wirkungsvoller Weise elektrische Ströme von beispielsweise bis zu 200 elektrischen Kreisen längs einer Länge von lediglich 33 cm, gemessen entlang der Axiallänge der gegeneinanderdrehbaren Bauteile, übertragen.

Die erfindungsgemäße Leiterbaugruppe weist eine Anzahl von kreisringförmigen, mit radialem Abstand voneinander angeordneten Radialspalten auf, die zwischen den konzentrischen leitenden Leiterringen gebildet sind, die an den Stator- und Rotor-Bauteilen in kreisförmigen, mit radialem Abstand angeordneten, in den Bauteilen ausgebildeten Öffnungen befestigt sind. Elastische, fadenförmige, leitende Kreisringe sind mit einem freien Durchmesser, der größer als die Breite der kreisringförmigen Radialspalte ist, in diesen Radialspalten angeordnet, und sie berühren gegenüberliegende Oberflächen der Leiterringe und rollen auf diesen ab. Im Gegensatz zu bekannten elektrischen Leiterbaugruppen, bei denen lediglich ein kreisringförmiger Radialspalt für die leitenden Kreisringe vorgesehen ist, weist die erfindungsgemäße Leiterbaugruppe eine Anzahl von kreisringförmigen konzentrischen Radialspalten auf, und die auf diese Weise vergrößerte Anzahl von Radialspalten kann eine größere Anzahl von elektrischen Kreisen aufnehmen.

Die kreisringförmigen Radialspalte können zwischen Wänden der relativ zueinander drehbaren Bauteile ausgebildet sein. Diese Wände können abgedichtete Umschließungen bilden, in denen die elektrisch leitenden Kreisringe abrollen und die Oberflächen der Leiterringe berühren können. Die Leiterringe sind mit elektrischen Leitungen verbunden, so daß eine elektrische Verbindung über die Stator- und Rotorbauteile für eine größere Anzahl von elektrischen Kreisen geschaffen wird, ohne daß Schwingungsprobleme und thermische Probleme entstehen, die sich aus einer vergrößerten axialen Länge ergeben würden, die anderenfalls zur Aufnahme einer großen Anzahl von elektrischen Kreisen erforderlich wäre.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Ausführungsform der elektrischen Leiterbaugruppe, die zu Erläuterungszwecken an einer der Kardanrahmenachsen eines Kreiselgerätes angeordnet ist,

Fig. 2 eine Teilschnittansicht der Ausführungsform der Leiterbaugruppe entlang der Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer einer Vielzahl von elektrischen Leiterbaugruppenmodulen der Ausführungsform der Leiterbaugruppe nach Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht des Modul nach Fig. 3 entlang der Linie IV-IV;

Fig. 5 eine Teilschnittansicht einer abgeänderten Ausführungsform der Leiterbaugruppe mit drei kreisringförmigen Spalten an Stelle der beiden kreisringförmigen Spalte der Baugruppe nach den Fig. 1 und 2.

In Fig. 1 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der Lagereinheit des Kardanrahmens eines Kreiselgerätes gezeigt, wobei diese Anordnung einen Kardanrahmen 10, d. h. ein rotierendes Bauteil, und eine Basis oder ein Gehäuse 11 einschließt, d. h. ein stationäres Bauteil. Wie dies gezeigt ist, lagert das stationäre Gehäuse 11 in drehbarer Weise den Kardanrahmen 10 in Präzisionskugellagern 12 über einen Lagerzapfen 13, der an dem Kardanrahmen 10 für eine Drehung um eine Mittelachse 14 befestigt ist. Das Gehäuse 11 schließt Kanäle für Leitungen 45, 48 von stationären elektrischen Geräten zu der Leiterbaugruppe in der Kardanrahmen-Lagerungseinrichtung ein. Der Lagerzapfen 13 ist im wesentlichen zylindrisch und der Kardanrahmen 10 weist Kanäle für elektrische Leitungen 46, 47 von der Leiterbaugruppe zu den elektrischen Geräten auf, die von der beweglichen Kardanrahmenbaugruppe getragen werden. Der Lagerzapfen 13 ist an dem Kardanrahmen 10 mit Hilfe gegeigneter Einrichtungen, wie z. B. von Befestigungsschrauben 15 befestigt. Ein Lagerhaltering und Klemmschrauben 16 dienen zum Festklemmen der Kugellager 12 an ihrem Platz.

