{"id":6916,"date":"2022-02-01T16:52:00","date_gmt":"2022-02-01T16:52:00","guid":{"rendered":"https:\/\/servotecnica.com\/drum-and-pancakes-zeit-sich-mit-schleifringen-vertraut-zu-machen\/"},"modified":"2023-05-17T14:58:46","modified_gmt":"2023-05-17T14:58:46","slug":"drum-and-pancakes-zeit-sich-mit-schleifringen-vertraut-zu-machen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/servotecnica.com\/de\/drum-and-pancakes-zeit-sich-mit-schleifringen-vertraut-zu-machen\/","title":{"rendered":"Drum and Pancakes: Zeit, sich mit Schleifringen vertraut zu machen"},"content":{"rendered":"\n
Selbst Ingenieure, die in ihrer t\u00e4glichen Arbeit nicht mit Schleifringen zu tun haben, wissen, wie diese elektromechanischen Vorrichtungen die \u00dcbertragung von Energie und elektrischen Signalen von einer station\u00e4ren Struktur (Stator) auf eine rotierende Struktur (Rotor) und umgekehrt erm\u00f6glichen. Doch wie viele kennen tats\u00e4chlich die verschiedenen Schleifringtypen und wissen, welche Leistungsmerkmale und Vorteile\/Nachteile sie mit sich bringen?<\/p>\n\n
Dieser Artikel beleuchtet die g\u00e4ngigen Schleifringvarianten und zeigt auf, wie ein wenig Wissen Ingenieuren zu einem erfolgreicheren Projektergebnis verhelfen kann.<\/p>\n\n
Anwendungen und Einsatzm\u00f6glichkeiten<\/h2>\n\n
Schleifringe eignen sich ideal f\u00fcr den Einsatz in allen elektromechanischen Systemen, die eine Drehung bei der \u00dcbertragung von Energie- und\/oder Datensignalen erfordern. Sie k\u00f6nnen die Leistung verbessern, den Betrieb vereinfachen und die Gefahr einer Besch\u00e4digung der Dr\u00e4hte in den beweglichen Gelenken beseitigen. Daher sind Schleifringe unverzichtbare Komponenten f\u00fcr Produkte wie Windturbinen, Maschinen, Roboterfahrzeuge, Kameras, Radarger\u00e4te, Hubschrauber, \u00d6lbohrer und Bergbauausr\u00fcstung, um nur einige zu nennen.<\/p>\n\n
Im Englischen gibt es viele verschiedene Bezeichnungen f\u00fcr Schleifringe, darunter elektrische Drehverbindungen, elektrische Drehverbinder, Kollektoren, Drehgelenke und elektrische Drehkupplungen. Unabh\u00e4ngig von der pers\u00f6nlichen Vorliebe beziehen sich alle diese Bezeichnungen auf dasselbe Ger\u00e4t. Es gibt jedoch zwei sehr unterschiedliche Arten von Schleifringen, die sich durch ihre Form unterscheiden: den klassischen Schleifring, der “Trommel” genannt wird, und den flachen Schleifring, der “Pfannkuchen” genannt wird.<\/p>\n\n
Der Unterschied zwischen diesen beiden Bauformen liegt vor allem in der Anordnung der Kreisl\u00e4ufe, die bei Trommelschleifringen \u00fcbereinander gestapelt sind. Im Gegensatz dazu weisen Schleifringe in Pfannkuchenbauweise einen flachen, konzentrischen Verlauf auf.<\/p>\n\n
Leistung ankurbeln<\/h2>\n
\n<\/figure>\n<\/div>\n
Trommelschleifringe beruhen in der Regel auf \u00dcbertragungstechnologien, zu denen Mehrfaserb\u00fcrsten, Einzelfaserb\u00fcrsten und Kohleb\u00fcrsten\/leitende Bl\u00f6cke geh\u00f6ren. Diese Schleifringe haben sich auf dem Markt durchgesetzt, da sie in der Regel preiswerter und vielseitiger sind als alternative Schleifringk\u00f6rper.<\/p>\n\n
