Die Technologie von rotarX

Schleifringe sind wichtige elektromechanische Komponenten für gewerbliche oder industrielle Maschinen. Ihre Funktion muss die Stromübertragung und Signalübertragung von Daten, Energie und elektrischen Signalen unter bestmöglichen Verhältnissen sicherstellen. Und zwar zwischen gegeneinander rotierenden Komponenten und Bauteilen in der Elektromechanik, die aufgrund der ständigen Drehbewegung keine fixe Übertragung via Kabel zulassen. Ebenso werden Schleifringe für die Übertragung von Signalen und Leistung zwischen stationären (Stator) und rotierenden Bauteilen (Rotor) eingesetzt, zum Beispiel im Bereich Windkraft, Robotik oder Krantechnik. Weiterhin gibt es spezielle hybride Drehdurchführungen, deren Funktion die kombinierte und trennscharfe Übertagung verschiedener Flüssigkeiten, Gase und Druckluft ermöglicht. So kann ein und dasselbe Bauteil für die Übertragung von Daten, Signalen und Leistung, sowie für Hydraulik und Pneumatik eingesetzt werden. Hierfür müssen Drehdurchführungen und Schleifringe zahlreichen Anforderungen der Industrie gerecht werden, welche vor allem die hohe Anlagenverfügbarkeit, eine verlustfreie Datenübertragung und maximale Wartungsfreiheit sicherstellen müssen.

Dies kann nur durch die Kombination eines gezielten Designprozesses, der Auswahl bester Rohstoffeprofessioneller Produktionsbedingungen, einer 100%igen Qualitätskontrolle und einer professionellen Montage beim Kunden erreicht werden. Ebenso wichtig ist die Möglichkeit zur modularen Anpassung der Schleifringsysteme auf den jeweiligen Anwendungsbereich. Weiterhin funktionieren unsere Produkte in einem breiten Spektrum von rauen Umweltbedingungen und Temperaturen. Sie garantieren die stabile Übertragung auch bei salzhaltiger und korrosiver Luft und bei Temperaturen von -30 bis +80 Grad Celsius. Auch ein Druck von bis zu 1.300bar ist für spezielle Schleifringkörper kein Problem. Deshalb erhalten Sie bei rotarX nicht nur standardisierte Schleifringe, sondern können sich wie in einem Baukasten-System Ihr eigenes System zusammenstellen. Unsere fachkundigen Experten beraten Sie von der Skizze bis zur Montage in Ihrem Betrieb.

Premium Engineering

Mit langjähriger Erfahrung und fundierten Kenntnissen aller relevanten Ingenieurdisziplinen kann das rotarX Ingenieursteam schnelle und innovative Konstruktionslösungen für Kunden auf der ganzen Welt anbieten. Unsere Ingenieure entwickeln ständig neue Designs und verwenden neue Materialien in einem breiten Spektrum unterschiedlicher Bedingungen.

Um nur qualitativ hochwertige Produkte zu gewährleisten, ist rotarX zusätzlich in der Lage, folgende Prüfungen in unserem hauseigenen Labor durchzuführen:

  • Feuchtigkeitstest
  • Temperaturprüfung
  • Schutzart Test
  • Vibrations-/Schocktest
  • Hochdruck-/Vakuumprüfung
  • Drehmoment-Test
  • Hochspannungsprüfung
  • Starkstromtest
  • Salznebeltest
  • Belastungstest
  • Elektro-Rausch-Test
  • Kontaktwiderstandsprüfung
  • Dauertest
  • Isolationsprüfung
  • Frequenztest
  • Reibungsprüfung

Kennen Sie schon unseren Schleifring-Konfigurator?

Die verschiedenen rotarX Schleifring-Serien sind optimiert für die unterschiedlichsten Einsatzgebiete. Wir unterstützen unsere Kunden für maßgeschneiderte Lösungen. Alle Produkte lassen sich individuell an die Applikationen anpassen, um Ihnen so einen Mehrwert zu bieten. Premium Engineering Schleifring-Lösungen.

Industrie 4.0: Die Datenübertragung wird immer wichtiger

Die zunehmende Konnektivität und das Internet of Things erhöhen die Nachfrage nach Schleifringen, die eine hohe Datenübertragungsrate und eine verbesserte HF- und EMI-Technologie bieten. Gute Beispiele dafür sind die Lebensmittelindustrie, aber auch die Windkraft. Hohe Übertragungsraten von bis zu 10 Gbit/s mithilfe von Glasfaser-Schleifringen sind ebenso wichtig wie eine möglichst kompakte und robuste Bauweise mit langen Wartungszyklen.