Die elektrische Leiterbaugruppe dient zur Übertragung von elektrischer Leistung oder einer Vielzahl von elektrischen Signalen zwischen dem stationären Gehäuse 11 und dem relativ hierzu drehbaren Kardanrahmen 10 mit einer mechanischen Reibung und mechanischen Kupplungsdrehmomenten von im wesentlichen Null. Das stationäre Gehäuse 11 weist eine einstückig ausgebildete hohlzylindrische Halterung 11′ auf, die eine zylindrische Innenoberfläche 21 aufweist, die konzentrisch zu einer inneren zylindrischen Oberfläche 20 des Gehäuses 11 ist. Entlang der Oberflächen 20 und 21 des Gehäuses 11 sind Sätze von koplanaren, kreisförmigen, konkave Stirnflächen aufweisende elektrisch leitenden Leiterringen 22 und 23 gleichmäßig in Axialrichtung verteilt. In der folgenden Beschreibung werden die Leiterringe 22 in manchen Fällen als die äußeren Gehäuse-Leiterringe bezeichnet, während die Leiterringe 23 in manchen Fällen als die inneren Gehäuse-Leiterringe bezeichnet werden. Die Gehäuseleiterringe 22, 23, die ausführlicher in Fig. 3 gezeigt sind, können aus einem geeigneten, elektrisch leitenden Material hergestellt sein, und eine Goldlegierung, wie sie üblicherweise für derartige Anwendungen benutzt wird, ist auf den konkaven Oberflächen der Gehäuseleiterringe abgeschieden, wie dies in der DE-OS 28 01 260 beschrieben ist. Der Lagerzapfen 13 weist eine in Radialrichtung äußere Oberfläche 30 und eine in Radialrichtung äußere Oberfläche 30 und eine in Radialrichtung innere Oberfläche 31 auf, wobei sich jede dieser Oberflächen in axialer Richtung über die gleiche Strecke erstreckt, wie die Oberflächen 20 und 21. Entlang der Außenoberfläche 30 und der Innenoberfläche 31 des Lagerzapfens 13 sind ähnliche Sätze von kreisförmigen, eine konkave Stirnfläche aufweisenden, elektrisch leitenden Leiterringen 32 un d33 gleichförmig verteilt. Im folgenden werden die Leiterringe 32 teilweise als die äußeren Lagerzapfen-Leiterringe bezeichnet, während die Leiterringe 33 als innere Lagerzapfen-Leiterringe bezeichnet werden. Die Lagerzapfen-Leiterringe 32, 33 können ähnlich wie die Leiterringe 22 und 23 hergestellt sein. Die Leiterringe 22, 23, 32, und 33 sind voneinander durch geeignete Isolationsplatten oder Abstandsstücke 40 getrennt (die am besten aus Fig. 3 zu erkennen sind), die aus Kunststoff oder irgendeinem anderen geeigneten Isoliermaterial hergestellt sind. Jeder innere Gehäuse-Leiterring 23 ist derart in dem Gehäuse 11 angeordnet, daß er genau und in Axialrichtung derart ausgerichtet ist, daß er koplanar zu einem entsprechenden inneren Lagerzapfen- Leiterring 33 angeordnet ist, der dem Lagerzapfen 13 zugeordnet ist. Der radiale Abstand zwischen den Leiterringen 23, 33 bildet einen kreisringförmigen Radialspalt 37. In ähnlicher Weise ist jeder äußere Gehäuse-Leiterring 22 in dem Gehäuse 11 derart angeordnet, daß er genau und in Axialrichtung mit einem entsprechenden äußeren Lagerzapfen-Leiterring 32 ausgerichtet ist, der dem Lagerzapfen 13 zugeordnet ist. Der radiale Abstand zwischen den Leiterringen 22, 32 bildet einen kreisförmigen Radialspalt 36. In jedem dieser konzentrischen, kreisringförmigen Radialspalte 36, 37 ist zumindestens ein elastischer fadenförmiger leitender Kreisring 44 angeordnet, der die konkaven Kontaktoberflächen auf den Leiterringen 22, 32 und 23, 33 berührt und auf diesen abrollt. Die Kontaktgrenzflächen zwischen den Leiterringen und den fadenförmigen leitenden Kreisringen 44 sind gleich oder im wesentlichen gleich denen, die in der genannten DE-OS beschrieben sind, so daß die Kreisringe automatisch zwischen den Leiterringen eingefangen und ausgerichtet werden. Die Abstandsstücke 40 bilden einzelne Umschließungen, die in wirksamer Weise jeden Kreisring 44 von den anderen trennen, so daß selbst im unwahrscheinlichen Fall eines Bruches eines Kreisringes dieser von den anderen getrennt ist und nicht einen weiteren Kreisring zerstört oder kurzschließt. Die Abstandsstücke 40 schützen die leitenden Kreisringe 44 weiterhin während des Modul- Zusammenbaus gegen Beschädigungen. Die Abstandsstücke 40 weisen derartige Radien auf, daß sie sich in die kreisringförmigen Radialspalte 36 und 37 erstrecken, wobei ein kleiner kreisringförmiger Abstand zwischen den Abstandsstücken 40 verbleibt, um eine Umschließung für jeden der Kreisringe zu bilden. Endkappen 41, 42 erstrecken sich in Radialrichtung über die Spalte 36, 37 am oberen Ende jedes Moduls 50 (Fig. 3) und wirken mit Modulwänden 53 und 54 zusammen, um das Modul zu umschließen. Die Endkappen 41, 42 und die Modulwände 53, 54 können so geformt sein, daß eine Labyrinthdichtung 51 zum Schutz der Radialspalte 36 und 37 gegen Verunreinigungen geschaffen wird. Entsprechend weisen die relativ zueinander drehbaren Bauteile 10, 11 Wände auf, die sich parallel zu der Mittelachse 14 erstrecken und die zwischen sich die beiden konzentrischen kreisringförmigen Radialspalte 36, 37 bilden. Es ist verständlich, daß die beschriebene Leiterbaugruppe auch auf andere Anordnungen als Kreiselgeräte oder dgl. anwendbar ist. Beispielsweise kann sie zur Übertragung elektrischer Ströme zwischen den relativ zueinander drehbaren Strukturen von Raumfahrzeugen verwendet werden, beispielsweise zwischen in Drehung versetzten und gegen eine Drehung geschützten Strukturen von Satelliten und zwischen den Richtsystemachsen von Satelliten.

