Was ist ein Schleifringe?
Ein Schleifring ist ein rotierendes Verbindungsstück, das Strom oder elektrische Signale von außerhalb des Rotationskörpers übertragen kann.
Leistung und Signale werden über einen Metallring auf dem rotierenden Körper und Bürsten auf der festen Seite übertragen. Sie werden zur Messung von Schwingungen, Spannungen und Axialkräften am rotierenden Körper und zur Übertragung kleinster Signale zu Kontrollzwecken verwendet. Häufig werden sie auch als Zuleitungen zur Stromversorgung von rotierenden Körpern verwendet.
Es gibt zwei Haupttypen von Schleifringen: wellenendmontiert und hohl. Der wellenendmontierte Typ wird am Ende des rotierenden Elements befestigt. Bei der hohlen Ausführung wird ein Ringblock in die rotierende Welle eingesetzt. Außerdem gibt es zwei Arten: eine, bei der Ring und Bürste integriert sind, und eine, bei der Ring und Bürste getrennt sind.
Verwendung von Schleifringen
Schleifringe gibt es für niedrige Drehzahlen bis hin zu hohen Drehzahlen von 20.000 U/min. Sie sind auch für große Ströme von 3.000 A oder mehr erhältlich und werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt, die von Experimenten und Entwicklungen bis hin zu Geräten reichen.
Sie werden zur Stromversorgung von Windturbinen, Werkzeugmaschinen, Zentrifugen, Rührwerken, Roboterarmen, Kränen, Überwachungskameras, Hubschraubern, Drehtischen, Trommelheizungen, Radarantennen und anderen Heizungen und Motoren mit rotierenden Körpern eingesetzt.
Auch in der Halbleiterfertigung, in medizinischen Geräten wie Computertomographen, in der zerstörungsfreien Prüfung und in akustischen Geräten finden sie eine breite Anwendung. Sie werden auch zur Messung von Temperatur, Dehnung und Drehmoment in rotierenden Körpern verwendet.
Das Prinzip der Schleifringe
Ein ringförmiges Elektrodenteil (Ringeinheit) wird an einer rotierenden Welle, z. B. einem Drehteller eines rotierenden Körpers, befestigt. Ein bürstenartiges Elektrodenteil berührt den Umfang und die Seiten der Ringeinheit und überträgt Strom und Signale über die Kontaktstelle als Kontaktpunkt.
Selbst wenn sich die Ringeinheit dreht, ist sie immer in Kontakt mit den Bürsten, was eine stabile Stromzufuhr und Signalübertragung ermöglicht. Die Ringeinheit ist mit Lagern versehen, um die Bürstenseite zu stützen.
Für die Kontaktstellen zwischen dem Ring und der Bürste im Schleifring werden Edelmetalle wie Kupfer und Silber verwendet, um den Übergangswiderstand zu stabilisieren, ohne dass die Gefahr von Leckagen besteht. Für den Ring werden Bronze, Silber und Gold verwendet, während für den Bürstenteil Kohle-, Kupfer- und Silberlegierungen eingesetzt werden.
Schleifringe sind zwangsläufig größer, wenn viele Leistungs- und Signaldrähte vorhanden sind. Außerdem unterliegen sie einem gewissen Verschleiß und müssen regelmäßig gewartet werden.
Weitere Informationen über Schleifringe
1. Die Rolle der Bürsten in einem Schleifring
Schleifringe übertragen und empfangen von der elektrischen Ausrüstung auf dem rotierenden Körper zur stationären Seite mit Hilfe von Bürsten, die als Kontakte fungieren. Da die Bürsten immer in Kontakt mit dem rotierenden Körper sind, kann die Übertragung und der Empfang in jeder 360°-Position des rotierenden Körpers erfolgen, ohne dass sich die Drähte verdrehen oder in der Welle verfangen.
Die Anzahl der Bürsten (Kontakte) hängt von der Anzahl der Signale ab, die zwischen dem rotierenden Körper und der stationären Seite übertragen und empfangen werden müssen. Je mehr Kommunikationsvorrichtungen vorhanden sind, desto mehr Bürsten werden benötigt, so dass der Schleifring insgesamt sehr groß wird.
In diesem Fall kann die Anzahl der Bürsten durch serielle Kommunikation oder CAN-Kommunikation, wie sie in Autos verwendet wird, reduziert werden.
2. Nachteile von Schleifringen
Ein Nachteil von Schleifringen ist die Möglichkeit von Kontaktfehlern aufgrund von Bürstenverschleiß. Da die Bürsten in physischem Kontakt mit den rotierenden Teilen stehen, kann es mit der Zeit zu Kontaktausfällen kommen.
Insbesondere bei Geräten, die im Freien eingesetzt werden, können die Bürsten durch Sand, Staub oder eindringendes Wasser vorzeitig beschädigt werden, wenn sie nicht durch ein abgedichtetes Gehäuse geschützt sind. Es ist daher gängige Praxis, die Lebensdauer der Bürsten zu verlängern, indem sie alle paar Jahre gereinigt und geschmiert werden.
Das dabei verwendete Schmiermittel sollte leitfähig sein. Wenn es nicht leitfähig ist, besteht die Gefahr eines schlechten Stromflusses im Bürstenteil, was zu einer schlechten Verbindung zwischen der Rotorseite und der stationären Seite führt.
Die Lebensdauer des Bürstenteils liegt im Allgemeinen zwischen 10 Millionen und 100 Millionen Umdrehungen und kann je nach Hersteller bis zu 500 Millionen Umdrehungen betragen. Beim Einsatz in langlebigen Geräten muss der Bürstenteil regelmäßig gewartet werden.