具有由填充的SMC和/或BMC材料构成的屏蔽器件的旋转式传输器的制作方法

本发明涉及一种旋转式传输器，所述旋转式传输器具有用于改善在其中应用的旋转式传输器件的电磁特性或屏蔽的装置，以及本发明涉及一种用于改善在其中应用的旋转式传输器件的电磁特性或屏蔽的方法。

背景技术：

滑环也称为旋转式传输器用于在相对可旋转的构件之间传送电信号。在此，至少一个电刷在相对于其可旋转的滑轨上滑动。备选或附加地，不仅供电功率的电气传输而且控制和数据信号的电气传输可以基于无接触传输借助于旋转式变压器以及容性、光学或无线数据路径如WLAN实现。在此可采取屏蔽信号的传输路径免于来自外部的干扰影响的措施，以及满足对于在传输路径的环境中对于人员暴露在电磁射线中的法定要求。为此通常应用用于屏蔽电磁射线的由金属构成的屏蔽结构。

文献US 4,980,516公开了：为了密封经常用作屏蔽的金属壳体，将柔性能导电的密封件用于避免产生缝隙发射器并且用于调整边缘区域中的壳体不匀性并且因此用于产生机械密封性。

能导电的密封件对旋转式应用的匹配是不可能的，因为这些密封件将阻碍旋转运动并且由于生成的磨屑大量污物将进入机器中。

文献US 5,286,318描述一种由不能导电的层和能导电的层构成的屏蔽结构。通过该措施应在机械特征保持不变的情况下降低由铜或铝构成的全壳体的材料耗费和继而成本。

这样的由能导电和不能导电的层的构成的技术实现导致时间耗费并因此成本耗费的技术生产方法。为了制造这样的屏蔽材料，需要在多个生产步骤中将多个导电屏蔽材料层施加到不能导电的载体材料层上。

技术实现要素：

在旋转式传输器中通常在旋转与固定的机器部分之间传输能量和数据。优选地，该传输在计算机断层扫描仪中在台架(其此外承载X射线管与X射线探测器)的转动的机器部分与计算机断层扫描仪的固定机器部分之间发生。

在计算机断层扫描仪(CT)的固定部分上存在圆形并且同心地绕CT的通孔设置的旋转式变压器的第一部分，该旋转式变压器可以由一件式或多件式构成的芯、具有往复导体的初级绕组以及用于绕组的轴承外壳组成。此外可以在固定部分上设置多个与CT的通孔同心设置的滑环或电刷或电刷模块，它们与在台架的转动的机器部分上的滑环或电刷或电刷模块相作用。附加地，旋转的机器部分也还可以包含旋转式变压器的第二部分，该第二部分与第一部分对应地构成并且包含旋转式变压器的次级绕组。

为了数据传输，CT的固定以及旋转部分可以包含容性或光学数据路径，其包含用于发送以及用于接收数据的单元。容性数据路径同样可以与CT的通孔同心地构成并且围绕所述通孔延伸。为了接收数据信号，由固定机器部分到旋转机器部分或者沿相反方向的接收器可以通过固定夹或夹件如此固定，使得实现与发送器的相应最小间隔。为了朝接收器的方向发射要传输的数据可以使用发送导体结构，该发送导体结构由带状线或其他发送导体结构组成。接收器可以包含用于接收数据的所有必要电子装置并且可以通过柔性电路板连接。

本发明的任务在于实现用于旋转式传输系统和特别是用于计算机断层扫描仪的屏蔽结构，所述屏蔽结构能以时间和成本优化的方法制造并且同时在高度机械稳定性的情况下确保高的屏蔽性以及高的弯曲强度以及优选用于保护免于爆炸和四下乱飞的部分的相应强度。

该任务通过根据权利要求1的技术方案解决。本发明有利的设计方案在从属权利要求中给出。

在本发明的一个优选设计方案中，可以在计算机断层扫描仪中在功率和/或数据传输的构件或结构组件之间或周围设置由SMC或BMC构成的屏蔽件。

为了制造屏蔽件可以应用用于SMC(片状模塑料)或BMC(块状模塑料)的两种不同的复合材料制造方法及其产品或其组合，优选也结合至少一种经典屏蔽材料如铜、铝、M合金和/或其他金属例如铁和/或钢。如此金属和/或铁氧体可以作为线、纤维和/或作为薄膜而引入。

