Techniklexikon
Wir möchten Ihnen hier das notwendige Hintergrundwissen vermitteln, welches Ihnen helfen soll, den Sinn und die Funktion unserer Produkte zu verstehen! Bei Fragen oder Anregungen stehen wir gerne zu Ihrer Verfügung.
| Schleifringübertrager ( SRÜ ): |
| Ein Gerät zur Übertragung von Strömen und elektrischen Signalen von einem drehenden zu einem stehenden Teil. Schleifringübertrager besteht aus Schleifringkörper, Bürstenapparat und Gehäuse. |
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| Schleifringkörper: |
| Grundsätzlich besteht der Schleifringkörper aus den elektrisch leitenden Ringen und dem Isolierkörper. |
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| Isolierkörper: |
| Der Isolierkörper ist ein hoch gefülltes Epoxyharz, der im Gießverfahren hergestellt wird. Die Ringe und Anschlüsse werden dabei vom Harz umflossen und härten dann aus. |
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| Anschlüsse: |
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Beim Gießverfahren sind mehrere Anschlußmöglichkeiten herstellbar.
- eingegossene Kabel
- Lötstützpunkte radial nach innen
- Lötstützpunkte axial an einem Ende
- Schraubanschlüsse radial ( nur als Muttergewinde möglich )
- Schraubanschlüsse axial ( als Mutter oder Bolzen möglich )
- in Sonderfällen sind auch Steckerstifte und Buchsen eingießbar
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| Schleifbahnen: |
Die Schleifbahnen werden für die Goldfederdrahtversion grundsätzlich aus Messing hergestellt, die nach der Endbearbeitung "Hartvergolded" werden.
Für schnelllaufende Schleifringübertrager werden grundsätzlich Kohlen eingesetzt. Die Schleifbahnen sind dann für einfache Anwendungen aus Messing. Für höhere Ansprüche werden diese Messingringe vergoldet oder rhodiniert. Bei speziellen Anwendungen ( Thermoelemente ) sind die Bahnen aus Vollsilber hergestellt.
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| Kohle-Version |
Bei höheren Relativgeschwindigkeiten als 0,5 m/Sek müssen Kohlen eingesetzt werden.
Vorrangig kommen metallhaltige Borten zum Einsatz. Für normale Ansprüche werden Bronzegraphitkohlen verwendet. Bei Signalübertragungen werden Silbergraphitkohlen verwendet mit unterschiedlichem Silbergehalt. Diese Qualitäten werden auch bei hohen Stromdichten eingesetzt.
Die Kohlen sind an federbelasteten Armen befestigt oder direkt auf federnden Berillinnblechen aufgelötet.
Durch den anfallenden Kohleabrieb müssen die Kriechwege etwas vergrößert werden.
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| Goldfederdraht-Version |
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Bei dieser Version läuft ein federhartet Draht aus einer Goldlegierung in einem V-Einstich des Schleifringes.
Der Kontaktdruck wird durch den Biegewinkel und die exakte Auflage am Bürstenträger erzeugt.
Wir arbeiten mit zwei Drahtversionen, die sich im Durchmesser und damit in ihrer Biegesteifigkeit unterscheiden.
Die Strombulastbarkeit ist davon nicht direkt, linear betrofien. Der entscheidende Faktor ist nicht der Querschnitt sondern die Kontaktstellen zwischen Draht und V-Einstich dieser ist aber in beiden Fällen gleich.- Ein anderer Faktor ist die Größe der Oberfläche, Ober die die Bürste Wärme abstrahlen kann.
Als Faustregel kann man für ein Bürstenpaar
für 0,5 mm Durchmesser 5 Ampere
für 0,35 mm Durchmesser 3 Ampere
Dauerstrom annehmen.
Sind höhere Ströme zu übertragen, können mehrere Bürsten am Umfang verteilt worden vder auf einem breiteren Ring mehrere Einstiche angebracht worden.
Die Golddraht-Version ist sehr gut für Hochfrequenz-Schleifringübertrager geeignet, da hier sehr dünne Ringe und sehr kleine Bürsten verwenden worden, die sehr kleine Kapazitäten und Induktivitäten erzeugen.
Leider ist diese Version in der Drehzahl stark begrenzt.
Als Faustregel gilt hier 0,5 m/sek als Relativgeschwindigkeit zwischen Bürste und Schleifbahn. Bei höheren Geschwindigkeiten steigt der Verschleiß überproportional.
Das Rauschen nimmt auch unkontrollierbar zu.
Als Lebensdauer kann als Erfahrungswert durchschnittlich 12.000 km angegeben werden.