Trommelschleifringe bestehen aus einer zentral rotierenden Welle, die einzelne Kontaktringe h\u00e4lt. Die B\u00fcrsten k\u00f6nnen die Form von Pads, F\u00e4den oder Walzringen haben, aber die B\u00fcrste-auf-Ring-Konstruktion stellt die Mehrzahl der g\u00e4ngigen Typen dar. Die Trommelkonstruktion ist wartungsfreundlich und skalierbar, so dass mehrere Ringe aneinandergereiht werden k\u00f6nnen, um eine gro\u00dfe Anzahl von Schaltkreisen zu erhalten.<\/p>\n\n
Der Schleifring besteht aus einzelnen Ringen, die unabh\u00e4ngig voneinander zu verschiedenen Konfigurationen zusammengesetzt werden k\u00f6nnen, so dass die Hersteller in der Lage sind, Schleifring\u00fcbertragungen entsprechend den spezifischen Anforderungen der Anwendung anzupassen oder individuell zu gestalten. Es ist sogar m\u00f6glich, ma\u00dfgeschneiderte Trommelschleifringe aus Standardkomponenten f\u00fcr Ringe und B\u00fcrsten zu bauen.<\/p>\n\n
Ein weiterer Vorteil ist die einfache Konstruktion, die gr\u00f6\u00dfere mechanische Toleranzen bei der Ausrichtung der B\u00fcrsten zul\u00e4sst und eine unkomplizierte Montage erm\u00f6glicht. Unter bestimmten Umst\u00e4nden erm\u00f6glicht dieser relativ einfache Aufbau es den Benutzern sogar, ihre Schleifringe selbst zu reparieren und zu warten, anstatt Zeit und Kosten f\u00fcr die R\u00fccksendung an den Hersteller zur Wartung und \u00dcberholung aufzuwenden.<\/p>\n\n
Lange Betriebsdauer<\/h2>\n\n
Ein weiterer Vorteil von Trommelschleifringen ist die l\u00e4ngere Lebensdauer, die in der Regel auf das einfache Aufbringen der galvanischen Beschichtung zur\u00fcckzuf\u00fchren ist (im Vergleich zu Pancake-Varianten). Das Ergebnis ist eine dickere Schicht der Beschichtung, die l\u00e4nger verschlei\u00dft. Eine l\u00e4ngere Lebensdauer bedeutet f\u00fcr den Anwender eine h\u00f6here Zuverl\u00e4ssigkeit, zumal sich Trommelschleifringe aufgrund der dickeren Beschichtung auch bei hohen Drehzahlen drehen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n
Die meisten Schleifringe arbeiten mit einigen hundert Umdrehungen pro Minute, wobei Hochgeschwindigkeitsvarianten bis zu einigen tausend Umdrehungen pro Minute m\u00f6glich sind. In der Regel gibt es einen Kompromiss zwischen Drehzahl und Verschlei\u00df, wobei auch der Durchmesser eine Rolle spielt. Je kleiner der Durchmesser ist, desto geringer ist die Tangentialgeschwindigkeit am Kontakt zwischen Ring und B\u00fcrste und damit auch die W\u00e4rmeentwicklung und der Verschlei\u00df.<\/p>\n\n
Trommelschleifringe k\u00f6nnen mit B\u00fcrsten einen Strom von bis zu 500 A und mit Kohleb\u00fcrsten Tausende von Ampere \u00fcbertragen: deutlich mehr als bei den Scheibenschleifringen. Ein weiterer Vorteil der Trommelvarianten ist, dass sie \u00fcber ein eigenes Geh\u00e4use verf\u00fcgen, im Gegensatz zu vielen Pfannkuchenvarianten, die oft rahmenlos sind und die Herstellung eines geeigneten Geh\u00e4uses erfordern.<\/p>\n\n