In der Praxis ist die im vorstehenden beschriebene elektrische Leiterbaugruppe aus getrennten Bauteilen aufgebaut, die mit Hilfe geeigneter Befestigungsmittel, beispielsweise von Schrauben aneinander befestigt sind, um kreisringförmige Moduln 50 zu bilden, wie sie weiter unten beschrieben werden. Die Moduln 50 werden dann in die kreisringförmigen Räume in dem Gehäuse und dem Lagerzapfen eingesetzt und in diesen befestigt, um die gesamte Leiterbaugruppe herzustellen. Beispielsweise werden die Konzentrischen Moduln mit Hilfe einer auf einen Teil 34 der Gehäusehalterung 11′ aufgeschraubte Mutter 35 und durch geeignete ringförmige Halterelemente 29 festgehalten. Die elektrische Leiterbaugruppe kann unter Verwendung der Kunststoffformungstechniken hergestellt werden, die in der oben genannten DE-OS beschrieben ist.

Wie dies weiter oben erläutert wurde, sind Löcher durch den Kardanrahmen 10 gebohrt, um Kanäle für die elektrischen Leitungen 46, 47 zu bilden, die sich zu elektrischen Bauteilen erstrecken, die von dem Kardanrahmen getragen werden. Ähnliche Bohrungen sind in das Gehäuse 11 gebohrt, um den Durchgang von elektrischen Leitungen 45, 48 zu ermöglichen, die sich zu festen elektrischen Bauteilen erstrecken, die mit dem Gehäuse verbunden sind. Es ist aus Fig. 1 zu erkennen, daß insgesamt 16 getrennte Kreise durch die hier gezeigte Leiterbaugruppe betrieben werden können. Wenn jedoch eine äußerst hohe Zuverlässigkeit erwünscht ist, können die einzelnen Leitungen überkreuzt verbunden werden, so daß sich zwei Leiterring- Kreisring-Kontakte pro Kreis ergeben. Beispielsweise können die elektrischen Leitungen 47, 48 nach Fig. 2, die mit einem Satz von Leiterringen 32, 22 verbunden sind, mit elektrischen Leitungen 46 bzw. 45 verbunden werden, die mit einem entsprechenden Satz von Leiterringen 33, 23 verbunden sind, um parallele oder redundante Leiterring- Kreisring-Kreise zwischen den Rotor- und Statorbauteilen zu schaffen. Diese redundante Schaltungsanordnung kann bei Raumfahrtanwendungen sehr vorteilhaft sein, weil in diesem Fall bei Ausfall eines fadenförmigen leitenden Kreisringes der andere Kreisring die elektrische Verbindung aufrechterhält. Alternativ können die Leiterringe 32, 33 für diesen Zweck als ein einstückiger Leiterring anstatt in Form von getrennten Leiterringen ausgebildet sein.