通过特别是将能导电的材料优选集成到SMC/BMC的内部位置中而将该材料相对于环境隔离。由此可以省去附加的隔离装置。特别有利的是，然而在至少一个位置上能导电的材料是可接近的，从而该导电材料例如可以为了接地连接而被接通。

另一优点在于SMC/BMC的机械稳定性，这可以改善旋转式传输器或滑环的机械特征。如此也可以基于SMC/BMC制造旋转式传输器，其中SMC/BMC是用于机械构件的载体材料。

特别是例如SMC/BMC可以在后侧装入到滑环模块上。SMC/BMC同样可以注入到模块的内部。同样SMC/BMC可以装入或集成到滑环或旋转式传输器的部分中或上或者其部分中或上。备选地，SMC/BMC也可以注入滑环模块中。

优选地可以应用掺入有能导磁或能导电的颗粒或纤维的SMC(片状模塑料)材料。

其中涉及由热固性的反应性树脂构成的模压塑料和用于制造纤维-塑料复合材料的玻璃纤维。在SMC中存在所有必要的完全预混合完成用于处理的组分。加强纤维位于具有优选10％-60％的份额的垫子或备选地织物形式中，其典型纤维长度可以为25-50毫米。混合物再者可以包括惰性填料、催化物、颜料和稳定剂以及分离剂和增稠剂。

SMC制造为垫子或预浸料优选作为连续工艺实现。材料在上和在下地套上塑料膜作为三明治(所述塑料膜优选由聚乙烯或尼龙构成)，以便阻止黏连。用于SMC中的薄膜用于在制造所谓的SMC预浸料(两个薄膜具有包含在其间的塑料混合物)期间更简单处理以便更简单存放该预浸料并且优选在制造工艺期间在注塑之前、例如在放置到铸模中时除去。

在一个优选制造方法中首先提供第一薄膜。随后均匀地在第一薄膜上铺展塑料材料的混合物。切断的纤维(优选玻璃纤维)优选随机定向地施加到混合物上。塑料材料的混合物在此可以以膏的形式存在。施加或引入材料到复合材料中也称为混料。在此能导电或能导磁材料可以作为纤维和/或粉末和/或颗粒和/或膏和/或薄膜和/或织物被共同引入。随后施加第二薄膜并且将三明治滚压为预定厚度。原则上可以引入更多这样的层。

可以在引入纤维之后在硬化之前或在装入到旋转式传输器设备中之前将三明治切割或置于各种期望的模具中，或者置入到存在的模具中并且在那儿硬化。塑料的硬化也称为聚合作用或聚合反应并且可以例如通过热辐射、压力提高、催化剂、化学添加或其组合激活。模制件和/或板的进一步加工同样可以在硬化之后实现。在三明治的上侧和下侧上施加的由聚乙烯或尼龙构成的塑料薄膜在此又可以被除去。塑料薄膜特别是在随后的浇铸工艺之前又除去。

该方法用于通过可再现的稳定的工艺能实现稳定的材料和构件质量。处理中的工艺参数可以针对可再现的材料特性进行调节和优化。

热固性反应树脂是如下塑料，该塑料在其硬化之后不再能够变形，亦即玻璃式聚合材料，其通过化学主化合价结合而三维固定地交联。交联或者在室温下借助于催化剂通过化学方式实现(等温地)或者在高温下通过热方式(放热地)激活。热固性反应树脂例如是聚酯树脂、乙烯基树脂、环氧树脂、密胺树脂、氨基塑料、酚醛树脂、聚丙烯酸酯以及聚氨酯。

作为第二方法以及材料可以应用BMC(块状模塑料)材料。

块状模塑料(BMC)是由不同惰性填料和增强纤维以及颜料组成的热固性树脂混合物，它们形成胶黏料。块状模塑料(BMC)优选大量地填充(在10％与30％之间)并且此外优选以直至12毫米长的短纤维强化。BMC典型地以浇铸方法处理(喷注，离心铸)。