Die flachen Fakten<\/h2>\n
\n<\/figure>\n<\/div>\n
Schleifring\u00fcbertrager basieren in der Regel auf \u00dcbertragungstechnologien, die sowohl Mehrfaser- und Einzelfaserb\u00fcrsten als auch induktive und kapazitive L\u00f6sungen umfassen.<\/p>\n\n
Die Konfiguration der Pfannkuchen-Schleifringe basiert auf einem Paar kreisf\u00f6rmiger Leiterplatten, von denen eine mit konzentrischen Ringspuren ausgestattet ist, die einer Schallplatte \u00e4hneln, und die andere mit B\u00fcrsten, die zu den Ringen passen. Diese Platinen liegen mit einem bestimmten Abstand und Druck aufeinander. Die Rotorwelle tr\u00e4gt eine der Platinen und bildet damit das Rotationselement des Schleifrings.<\/p>\n\n
Einer der Hauptunterschiede zu Trommelschleifringen besteht darin, dass die \u00dcbergabepunkte bei Scheibenschleifringen nicht linear, sondern senkrecht zur Drehachse verlaufen. Diese Eigenschaft erm\u00f6glicht es, dass die axiale L\u00e4nge der Schleifringe f\u00fcr die Anzahl der Kreisl\u00e4ufe gering ist. In der Tat betr\u00e4gt die L\u00e4nge in L\u00e4ngsrichtung oft nur wenige Millimeter. Die Entscheidung f\u00fcr das Pancake-Design h\u00e4ngt daher in der Regel von der Gr\u00f6\u00dfe und Form des Arbeitsraums ab.
\nEin weiterer wesentlicher Vorteil von Schleifringen in Scheibenbauweise ist ihre Skalierbarkeit. Aufgrund ihrer geringen Bauh\u00f6he k\u00f6nnen Systemkonstrukteure Hunderte von Kontakten auf einer einzigen rotierenden Welle unterbringen, indem sie mehrere Flachschleifringe verwenden.<\/p>\n\n
Diese Art von Schleifring ist ideal f\u00fcr den Einsatz in Anwendungen mit beengten Platzverh\u00e4ltnissen, wie z.B. bei Robotern und Cobots (kollaborierende Roboter), sowie bei zahlreichen nicht-industriellen Systemen. Aufgrund ihrer Vorteile in der vertikalen Achse eignen sich Flachschleifringe f\u00fcr Einbaulagen, bei denen nur eine kurze Welle vorhanden ist, in Querrichtung aber ausreichend Platz vorhanden ist.<\/p>\n\n
Die Grenzen<\/h2>\n\n
Es gibt eine Reihe von Nachteilen bei Schleifringen in Scheibenform. So erfordert die Beibehaltung des Vorteils einer geringen Bauh\u00f6he die Verwendung von B\u00fcrsten mit begrenztem Hub\/L\u00e4nge. Au\u00dferdem f\u00fchrt der Einsatz von Blattfedern mit direkt verl\u00f6teten Kontakten in der Regel zu einem schwachen Kontaktdruck bei St\u00f6\u00dfen oder Vibrationen oder wenn elektrischer Strom durch die Bl\u00e4tter flie\u00dft.<\/p>\n\n
Schleifringe in Scheibenform erzeugen auch mehr Signal\u00fcbersprechen w\u00e4hrend des Betriebs, und die B\u00fcrsten dieser Schleifringart k\u00f6nnen im Vergleich zu Trommelschleifringen ungleichm\u00e4\u00dfig verschlei\u00dfen.<\/p>\n\n
Ein weiterer Nachteil ist, dass Pancake-Schleifringe in der Regel nur etwa 10\/15A \u00fcbertragen k\u00f6nnen, da die Breite des Rings begrenzt ist, was die Stromkapazit\u00e4t einschr\u00e4nkt. Folglich sind diese Schleifringtypen nur f\u00fcr die \u00dcbertragung von Signalen, nicht aber von Strom geeignet. Da in der Regel nur eine d\u00fcnne galvanische Beschichtung m\u00f6glich ist, verschlei\u00dfen die Pancake-Varianten an den \u00e4u\u00dfersten Ringen oft schneller.<\/p>\n\n