In Fig. 2 ist eine Endansicht der Leiterbaugruppe gezeigt, die die typische zufällige Verteilung der kreisförmigen fadenförmigen leitenden Kreisringe 44 in den kreisringförmigen Radialspalten 36, und 37 zeigt. Wie dies in der genannten DE-OS beschrieben ist, weisen die elektrisch leitenden kontinuierlichen fadenförmigen Kreisringe 44, die in dem kreisringförmigen Radialspalt 36 angeordnet sind, (zumindest ein Kreisring pro Ringsatz) einen allgemein langgestreckten Querschnitt auf, so daß ihre Außenkantenoberflächen, die vorzugsweise eine abgerundete Abschrägung zur Vergrößerung der elektrischen Leitfähigkeit aufweisen können, die auf sie gerichteten konkaven Oberflächen der konzentrischen Leiterringe 22 und 32 berühren und auf diesen abrollen, wobei sich eine die Kreisringe in ihrer Lage festhaltende mechanische Kraft und eine elektrische Verbindung zwischen den Leitungen 48, 47 ergibt. In gleicher Weise rollt die Vielzahl von elastischen, elektrisch leitenden, kontinuierlichen fadenförmigen Kreisringe 44, die in dem kreisringförmigen Radialspalt 37 angeordnet sind (zumindestens ein Kreisring 44 pro Leiterringsatz 23, 33) auf den konkaven Oberflächen der konzentrischen Leiterringe 23, 33 ab.

Die wesentlichen Erwägungen, die die Auswahl der konstruktiven Parameter für die elastischen, fadenförmigen leitenden Kreisringe bestimmen, bestehen in der Verringerung des wirksamen Kontaktwiderstandes über eine vorgegebene Betriebslebensdauer an der Kreisring-Leiterring- Grenzfläche, in der Erzielung einer möglichst großen Selbsthalteeigenschaft der Kreisringe zwischen den Leiterringen bei Stoß- und Schwingungseinwirkungen ohne das Auftreten erheblicher Kupplungsdrehmomente, in der Erzielung einer möglichst großen Stromübertragungsfähigkeit der Kreisring-/Leiterring-Grenzfläche, sowie in der Erzielung der größtmöglichen Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Baugruppe. Es ist aus Fig. 2 zu erkennen, daß die Kreisringe 44 und die Leiterringe 22, 23, 32, und 33 alle innerhalb des Gehäuses 11 angeordnet sind, so daß sie im Betrieb gegenüber benachbarten Einrichtungen geschützt sind und während der normalen Handhabung keiner zufälligen Berührung oder einem Herausdrücken aus den Leiterringen ausgesetzt sind.

In Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht des elektrischen Leitermoduls 50 dargestellt. In dem Modul 50 ist eine typische Kreisring 44-/Leiterring 22-Grenzfläche sowie eine typische Kreisring 44-/Leiterring 32- Grenzfläche dargestellt. Die aufeinandergerichteten konkaven Oberflächen der Leiterringe 22, 32 ergeben Selbsteinfang- und Haltekräfte für den zwischen ihnen leicht zusammengedrückten Kreisring 44, und die Tiefe der konkaven Oberfläche ist in Abhängigkeit von der Stärke der Stoß- und Schwingungseinflüsse ausgewählt, unter denen das Kreiselgerät betrieben werden soll, wie dies in der oben genannten DE-OS beschrieben ist. Weiterhin erstrecken sich die isolierenden Abstandsstücke 10, die zwischen den benachbarten Leiterringen der Leiterringsätze 22, 32 angeordnet sind, über den kreisringförmigen Radialspalt 36, so daß ein sehr kleiner Spalt, vorzugsweise in der Größenordnung von einigen tausendstel Zentimetern verbleibt. Die isolierenden Abstandsstücke 40 bilden einzelne kreisringförmige Umschließungen oder Kammern für jeden der leitenden Kreisringe 44 derart, daß bei der Abnutzung entstehender Abrieb andere Kreisringe nicht verschmutzen kann, wie dies weiter oben erläutert wurde. Es ist weiterhin zu erkennen, daß sich die Endkappen 41, 42 ebenfalls über den kreisringförmigen Radialspalt 36 erstrecken und so geformt sind, daß sie labyrinth-artige Dichtungen 51 bilden, wie dies weiter oben erwähnt wurde. Die äußeren Labyrinthdichtungen 51 bilden kleine Spalte, vorzugsweise in der Größenordnung von 0,025 cm, zwischen den Endkappen 41, 42, die Fremdkörper daran hindern, im Betrieb das Innere der Leiterbaugruppe zu verunreinigen, wobei sich die zusätzliche Funktion ergibt, daß die zusammengebauten Bestandteile der Moduln für einen Einbau in das Gehäuse zusammengehalten werden und die leitenden Kreisringe 44 vor und während des Zusammenbaus und des Einbaus gegen Schäden geschützt werden. Insbesondere bei Raumfahrtanwendungen kann es jedoch wünschenswert sein, große Löcher in die Endkappen 41, 42 zu bohren, um eine Evakuierung zu erleichtern, wenn die Anordnung einem Unterdruck ausgesetzt wird und sich auf einer Umlaufbahn im Raum befindet, wo Verunreinigungen allgemein kein schwerwiegendes Problem darstellen.

Es ist verständlich, daß es bei manchen Anwendungen in Abhängigkeit von dem Ausmaß der Umgebungseinflüsse ausreichend sein kann, die bogenförmigen Oberflächen der Leiterringe 22, 23 nur auf einem der Leiterringe auszubilden. Vorzugsweise sind die Leiterringe 22, 23 aus einer Kupferlegierung hergestellt und maschinell auf die gewünschte konkave Form bearbeitet, worauf Legierungen von Rhodium, Nickel und Gold oder andere geeignete Materialkombinationen aufeinanderfolgend auf dieser Oberfläche abgeschieden werden, um die fertigen konkaven Leiterringe zu bilden. Alternativ können in der in der genannten DE-OS beschriebenen Weise konkave Nuten maschinell oder auf andere Weise auf den Oberflächen des Kunststoffgehäuses 11 und des Lagerzapfens 13 mit einem gewünschten Radius und einer gewünschten Tiefe ausgebildet werden, worauf diese Oberflächen in geeigneter Weise abgedeckt werden und eine Goldlegierung auf die Nuten oder konkaven Oberflächen mit der gewünschten Stärke abgeschieden wird. Die leitenden Kreisringe 44 sind ebenfalls galvanisch mit einer gutleitenden Legierung übergezogen, um die elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften der Leiterbaugruppe zu verbessern.

Wie dies in Fig. 3 gezeigt ist, wird das kreisringförmige Modul 50 dadurch aufgebaut, daß die Leiterringe 32, 33 und die isolierenden Abstandsstücke 40 aufeinanderfolgend auf Schrauben 24 innerhalb der Modulwände 53, 54 aufgestapelt werden. Das resultierende Modul wird in den kreisringförmigen Raum zwischen dem Gehäuse 11 und dem Kardanrahmen 10 eingebaut, in dem es in der vorstehend beschriebenen Weise an seinem Platz befestigt wird. Beispielsweise sind Löcher in die unteren Flansche der Modulwände 53, 54 eingebohrt, um die Schrauben 24 aufzunehmen.