这些塑料也称为团状模塑料(DMC)。该材料是纤维半成品。该材料大多可以由短玻璃纤维和聚酯树脂或乙烯基树脂组成，其他增强纤维或树脂系统是可能的，如例如天然纤维，作为玻璃纤维的物美价廉的替代品。BMC作为无形料以袋或其他容器提供。相对于纯树脂BMC具有较高的强度、刚性和温度应用极限。

BMC优选以喷注方法处理、以离心铸方法或者如SMC那样作为预制垫(预浸料)处理。在此可以共同引入作为纤维和/或粉末和/或颗粒和/或膏和/或薄膜和/或织物的能导电或能导磁的材料。

BMC相比于SMC为了更容易的可处理性而具有更少的纤维份额。纤维长度更短(大约12毫米)。

作为用于SMC和/或BMC材料的填料优选可以采用软磁材料以便降低磁化损耗，附加地也能够将碳纤维代替或附加于之前使用的玻璃纤维添加到材料混合物中以便进一步提高导电能力以及用于降低重量。

为了降低重量以及为了改善导电性也已经证实为有利的是，附加地应用碳纳米管(CNT)。由此实现提高渗流路径的数量，如在置入的导电层、纤维或所述能导电的颗粒之间的导电路径。碳纳米管是由碳组成的管状产物，其特征在于高的导电能力、高的导热能力、机械稳定性以及热稳定性。

为了改善机械以及化学特征，也可以将填充的SMC以及BMC材料制造的板或薄膜或成型件用作在其他材料如玻璃纤维材料或传统塑料之间的导电中间层或具有金属的复合材料。通过这样的结构可以省去附加的电气隔离或机械强化或涂漆。

对于起作用的电磁屏蔽，一方面要屏蔽的干扰的频率以及屏蔽材料的材料和材料厚度是重要的。屏蔽的效率可以借助于所谓的屏蔽系数确定。屏蔽系数通过屏蔽降低的磁场或电场的场强与在没有屏蔽的情况下形成的磁场或电场的场强的比例描述。

因为屏蔽具有反向作用，所以对于屏蔽作用非重要的是，干扰源位于在内部还是外部。对于在计算机断层扫描仪中的应用可基于以下考虑。由旋转式变压器要传输的功率位于在几千瓦的范围中以便在优选20-40千赫兹的频率下给X射线管供电。在该频率范围中如数值模拟证明还没有完全形成趋肤效应，由此屏蔽厚度形成有效屏蔽的主要因素。而容性数据路径可以在兆赫或千兆赫范围中传输，其中屏蔽厚度基于完全形成的趋肤效应不再起作用。在此特别是高表面导电能力是重要的。

通过旋转式变压器产生的场的屏蔽利用电动力学的屏蔽是可能的。该屏蔽一方面用作法拉第笼而另一方面在其中感应出涡流，通过涡流形成对应场，使得与存在的场在优化情况下叠加为零。有利地为此可以采用高导磁的材料如软铁、软磁镍等。对于低频场如试验证明那样，屏蔽厚度起决定性作用。对于较高频率，该屏蔽厚度更大程度上是可忽略的，因为趋肤效应起到更大相关性。为此优选地应用具有高导电能力的材料，如铝或铜或钢。

能导电的纤维在SMC以及BMC材料中的应用如试验证明那样通过构成渗流路径而导致有效的屏蔽厚度的提高。通过能导电的纤维在树脂或塑料基质中的随机分布，能导电的纤维相互接通。在期望的接地的情况下或者假如应相互连接多个屏蔽件的情况下，可以将由铜或铝构成的柔性带以及其他机械或电气构件以及保持和固定装置共同层压到以SMC或BMC方法制造的屏蔽几何结构中。

由SMC和BMC构成的构件的制造以不同模型形状是可能的。模型可以在硬化之后附加地利用其他塑料浇铸以便提高机械稳定性。因此模型同时用作铸模并且不再需要分开的模具制造。

由SMC和BMC材料制造的构件同样可以用作铸模并且以环氧树脂或其他也可以填充的浇铸材料浇铸，以便实现较高的机械稳定性。浇铸材料可以通过紫外线、热或通过化学方式硬化。铸模可以具有U形或各种其他轮廓。