Hierbei ist aber Umwelt, Strom, Stromart, Relativgeschwindigkeit und z. B. Laufruhe als Störfaktor zu berücksichtigen. |
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| Die Platten-Version: |
Diese Version besteht aus zwei Platten, die übereinander angeordnet sind. Die eine Platte trägt mehrere konzentrische Ringe, die zum Zentrum kontaktiert werden. Die andere Platte trägt die Kontaktfedern, die jeweils wechselweise um 180° versetzt sind.
Mehrere Kontaktfedern hintereinander lassen eine Erhöhung des zulässigen Dauerstromes zu.
Die Bahnen sind rhodiniert um die Lebensdauer zu erhöhen. Die Kontaktfedern sind mit Hartsilbernieten bestückt.
Der genaue Abstand zwischen den Platten gewährleistet den exakten Kontaktdruck. Durch Rollen am Innen- und Außendurchmesser wird der genaue Lauf erzeugt.
Die einzelnen Möglichkeiten sind im Katalog R 349 beschrieben.
Eine Variante davon ist der 6-Weg Schleifringkörper, der aus der Wehrtechnik entstanden ist. Die Kontaktpaarung ist dieselbe wie bei den Platten.
Die Körper werden jedoch axial auf einer Dreikantwelle gestapelt.
Die Kontakte sind paarig eingeordnet und wirken wie eine Klammer, sodaß jeweils der untere und der obere Kontakt gegeneinander wirken und so den Kontaktdruck erzeugen. Die Kontaktteile sind schwimmend montiert.
Genauere Beschreibung in Katalog R 352. |
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| Das Gehäuse: |
Zum Gehäuse ist ebenfalls die Lagerung zu rechnen.
Beim Gehäuse ist vor allem auf die Funktionsfähigkeit und die Umwelt zu achten. Aus diesem Grund wird bei unserem Fragebogen R 352/A ein großer Teil für diese Angaben benötigt.
Um so genauer die Angaben sind, um so besser ist eine geeignete Ausführung zu konstruieren.
Für die Ausführung verwenden wir normaleweise die nach VDE vorgeschriebene Bestimmungen s.h. Anlage IP - Schutzart. |
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| Durchgangswiderstand: |
| Dieser Widerstand ist die Summe aller Widerstände, die vom Kabeleingang über die Kontaktkohle zur Schleifbahn über die Kontaktierung am Körper bis zum Kabelausgang zu messen ist. Kabellängen dürfen dabei nicht vernachlässigt werden. Ebenso ist der Kontaktwiderstand zwischen Bürste und Ring sehr entscheidend. Dieser kann durch Mehrfachbelegung wesentlich verbessert werden. |
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| Kontaktwiderstand: |
| ist der Widerstand, der sich aus der Materialpaarung, dem Kontaktdruck und der Kontaktfläche ergibt. Diese Parameter führen grundsätzlich zu einem Kompromiß zwischen Kontaktwiderstand und Verschleiß. |
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| Isolationswiderstand: |
Dieser Wert sagt etwas über die Güte der Isolation des Gerätes aus. Er wird zwischen Ring und Ring bzw. zwischen Ring und Gehäuse gemessen.
Der Widerstand sollte, abhängig von der Prüfspannung, größer 200 Megaohm betragen. Hierfür gibt es genaue Prüfanweisungen in den VDE-Bestimmungen. |
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| Kriechweg: |
| Der elektrische Strom hat die Eigenschaft auf der Oberfläche eines Isolationskörper zu kriechen. Das heißt, er sucht sich den günstigsten Weg von einem leitenden zum anderen leitenden Teil. Durch genügend große Werte, abhängig vom Oberflächenwiderstand, kann das Gerät so ausgelegt werden, dass keine schädigende Wirkung entsteht. |
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| Luftstrecke: |
Abhängig von der Luftfeuchte und dem Ionisationsgrad der Luft kann elektrische Ladung von einem Pol zum Anderen überspringen. Z.B. Blitz.
Durch geeignete Entfernungen sind diese Überschläge zu verhindern. Hier gelten auch die einschlägigen VDE-Bestimmungen. |
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| Rauschen: |
Dieser Begriff ist in zwei Teile aufzuteilen, die sich aber in ihrer Wirkung addieren.
Durch Kontaktierung nur an einer Stelle am Ring und die umlaufende punktförmige Bürste ändert sich der Weg, den der Strom zurücklegen muss. Kurzer Weg - kleiner Widerstand, langer Weg - großer Widerstand. Daraus ergibt sich bei der Drehung eine zyklische, sinusförmige Widerstandsänderung.