Die Schrauben 24 sind mit Isolierhülsen 26′ versehen und werden durch Muttern 26 befestigt. Ein erster Satz von isolierenden Abstandsstücken 40 und Leiterringen 22 und 32 wird dann auf die isolierten Schrauben 24 aufgelegt und der fadenförmige leitende Kreisring 44 wird dann zwischen den Leiterringen 22, 32 komprimiert. Die zweite Schicht von isolierenden Abstandsstücken 40 und Leiterringen 22, 23 wird dann auf die erste Schicht aufgelegt und ein Kreisring 44 zwischen diesen Ringen zusammengedrückt. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis das Modul vollständig gefüllt ist. Die Endkappen 41, 42 werden dann über dem obersten Abstandsstück 40 aufgelegt. Daraufhin können die Befestigungsmuttern 26 auf die Schrauben 24 aufgeschraubt werden, um das Modul 50 zusammenzuhalten. Es ist zu erkennen, daß die Labyrinthdichtung die Einstückigkeit des Moduls während des Einbaus in das Gehäuse aufrechterhält.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Teil-Endansicht des elektrischen Leitermoduls 50. Der Umfang der Leiterringe 22, 32 ist weggeschnitten, um sich in Längsrichtung erstreckende Kanäle 52 zu bilden, die sich von den Endkappen 41, 42 und entlang der Innenflächen der Modulwände 53, 54 erstrecken, so daß Kanäle für Leitungen 47, 48 gebildet werden. Die Teile der äußeren Lagerzapfen-Leiterringe 32, die an die Modulwand 53 anstoßen, und die Teile der äußeren Gehäuse-Leiterringe 22, die an die Modulwand 54 anstoßen, sowie die jeweils anliegenden Abstandsstücke 40 sind ausgeschnitten, so daß sich die Kanäle 52 vom Boden der Modulwände zu den Endkappen 41, 42 erstrecken. Die Leitungen 47 und 48 sind isolierte Drähte, die in Bohrungen eingelötet sind, die in die Leiterringe 32 bzw. 22 eingebohrt sind. Vorzugsweise werden die Leitungen an die Leiterringe vor deren Zusammenbau zur Bildung des Moduls angelötet.

Es ist zu erkennen, daß das radial innere Modul mit den Leiterringen 23, 33, den zugehörigen Kreisringen und den entsprechenden Endkappen 41, 42 und den Modulwänden 53, 54 ähnlich dem ist, das für das radial äußere Modul 50 nach Fig. 3 beschrieben wurde.

In Fig. 5, in der gleiche Bauteile mit gleichen Bezugsziffern wie in den Fig. 1 bis 4 bezeichnet sind, ist eine Teilschnittansicht einer elektrischen Leiterbaugruppe gezeigt, die eine abgeänderte Ausführungsform darstellt. Bei dieser Ausführungsform ist eine noch größere Anzahl von Kreisen in der gleichen Axialrichtung vorgesehen. Es sind drei kreisringförmige Radialspalte 63, 64 und 65 anstelle der zwei kreisringförmigen Radialspalte gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 vorgesehen. Die Konstruktion der elektrischen Leiterbaugruppe mit den drei kreisringförmigen Radialspalten 63, 64, 65 ist ähnlich der Konstruktion der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4. Es ist zu erkennen, daß ein zusätzlicher Lagerzapfen-Zylinder 66 und zwei zusätzliche Sätze von Leiterringen 67, 68 und der zugehörigen Bauteile benötigt werden. Auf Grund der Verwendung der zusätzlichen Sätze von Leiterringen 67, 68 und der zugehörigen (nicht gezeigten) Kreisringe ergibt die Ausführungsform nach Fig. 5 im Vergleich mit der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4 zusätzliche Strompfade durch die Leiterbaugruppe, wobei diese zusätzlichen Strompfade die zusätzlichen Leitungen 69, 79 nach Fig. 5 verbinden. Es ist zu erkennen, daß die radiale Ausdehnung der Leiterbaugruppen bis zu irgendeiner praktischen gewünschten Grenze fortgesetzt werden kann.

Claims (13)

1. Leiterbaugruppe zum Leiten elektrischer Energie einer Vielzahl von elektrischen Kreisen zwischen zwei relativ zueinander um eine gemeinsame Achse drehbaren Bauteilen, mit zumindestens einem ersten Paar von kreisförmigen koplanaren elektrisch leitenden Leiterringen, von denen einer an dem ersten Bauteil und der andere an dem zweiten Bauteil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Durchmesser des ersten Paares von Leiterringen (23, 33) zwischen diesen Leiterringen einen ersten relativ großen Radialspalt (37) ergeben, daß zumindest ein zweites Paar von kreisringförmigen Koplanaren, elektrisch leitenden Leiterringen (22, 32) vorgesehen ist, von denen einer an dem ersten Bauteil (11) und der andere an dem zweiten Bauteil (10) angeordnet ist, wobei die jeweiligen Durchmesser des zweiten Paares von Leiterringen (22, 32) einen zweiten relativ großen Radialspalt (36) zwischen diesen Leiterringen ergeben, daß zumindestens ein elastischer, fadenförmiger leitender Kreisring (44) in jedem der ersten und zweiten Radialspalte (37, 36) angeordnet ist und einen freien Durchmesser aufweist, der größer ist als die Breite des Radialspaltes, so daß die Kreisringe Druckkräfte auf die Leiterringe ausüben, um eine elektrische Leitfähigkeit zwischen den Paaren von Leiterringen zu ergeben, wobei die relativ großen Durchmesser der ersten und zweiten Paare von Leiterringen derart sind, daß sie auf einer im wesentlichen gemeinsamen Ebene senkrecht zur gemeinsamen Achse (14) angeordnet sind, so daß die Vielzahl von elektrischen Kreisen ohne eine wesentliche Vergrößerung der Länge der Leiterbaugruppe entlang der Achse (14) unterbringbar ist.

2. Leiterbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiterring jedes der Paare von Leiterringen elektrisch mit einem gemeinsamen Kreis verbunden ist, der einem der Bauteile zugeordnet ist, während der andere Leiterring jedes Paares von Leiterringen elektrisch mit einem gemeinsamen elektrischen Kreis verbunden ist, der dem anderen Bauteil zugeordnet ist, so daß die leitenden Kreisringe (44) eine redundante elektrische Verbindung zwischen den relativ zueinander drehbaren Bauteilen (10, 11) ergeben.

3. Leiterbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindestens eine der aufeinander gerichteten Oberflächen jedes der Paare von Leiterringen eine relativ flache bogenförmig konkave Form aufweist und jeder der leitenden Kreisringe (44) eine im wesentlichen ebene Außenoberfläche aufweist, daß die mit Abstand angeordneten Außenkanten der im wesentlichen ebenen Außenoberfläche die konkaven Oberflächen entlang sich ändernder Kontaktlinien berühren, die von irgendwelchen begrenzten axialen, radialen und Winkelfehlausrichtungen der Ringe bei Relativbewegungen zwischen den Bauteilen (10, 11) hervorgerufen werden und daß die Druckkräfte zwischen den Kreisringen (44) und den konkaven Oberflächen Kraftkomponenten auf die Kreisringe (44) in derartigen Richtungen hervorrufen, daß die Kreisringe (44) in den konkaven Oberflächen gehalten werden.

4. Leiterbaugruppe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Paare von Leiterringen (22, 32, 23, 33) und die zugehörigen leitenden Kreisringe (44) eine Anordnung bilden, die lediglich eine einer Vielzahl von im wesentlichen identischen, aus Paaren von Leiterringen von zugehörigen Kreisringen bestehenden Anordnungen darstellt, daß die Vielzahl von Anordnungen sich hintereinander parallel zu der gemeinsamen Achse erstreckt und daß jede Anordnung weiterhin kreisringförmige Isoliereinrichtungen (40) zur elektrischen Isolation benachbarter Leiterringe voneinander einschließt.

5. Leiterbaugruppe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich jede der kreisringförmigen Isoliereinrichtungen (40) im wesentlichen in die Radialspalte (36, 37) erstreckt und einzelne Kammern für jeden der leitenden Kreisringe (44) bildet.

6. Leiterbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bauteil (10, 11) eine Vielzahl von kreisringförmigen, mit radialen Abstand angeordneten Wänden aufweist, die sich parallel zur gemeinsamen Achse (14) erstrecken, daß die Wände eine Vielzahl von mit radialem Abstand angeordneten konzentrischen Öffnungen zwischen sich ausbilden, daß jede der Öffnungen eine darin angeordnete Vielzahl von Paaren von kreisringförmigen koplanaren elektrisch leitenden Leiterringen (22, 32, 23, 33) einschließt, daß ein Leiterring jedes Paares von einer der die Öffnung ausbildenden Wände gehaltert ist, während der andere Leiterring jedes Paares durch die gegenüberliegende, Öffnungen ausbildende Wand gehaltert ist, und daß zumindestens ein elektrisch leitender Kreisring (44) in dem jeweiligen Radialspalt zwischen den Leiterringen jedes Paares angeordnet ist.

7. Leiterbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von konzentrischen, elektrisch leitenden Leiterringen (22, 32, 67) mit unterschiedlichen Durchmessern an dem ersten Bauteil (11) befestigt ist, daß eine Vielzahl von konzentrischen, elektrischen leitenden Leiterringen (32, 22, 68) mit unterschiedlichen Durchmessern an dem zweiten Bauteil (10) befestigt und gegenüberliegend zu den konzentrischen Leitenden Ringen angeordnet ist, die an dem ersten relativ drehbaren Bauteil befestigt ist, um eine Vielzahl von kreisringförmigen Radialspalten zwischen den konzentrischen Leiterringen, die an dem ersten und dem zweiten Bauteil befestigt sind, zu schaffen, daß eine Vielzahl von Kreisringen (44) in den Radialspalten angeordnet ist, die durch die einander gegenüberliegenden Leiterringe gebildet ist, und daß Halteeinrichtungen zum Halten der Kreisringe (44) in den Radialspalten vorgesehen sind.

8. Leiterbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Leiterringe, die an dem ersten Bauteil (11) befestigt sind, zumindestens zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisen, und daß die konzentrischen Leiterringe, die an dem zweiten Bauteil (10) befestigt sind, zumindestens zwei unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so daß zwischen diesen zumindestens zwei kreisringförmige Radialspalte (36, 37) gebildet werden.

9. Leiterbaugruppe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die konzentrischen Leiterringe, die an dem ersten Bauteil (11) befestigt sind, zumindestens drei unterschiedliche Durchmesser aufweisen, und daß die konzentrischen Leiterringe, die an dem zweiten Bauteil (10) befestigt sind, zumindestens drei unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so daß zumindestens drei kreisringförmige Radialspalte (63, 64, 65) zwischen diesen Leiterringen gebildet sind.

10. Leiterbaugruppe nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtungen für die Kreisringe (44) eine Vielzahl von konkaven Oberflächen auf den leitenden Ringen und eine Vielzahl von Wänden einschließen, die sich senkrecht von zumindestens einem der drehbaren Bauteile aus erstrecken und eine kreisringförmige Umschließung zum Trennen der Kreisringe (44) bilden.

11. Leiterbaugruppe nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtungen weiterhin Endwandelemente (41, 42, 53, 54) mit dazwischen befindlichen Abständen einschließen , die eine labyrinth-artige Dichtung (51) bilden.

12. Leiterbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (11) eine erste zylindrische Oberfläche (21) und eine zweite zylindrische Oberfläche (20) mit größerem Durchmesser als die erste zylindrische Oberfläche aufweist, daß das zweite Bauteil (10) um die Drehachse (14) drehbar ist und eine dritte zylindrische Oberfläche (31) und eine vierte zylindrische Oberfläche (30) aufweist, die zwischen den ersten und zweiten zylindrischen Oberflächen des ersten Bauteils angeordnet sind, daß ein Leiterring des ersten Paares von Leiterringen (23, 33) auf der ersten zylindrischen Oberfläche (21) des ersten Bauteils angeordnet ist, während der andere Leiterring des ersten Paares von Leiterringen auf der dritten zylindrischen Oberfläche (31) des zweiten Bauteils (10) angeordnet ist, und daß der eine Leiterring des zweiten Paares von Leiterringen (22, 32) auf der zweiten zylindrischen Oberfläche (20) des ersten Bauteils (11) angeordnet ist, während der andere Leiterring des zweiten Paares von Leiterringen auf der vierten zylindrischen Oberfläche (30) des zweiten Bauteils (10) angeordnet ist.

13. Leiterbaugruppe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (11) weiterhin eine fünfte zylindrische Oberfläche mit größerem Durchmesser als die zweite zylindrische Oberfläche (20) aufweist, daß das zweite Bauteil (10) weiterhin eine sechste zylindrische Oberfläche mit größerem Durchmesser als die fünfte zylindrische Oberfläche des ersten Bauteils (11) aufweist, daß zumindestens ein drittes Paar von kreisförmigen koplanaren elektrisch leitenden Leiterringen (67, 68) vorgesehen ist, von denen einer auf der fünften zylindrischen Oberfläche des ersten Bauteils (11) und der andere auf der sechsten zylindrischen Oberfläche des zweiten Bauteils (10) angeordnet ist, und daß die Leiterringe des dritten Paares von Leiterringen einen dritten Radialspalt (65) zwischen sich ausbilden, in dem zumindestens ein elastischer leitender Kreisring angeordnet ist.