本发明的另一方面涉及一种用于制造滑环和/或旋转式传输器设备的屏蔽件的方法。该方法包括以下步骤：

引入至少一个由SMC材料构成的件，所述SMC材料具有包含在其中的能导电和/或能导磁的材料，其中，所述至少一种SMC材料包括第一薄膜、第二薄膜和在第一薄膜与第二薄膜之间的塑料材料与包含在其中的玻璃纤维以及能导电和/或能导磁的材料的混合物；

除去第一薄膜和/或第二薄膜，以及

使SMC材料硬化。

在方法的另一设计方案中，在材料硬化之前引入其他的塑料和/或金属件。

附图说明

图1示出用于具有数据路径、功率传输器件以及屏蔽器件的计算机断层扫描仪的旋转式传输器的一般结构；

图2示出用于计算机断层扫描仪的另一旋转式传输器连同在后侧装入的屏蔽器件的部分视图；

图3示出用于计算机断层扫描仪的另一旋转式传输器连同装入在数据路径与功率传输之间的屏蔽器件的部分视图；

图4示出计算机断层扫描仪的示意结构；

图5示出用于计算机断层扫描仪的旋转式传输器连同装配的屏蔽器件的一部分；

图6示出由SMC或BMC构成的用于浇铸和紧接着进一步处理的外壳；

图7示出结合能导电的层的填充的SMC材料；

图8示出以碳纳米管填充的SMC或BMC材料。

具体实施方式

图1示出在计算机断层扫描仪中的无接触的旋转式传输器。该旋转式传输器具有第一机器部分100和第二机器部分200，它们相对可旋转地支承并且绕共同的旋转轴101是可旋转的。这两个相互相对可旋转地机器部分100、200优选在形式上类似地设计。

优选地，机器部分100、200可以具有类似盘形的轮廓。机器部分但是同样也可以构成为滚筒。两种实施形式优选具有自由内直径。这在计算机断层扫描仪(CT)中一般通常用于放置透视对象。对象可以是人类或动物病患或其他对象如例如行李件或植物。

旋转式传输器具有第一无接触数据路径(110、111、112、213、214)、第二无接触数据路径(210、211、212、113、114)以及旋转式变压器300。

第一无接触数据路径包括用于无接触发送数据的发送导体结构110、用于将数据馈入发送导体结构110的发送器111、用于由发送导体结构110接收数据的接收器213以及用于在发送导体结构110上引导接收器213的固定夹214。发送导体结构可以是例如带状线或其他适合结构。

第二无接触数据路径包括用于无接触发送数据的发送导体结构210、用于将数据馈入发送导体结构210的发送器211、用于由发送导体结构210接收数据的接收器113以及用于在发送导体结构210上引导接收器113的固定夹114。固定件112以及212用于机械固定固定夹114以及发送导体结构110和210。

为了能量传输，计算机断层扫描仪配备有旋转式变压器300。旋转式变压器具有在第一机器部分100上的芯120，所述芯在该有利的实施方案中可以设计为E形。在E形芯上缠绕有第一初级侧绕组121、122。磁芯120为了改善装配特征可以由多个件组成。

在第二机器部分上存在旋转式变压器的次级侧上设置的绕组221、222，它们同样缠绕在有利的E形芯220上。匹配于相应的要求也可以考虑相应的其他的芯几何结构。对于本领域内技术人员而言显著的是，将旋转式变压器300的初级以及次级部分对称地实现。

在该有利的实施形式中，机器具有沿每个方向的数据链接。显著的是，对于一个方向也可以存在仅仅一个数据链接。优选地，C仪具有至少一个由第一机器部分100到第二机器部分200的数据链路。

旋转式变压器300的主体优选可以由塑料构成，以便获得绝缘特征。该主体同样可以由金属制造并且在该情况下用作具有良好的导热能力的电磁屏蔽器件。金属主体的大的缺点在于高成本和大重量。

旋转式变压器300的芯可以由屏蔽器件140、240至少部分包围。金属的或由SMC或BMC材料制造的屏蔽体用作在数据传输路径110、210与旋转式变压器300的主体之间以及向外的电磁屏蔽器件140、240。屏蔽体140、240还可以附加地接地，以及构成为可机械承载的部分。在屏蔽结构140、240的多层式结构中应注意如下，即将屏蔽结构的能力保持尽可能小，以便避免容性电流。