Durch Inhomogenität der Oberflächen und Änderungen des Kontaktdruckes wird der Kontaktwiderstand verändert. Diese beiden Effekte werden als Widerstandsrauschen bezeichnet (Dieser Wert ist in Milliohm anzugeben).
Das echte Rauschen entsteht durch das Gleiten zweier Metalle aufeinander, wobei es immer wieder zu Kaltschweißungen kommt. Beim gewaltsamen Trennen wird Ladung frei, die als Spannungspitze zu erkennen ist (Dieser Wert ist in Volt und Millisekunde anzugeben). |
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| Strom: |
| Widerstand und Strom erzeugen eine Leistung die in Wärme umgesetzt wird. Das heißt umso kleiner der Widerstand durch das Gerät ist, desto geringer die Eigenerwärmung des Gerätes. Diese Angabe ist für die Auslegung der Kontaktierung extrem wichtig. |
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| Spannung: |
| Auch dieser Wert ist sehr wichtig, da aus der angelegten Spannung die Längen für Kriechstrecke und Luftstrecke bestimmt werden. |
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| Signalfrequenzen: |
Diese Angaben werder in Hertz gemacht.
Frequenzen im Kilohertz-Bereich sind im Schleifringübertrager ohne Probleme handhabbar.
Bei Frequenzen über 1MHertz sind spezielle Maßnahmen anzuwenden. Über 10 MHz sind spezielle HF-Schleifringübertrager nötig ( Skin-Effekt ). Frequenzen in Gigahertz-Bereichen werden durch kapazitive Drehkopler übertragen. |
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| Boudrate: |
| Ein Boud ist nichts anderes als eine definierte Spannungszustandsänderung pro Sekunde. Für den Schleifringübertrager ist jedoch die Angabe der Grenzfrequenz sinnvoller, da hiermit gleichzeitig eine Aussage über die Flankensteilheit eines Rechteckimpulses beschrieben wird. |
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| Impulse: |
| Impulse durch Tyristor gesteuerte Motore und Bremsen oder Elektromagnete können durch induktiv erzeugte hohe Spannungen zu Schäden am Schleifringübertrager führen. Hohe Stromspitzen (Peaks) durch Ein- und Ausschaltvorgänge können ebenfalls die Kontakte durch Überschläge und Überhitzung zerstören. Ein Auslegen der Kontakteinheiten nach dem Maximalstrom ist daher notwendig. |
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| Einschaltdauer (ED): |
| Dieser Begriff kommt immer dann vor, wenn Ströme taktweise fließen ( Schweißstrom ). |
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| Spitzenstrom: |
| Der Spitzenstrom beträgt meistens ein vielfaches des Dauerstroms, jedoch für kurze Zeit. ( Angabe im Amp. für X Millisec. ) |
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| Winkelkodierer: |
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Hier werden 4 Arten angeboten:
- Inkremental: Dieser Kodierer zählt bei der Umdrehung Impulse rauf und runter je nach Drehrichtung. Nach dem Einschalten ist ein Übergang über die Nullmarke nötig.
- Absolut: Dieser Kodierer gibt seine Information üblicherweise über einen Gray-code weiter. Dieses Gerät weiß grundsätzlich immer die genaue Stellung. Nach dem Einschalten ist kein Nulldurchgang nötig.
- Resolver: Diese Geräte geben ihre Stellung über ein Drehfeld wieder. Auch hier ist kein Nulldurchgang nötig.
- Induktosyn: Dieses Gerät arbeitet inkremental-induktiv, d.h. im groben Bereich werden Winkelstellungen gezählt, innerhalb dieser Bereiche wird induktiv abgelesen.
Diese Geräte werden heute nur noch selten verwendet sind aber sehr genau. |
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| Inkremental- Kodierer: |
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Die inkrementalen Kodierer werden in zwei Arten unterschieden:
- Aus dem Gerät kommt ein digitaler Rechteckimpuls der normal 5 Volt beträgt.
Dieses Signal ist relativ störsicher.
- Dieses Gerät gibt ein sinusförmiges Signal heraus, das in einer gesonderten Elektronik umgeformt wird. Die Signale aus diesen Geräten sind relativ störanfällig und bedürfen einer besonderen Schirmung.
Das Impulsformgerät wird als EXE bezeichnet. Grundsätzlich ist es ratsam die EXE vor dem Schleifringübertrager zwischenzuschalten. Aus der EXE kommen wieder 5 Volt TTL-Signale heraus.
Ähnliches gilt für Längenmeßsysteme |
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Schleifringübertrager ( SRÜ )
