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In diesem Artikel stellen wir fünf Dinge vor, die Sie über Schleifringe (auch elektrische Schleifringe genannt), ihre Bürsten, Spannungseinbrüche und Geräuschdämpfung wissen sollten. Die drei wichtigsten […]
In diesem Artikel stellen wir fünf Dinge vor, die Sie über Schleifringe (auch elektrische Schleifringe genannt), ihre Bürsten, Spannungseinbrüche und Geräuschdämpfung wissen sollten.
Die drei wichtigsten Bürstentechnologien, die in den verschiedenen Varianten von Schleifringen verwendet werden, sind Einzeldraht (Einzelbürste), Mehrfachdraht (Mehrfachbürste) und Verbundwerkstoff.
Verbundbürsten bestehen aus Kohlegraphit, dem manchmal Metalle hinzugefügt werden, um die Stromkapazität zu erhöhen. Diese Bürsten ähneln denjenigen, die in elektrischen Bürstenmotoren verwendet werden. Kompositbürsten bieten eine hervorragende Leistung bei höheren Stromstärken und Drehzahlen.
Andere Bürstenoptionen sind Monofilamente, die sich teilweise um die rotierende Kollektortrommel in einem Kanal wickeln und aus Edelmetallen wie Silber, Gold oder Palladium bestehen. Diese Bürsten werden üblicherweise in Schleifringen mit niedrigem Stromverbrauch eingesetzt, die eine saubere Signalübertragung und einen minimalen Kontaktwiderstand erfordern.
Die Multifilamentbürste besteht ebenfalls aus Edelmetall und wickelt sich teilweise um die Schleifringtrommel, enthält jedoch mehrere Kontakte für jeden Kanal. Multifilament-Bürsten haben einen minimalen Kontaktwiderstand und ein geringes Rauschen, Eigenschaften, die sie für die Übertragung empfindlicher Analogsignale oder Hochgeschwindigkeitsdaten für die Echtzeitsteuerung geeignet machen.
2. Einfachere Schleifringe mit Bürsten und Ringen übertragen ebenfalls Leistung, aber die Wahl des Bürstentyps ist entscheidend.
Zu den Parametern, die die beste Wahl anzeigen, gehören Strom, Drehzahl und Temperatur.Hinweis: Der Spannungsabfall entlang des Schleifrings und der tatsächliche Stromfluss müssen bei der Leistungsübertragung ebenfalls berücksichtigt werden. Jeder Abfall beeinflusst die an der Last verfügbare Spannung – und die Verlustleistung im Schleifring. Letztere erwärmt sich, was einen erheblichen Einfluss auf die Betriebstemperatur hat.
3. Die Signal- und Datenübertragungsgeschwindigkeiten von elektrischen Schleifringen nehmen stetig zu.
Die Art und Weise, wie die Datenbürsten während der Rotation eine Variation des elektrischen Widerstands erzeugen, verringert die Übertragungsqualität. Diese Schwankung hängt von der Kontaktart der Bürsten und der Kraft, der Drehzahl und der Temperatur ab. Eine Lösung für fortschrittliche Anwendungen ist die Verwendung mehrerer Kontakte für jeden Kanal, da die Polyfilamentbürste diese Widerstandsschwankung reduziert.
Ausdrücke der Bitfehlerrate (BER) quantifizieren das Rauschen und die Zuverlässigkeit von Daten in einem Windschatten. Abgebildet: Der DDR-Bus-Simulator von Keysight Technologies generiert Bitfehlerratenprofile (BER) zur Quantifizierung der Zuverlässigkeit. Um mehr über dieses Thema zu erfahren, besuchen Sie testandmeasurementtips.com oder keysight.com (ENGLISH).
