Servotecnica Schleifring-Expertengespräch: Die Unterschiede zwischen den Schleifringtypen verstehen – mit Sara Giussani

F: Sara was ist der Hauptgrund für das Gespräch, wenn Ingenieure Sie wegen Schleifringen kontaktieren?

A: Meistens kontaktieren sie uns, weil sie elektrische Energie und Signale von einer festen, auf eine rotierende Struktur übertragen müssen. Die eigentliche Frage ist dann, wie die Rotation in ihre Maschine integriert werden kann, ohne  nachhaltige Problem in der Lebensdauer zu verursachen. Hier spielt der Schleifringtyp eine entscheidende Rolle.

Die Wahl ist selten rein elektrischer Natur. Die Auswahl des geeignetene Schleifring ist eine Kombination aus  Mechanik, Umwelteinflüssen und Funktion. Die Geometrie der Maschine, die Art der Energieübertragung und der Signale, die Betriebsbedingungen und sogar die Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten beeinflussen, welche Lösung sinnvoll ist.

F: Wenn Sie jemand nach den Unterschieden zwischen Kapsel-, Durchgangs-, Flach- und Glasfaserschleifringen fragt, wie erklären Sie das am einfachsten?

A: Ich stelle zwei Fragen.

Erstens: Welche mechanischen Anforderungen stellt die Konstruktion? Kapsel- und Durchgangsschleifringe haben eine trommelförmige Geometrie, Flachschleifringe sind flach wie eine Scheibe, bei denen der Durchmesser zugunsten der Bauhöhe reduziert wird, und Durchgangsschleifringe existieren speziell, weil in vielen Anwendungen der Schleifring auf der Maschinenwelle montiert werden muss.

Zweitens: Welche Übertragungsanforderungen bestehen? Für die Übertragung von elektrischer Energie und Standardsignalen ist ein elektrischer Schleifring in der Regel die richtige Wahl. Geht es hingegen um optische Datenübertragung durch kontinuierliche Rotation, bedingt durch Bandbreite und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), ist ein faseroptisches Drehgelenk (FORJ) die einzige Option.

F: Sprechen wir zunächst über Kapselschleifringe. Was zeichnet einen Kapselschleifring in der Praxis aus?

A: Kapselschleifringe sind die erste Option meiner Wahl, wenn die Konstruktion kompakt und zylindrisch sein muss und das Ziel darin besteht, eine hohe Anzahl von Signalen auf kleinstem Raum zu übertragen.

Im Servotecnica-Katalog zeichnet sich dieser Typ mit der Bezeichnung SVTS A durch Kompaktheit, hohe Schaltungsdichte und optimierte Signalübertragung aus. Die Produktfamilie wird explizit als rauscharm und interferenzarm beschrieben. Die Goldkontakttechnologie gewährleistet eine hohe Signalqualität, einschließlich der Übertragung hoher Datenraten und hoher Frequenzen.

Anwendungsbeispiele für SVTS A sind vielen Ingenieuren bestens vertraut: Video- und Steuerungssysteme, Medizin- und Pharmageräte, Verpackungen, kleine Windkraftanlagen und Kabeltrommeln – überall dort, wo eine kontinuierliche Rotation erforderlich ist, ohne dass die Verkabelung beschädigt wird.

F: Wo liegen die Einschränkungen im Kapseldesign, die Ingenieure beachten sollten?

A: Die Haupteinschränkung besteht darin, dass die Kapsel zum Schutz der mechanischen Abmessungen gewählt wird. Wenn sich später herausstellt, dass die Maschine eine zentrale Bohrung oder einen sehr großen Wellendurchgang benötigt, ist die Kapsel nicht mehr die richtige Architektur.

Eine weitere, subtilere Einschränkung besteht darin, dass manchmal in kompakten Systemen immer mehr Schaltungen hinzugefügt werden, bis Stromversorgung und empfindliche Signale ohne entsprechende Architektur vermischt sind. In diesem Fall wird der Schleifring fälschlicherweise für Rauschen oder intermittierendes Verhalten verantwortlich gemacht, das tatsächlich durch das Gesamtsystemlayout sowie die Erdung und Abschirmung verursacht wird. Die technischen Richtlinien von Servotecnica behandeln die Signalintegrität konsequent als integralen Bestandteil des Systemdesigns und nicht als bloße Checkliste.