Da sie eine recht breite Struktur haben, sind Schleifringe f\u00fcr hohe Drehzahlen weniger geeignet. Bei hohen Geschwindigkeiten nehmen die Zentrifugalkr\u00e4fte und Vibrationen so stark zu, dass Schleifringe oft besch\u00e4digt werden k\u00f6nnen. Deshalb sind die meisten Schleifringe auf eine H\u00f6chstgeschwindigkeit von etwa 300 U\/min und eine begrenzte Anzahl von Kreisl\u00e4ufen beschr\u00e4nkt. Aufgrund dieser Einschr\u00e4nkungen sind sie f\u00fcr schnell rotierende Wellen, wie z. B. Flowpacks und Wickler, nicht geeignet. Je gr\u00f6\u00dfer ein Schleifring wird, desto empfindlicher reagiert er auf hohe Drehzahlen.<\/p>\n\n
Diese Bauweise bringt in der Regel auch mehr Gewicht und Volumen f\u00fcr die gleiche Anzahl von Kreisl\u00e4ufen mit sich und bietet ein gr\u00f6\u00dferes Potenzial f\u00fcr die Ansammlung von Verschlei\u00dfpartikeln auf der vertikalen Achse.<\/p>\n\n
Making the right choice<\/h2>\n\n
Neben der Wahl zwischen Trommel- und Flachschleifringen gibt es noch viele weitere Faktoren zu ber\u00fccksichtigen, wie z. B. die Gr\u00f6\u00dfe, den Platz und die Ausf\u00fchrung. So zeichnen sich Schleifringe aus Edelmetallen durch eine hohe Leitf\u00e4higkeit aus. Im Gegensatz zu Bronze haben Edelmetalle einen wesentlich stabileren und gleichm\u00e4\u00dfigeren \u00dcbergangswiderstand.<\/p>\n\n
Ein weiteres wichtiges Auswahlkriterium ist die Funktionalit\u00e4t, d. h. w\u00e4hlen Sie immer Schleifringe f\u00fcr die \u00dcbertragung von Strom, Daten oder beidem. Die \u00dcbertragung von Energie, insbesondere bei hohen Spannungen, erfordert Leiter, die Hitze und anderen mit dieser wichtigen Funktion verbundenen Bedingungen widerstehen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n
Die Daten-\/Signal\u00fcbertragung ben\u00f6tigt weniger Energie als die Strom\u00fcbertragung. Allerdings k\u00f6nnen \u00dcbersprechen und Rauschen ein Problem darstellen, wenn sie nicht richtig gehandhabt werden.<\/p>\n\n
Die gleichzeitige \u00dcbertragung von Daten und Energie erfordert die Verwendung mehrerer Stromkreise. In diesem Fall m\u00fcssen die Verdrahtung und die Auslegung der einzelnen Kollektorstromkreise korrekt ausgef\u00fchrt werden.<\/p>\n\n
Fachkundige Unterst\u00fctzung<\/h2>\n\n
Jedes Projekt und jede Anwendung ist nat\u00fcrlich anders. Um sich bei der Auswahl von Trommel- oder Flachschleifringen sicher zu sein, sollten Sie sich daher immer von einem Unternehmen beraten lassen, das bei der Entwicklung und Herstellung dieser innovativen Produkte nachweislich erfolgreich war. Letztendlich gibt es keinen Ersatz f\u00fcr Know-how und Erfahrung, wenn es um Nischentechnologien wie Schleifringe und deren optimale Anwendung geht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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