Unabhängig von der Bürstenform sind Geschwindigkeiten und Kapazitäten die Schlüsselparameter bei der Übertragung von Schleifringsignalen. Viele Ethernet-Verbindungsprodukte übertragen Signale und Daten mit bis zu 10 Gigabit (Gbit oder einfach Gb) pro Sekunde oder mehr. Gängige Produkte übertreffen derzeit 1 Gbit (ein ziemlicher Standard-Benchmark), obwohl Schleifringe mit dieser Übertragungsrate immer noch Speziallösungen darstellen.
Natürlich weisen die Hersteller darauf hin, dass die meisten OEMs nicht 1 Gbit benötigen und dass 100 Megabit (Mb) pro Sekunde ausreichen. Da jedoch die Zahl der Sensoren zunimmt und die Konstruktionen mit Schleifringen komplexer werden, werden Gbit-Geschwindigkeiten – in vielen Fällen in Gigabit Ethernet (GbE oder GigE) – zunehmend zum Standard.
Hinweis: Neben der Signalübertragung ist der Datenverkehr über einen Schleifring ein gemeinsames Unterscheidungsmerkmal zwischen den Herstellern. Dieser Datenverkehr sendet hochfrequente Informationen für übergeordnete Steuerungen und Betriebsfunktionen – oft über Ethernet oder eines der abgeleiteten Protokolle, wie PROFINET oder EtherCAT.
Viele dieser Protokolle ermöglichen die Steuerung verschiedener Maschinen-Teilsysteme, unterstützen IIoT-Funktionen und ermöglichen die Nutzung aller Daten von Sensoren, die sich an Maschinen ausbreiten. Letztendlich wird ihr Einsatz mehr (und schnellere) Datenübertragung über Schleifringe erfordern.
4. Die Datenübertragung über elektrische Schleifringe erfordert eine Abschirmung und Dämpfung von elektromagnetischen Störungen (EMI) und Rauschen.
Die EMI-Dämpfung wird manchmal auch als elektromagnetische Verträglichkeit oder EMV bezeichnet. Die Datenübertragung erfordert Schleifringe mit höherer Bandbreite und besserer EMI-Dämpfung als die Stromübertragung. EMI wird häufig durch Ableitung und Strahlung übertragen. Erstere hat die Form von schädlichen Hochfrequenzen, die entlang der Stromversorgungsleitung oder des Signals auftreten. Umgekehrt breitet sich elektromagnetisches Rauschen durch Abstrahlung im Raum zu nahe gelegenen Geräten aus. Die Abschirmung von Schleifringverbindungen gegen solche EMI ist von größter Bedeutung. Hinweis: Die Abschirmung gegen Hochfrequenz (HF) ist ein weiteres gängiges Merkmal von Schleifringverbindungen. Obwohl sie synonym verwendet werden, haben die Begriffe EMI und RFI unterschiedliche Bedeutungen. Genauer gesagt steht EMI für das elektrische Rauschen einer beliebigen Frequenz, während RFI zwischen 20 kHz und etwa 300 GHz liegt.
5. Die Datenübertragung über elektrische Schleifringe erfordert ebenfalls eine Erdung.
Angenommen, ein Konstrukteur oder OEM hat einen großen Elektromotor, der die Achse einer Maschine dreht. Dieser Motor verfügt über ein Getriebe, z. B. einen VFD, das eine große Menge an elektrischem Rauschen erzeugt. Wenn sich in der Nähe Schleifringe befinden, die nicht ordnungsgemäß geerdet sind, wirkt sich dieses Rauschen auf sie aus; die vom Motorgetriebe ausgehenden Störungen koppeln sich mit den Schleifringleitungen und führen zu Störungen auf Kommunikations- oder Signalleitungen.
Bei Projekten, bei denen die EMV ein Entwicklungsziel ist, kann ein Ganzmetallgehäuse mit spezieller Erdung und ausschließlich geschirmten Kabeln die meisten EMI abschwächen. Das liegt daran, dass die Datensignale auf den Drähten der Schleifringe bei steigenden Frequenzen irgendwann zu Sendern werden.