图2示出计算机断层扫描仪的第一机器部分100的另一备选实施形式，具有由金属、SMC或BMC材料构成的能导电的后盖140，所述后盖用于导热以及用作屏蔽罩。屏蔽罩140还可以附加地够成为接地的。附加地，在该实施例中还示出第一滑轨131和第二滑轨132用于传输电气信号和/或用于提供对于对置的第二机器部分200的接地。

图3示出由BMC或SMC材料构成的屏蔽器件141，所述屏蔽器件屏蔽由旋转式变压器的容性数据路径并且同样绕旋转轴旋转对称地构成。在此可能的是，将屏蔽器件141在生产工艺的过程中共同集成到第一机器部分100中。

图4示出计算机断层扫描仪，其中使用用于数据路径的无接触旋转式耦合器。计算机断层扫描仪由两个机械基本部分组成。固定部分310，其用于转动部分309的基架。病人304位于旋转机器部分309的自由内直径中的床307上。X射线管301和所属的X射线探测器303相对地装入在转动的机器部分上，其中X射线管发出X射线302而X射线探测器303接收该X射线。旋转式变压器300确保在转动机器部分309与静止机器部分之间的电气功率。控制机构306用于控制计算机断层扫描仪以及用于分析所传输的数据。在计算机断层扫描仪与控制机构之间的通信通过有线连接的数据连接305或无线的数据连接305发生。

图5示出具有在一侧上借助于至少一个螺纹连接153装配的由SMC或BMC材料构成的屏蔽罩143的旋转式传输器的第一机器部分100。旋转式传输器的主体100优选配备滑轨131，其在制造中直接浇铸或粘接。此外设有凹槽109用于容纳用于容性数据路径的发送导体结构。

屏蔽器件143也可以粘接。完整的滑环借助于至少一个螺纹连接153装配在仪器中。

图6示出在制造开始的屏蔽结构。由BMC或SMC材料构成的U形外壳——其用作屏蔽罩143——填充有由优选非导电塑料如例如聚氨酯或环氧树脂构成的浇铸材料104，以便给整个屏蔽结构较高的机械稳定性。浇铸材料可以附加地以填料填充。U形外壳因此用作铸模。在浇铸塑料或环氧树脂之后可以按照必要的最终尺寸沿切割线102切割侧棱边，其中切割棱边102可以沿方向103移动。

图7示出由SMC材料连同第一薄膜400和第二薄膜410构成的复合物以及在浇铸料460中的能导电的层420。浇铸料以能导电的纤维430、碳纳米管450以及玻璃纤维440填充，以用于提高机械稳定性。碳纳米管450以及能导电的纤维430在随机分布地位置上形成在能导电的各层420之间的渗流路径470(导电路径)。

图8示出以碳纳米管450填充的SMC或BMC材料460的局部。通过碳纳米管的随机接触产生一个或多个渗流路径470。由此引起在材料内部中的电流引导并因此引起屏蔽。

附图标记列表

100 第一机器部分

101 旋转轴线

102 切割棱边

103 移动方向

104 浇铸材料

109 凹槽

110 发送导体结构

111 发送器

112 固定装置

113 接收器

114 固定夹

120 旋转式变压器的芯

121 绕组

122 绕组

131 第一滑轨

132 第二滑轨

140 屏蔽罩

141 屏蔽罩

143 屏蔽罩

153 螺纹连接

200 第二机器部分

210 发送导体结构

211 第二发送器

212 固定装置

213 接收器

214 固定夹

220 旋转式变压器的芯

221 绕组

222 绕组

240 屏蔽罩

300 旋转式变压器

301 X射线管

302 X射线

303 X射线探测器

304 病人

305 数据连接

306 控制台

307 病床

308 转动方向

309 转动的机器部分

310 静止的机器部分

400 第一薄膜

410 第二薄膜

420 能导电的中间层

430 能导电的纤维

440 玻璃纤维

450 碳纳米管

460 由SMC或BMC材料构成的料

470 渗流路径