Darüber hinaus sind Kapselschleifringe nicht für Hochstromanwendungen geeignet.

F: Worin unterscheidet sich der Kapselschreifring von einem Schleifring mit Durchgangsbohrung?

A: Ein Schleifring mit Durchgangsbohrung ist um einen Hohlkern herum konstruiert. Dieses Konstruktionsmerkmal verändert die Integration des Schleifrings in die Maschine.

Anstatt neben der rotierenden Welle zu sitzen, wird er Teil der rotierenden Struktur selbst. Die Bohrung ermöglicht es Ingenieuren, Wellen, pneumatische Leitungen, Kabel oder andere mechanische Komponenten direkt durch den Hohlkern zu führen und gleichzeitig die Energie- und Signalübertragung über die Rotation zu gewährleisten.

Die Schleifringe mit Durchgangsbohrung von Servotecnica finden breite Anwendung in der Robotik, Verpackungstechnik, Drehtischen, Windkraftanlagen, pharmazeutischen Anlagen und der industriellen Automatisierung. Sie eignen sich besonders für Anwendungen, bei denen eine saubere mechanische Integration erforderlich ist und mehrere Leitungen über dieselbe Achse geführt werden müssen.

In vielen Fällen ist die Durchgangsbohrung die naheliegendste Lösung, wenn bereits eine Welle vorhanden ist. Schleifringe mit Durchgangsbohrung ermöglichen die Übertragung hoher Ströme.

F: Flache Schleifringe gelten oft als „Spezialausführung“. Wann sind sie die beste Wahl?

A: Flache Schleifringe haben einen sehr praktischen Grund: die geringe Bauhöhe.

Durch die konzentrische Anordnung der Schaltungen anstatt der gestapelten Anordnung entlang der Achse ermöglicht die flache Bauweise eine geringe axiale Baulänge. Der Vergleich von Servotecnica verdeutlicht dies: Wenn der Platz in der Vertikalen begrenzt ist, aber eine größere Grundfläche akzeptabel ist, ist die flache Bauweise attraktiv.

Ein häufiger Irrtum ist die Annahme, dass „flach“ einfach „ein dünnerer Trommelschleifring“ sei. Das ist nicht der Fall. Die Geometrie bedingt unterschiedliche Kompromisse, insbesondere hinsichtlich des Kontaktverschleißes, der Anfälligkeit für Stöße und Vibrationen (je nach Konstruktion) und der realistischen Belastbarkeit flacher Schleifringe.

F: Welcher Fehler tritt bei der Auswahl eines Schleifrings aufgrund der verschiedenen verfügbaren Typen am häufigsten auf?

A: Der häufigste Fehler ist die alleinige Fokussierung auf die Form. Ingenieure sagen dann beispielsweise: „Ich brauche etwas Kleines“ oder „Ich brauche etwas Flaches“, ohne das Verhalten des Schleifrings unter realen Betriebsbedingungen ausreichend zu berücksichtigen.

Ein Schleifring ist Teil eines Gesamtsystems. Er interagiert nicht nur mit elektrischen Signalen und der Stromversorgung, sondern auch mit Vibrationen, Temperaturänderungen, Betriebszyklen und Einbaubedingungen. Werden diese Faktoren von Anfang an klar definiert, wird die Wahl zwischen Kapsel-, Durchgangs-, Flach- oder Glasfaserschleifringen in der Regel deutlich einfacher.

F: Wie unterstützt Servotecnica Kunden bei der richtigen Entscheidung?

A: Wir arbeiten bereits ab der frühen Konstruktionsphase eng mit unseren Kunden zusammen. Oft geht es nicht darum, sofort ein Standardbauteil auszuwählen. Vielmehr geht es darum, die Anwendung zu verstehen, potenzielle Risiken zu identifizieren und die Lösung gegebenenfalls so anzupassen, dass sie sich optimal in die Maschine integriert.

Dieser partnerschaftliche Ansatz ist wichtig, da kleine Konstruktionsentscheidungen die langfristige Zuverlässigkeit erheblich beeinflussen können. Unser Ziel ist es, sicherzustellen, dass der Schleifring zu einer zuverlässigen Komponente in der Maschine und nicht zu einem Wartungsproblem wird.

Dank unserer jahrzehntelangen Erfahrung, können wir unsere Kunden bei der richtigen Auswahl unterstützen.