In der industriellen Automatisierung haben in den letzten Jahren immer mehr Sensoren Einzug erhalten. Große Mengen an Daten wurden auch schon lange davor gesammelt. Eine mangelhafte Konnektivität in den meisten Industrieanlagen führte jedoch lange Zeit dazu, dass nur ein Bruchteil dieser Daten auch übertragen und ausgewertet wurde. Somit hatte die große Datenmenge bislang nur wenig Einfluss, etwa auf Prozessoptimierungen und Condition-Monitoring. Schleifringe spielen eine Schlüsselrolle bei der Verbesserung dieser Konnektivität. Sie sind in nahezu jeder Anlage verbaut und können optimal mit Sensoren erweitert werden, um Daten zu sammeln und diese auch direkt zu übertragen. Die große Bandbreite von Übertragungsmöglichkeiten, von USB-Schleifringe, über KOAX-Schleifringe, bis hin zu Ethernet– und HD-SDI-Schleifringen, hat enormes Potenzial zur Verbesserung der Datenauswertung in der Industrie. Eine lange Lebensdauer, die flexible Konnektivität und große Wartungsfreiheit der Schleifringe haben somit nicht nur Auswirkungen auf die Effizienz des Schleifrings selbst. Sie können so auch einen großen Beitrag dazu leisten, die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen, da kleine Unregelmäßigkeiten, die unbemerkt auf lange Sicht zu Ausfällen und Schäden führen können, rechtzeitig bemerkt werden. Condition-Monitoring in Verbindung mit KI-basierter Anlagensteuerung ermöglicht zusätzlich, dass die Anlagen Fehler selbstständig korrigieren und ihre eigenen Prozesse optimieren können. Doch die kombinierte Signal-, Daten- und Leistungsübertragung mithilfe von Schleifringen ist die Grundvoraussetzung dafür.

Diese Entwicklung hat auch Auswirkungen auf die Komponentenebene, insbesondere auf Schleifringprodukte für Strom- und Datenverbindungen. Die Nachfrage nach Schleifringen, die höhere Datenübertragungsraten bieten und den Bedarf an hohen Bandbreiten sowie schnelleren Datenprotokollen wie Ethernet decken, steigt aufgrund des Trends zur Konnektivität im Bereich der industriellen Automatisierung. Daher müssen Schleifringe konzipiert und hergestellt werden, die sowohl elektrischen Strom als auch digitale Signale verarbeiten können und gleichzeitig eine hohe Datenintegrität durch erweiterte HF- und EMI-Techniken bieten.

Eine große Herausforderung ist die elektromagnetische Störung (EMI) bei hohen Breitbandanforderungen. Es sind HF-Designtechniken notwendig, um Störungen zu minimieren und die Datenintegrität zu maximieren. Auch das elektrische Bürstenrauschen und die Qualität der Datensignalübertragung müssen berücksichtigt werden. Designer müssen auch die Umgebungsmerkmale kennen, die eine Auswirkung auf die Gleitkontakte haben können.

Das IoT macht es notwendig, dass Daten und Ethernet-Signale nebst Strom durch einen Schleifring übertragen werden müssen. Jedoch können Signale und Daten durch Elektromagnetismus gestört werden. Das gilt umso mehr, wenn die Stromübertragung in Motoren stattfindet. Entscheidend sind eine physikalische Isolierung zwischen EMI-Quellen und die HF-Abschirmung. Letztere muss über einen eigenen Kanal verfügen, denn nur so ist die elektrische Verbindung zwischen Rotor- und Statorabschirmung gewährleistet. Eine weitere wichtige Kennzahl für Ingenieure in Bezug auf die Datenintegrität ist das Bürstenrauschen. Sie beschreibt den Kontaktwiderstand für jeden Kanal des Schleifrings, der während der Drehung besteht. Die letztendliche Qualität der Datenübertragung wird in verlorenen Datenpaketen pro Million gemessen.

Die Bedeutung von Schleifringen in der Industrie 4.0 lässt sich wie folgt zusammenfassen:

  • Schleifringe sind für die Konnektivität im Bereich der industriellen Automatisierung unverzichtbar.
  • Die Nachfrage nach Schleifringen steigt aufgrund des Trends zur Konnektivität und des steigenden Bedarfs an höheren Datenübertragungsraten und schnelleren Datenprotokollen.
  • Schleifringe müssen sowohl elektrischen Strom als auch digitale Signale verarbeiten können und eine hohe Datenintegrität durch erweiterte HF- und EMI-Techniken bieten.
  • Die Nachfrage nach intelligenten Fertigungslösungen wird in den nächsten Jahren weiter steigen.

Aufbau & Funktion eines Schleifrings: Grundlagen

Ein elektrischer Schleifring besteht aus Bürste, Leiterring, Kugellager, Rotor und Gehäuse.

Die Bürsten werden auch als Gleitkontakt bezeichnet. Sie stellen die Verbindung zum Leiterring her, wodurch eine rotierende Verbindung entsteht, die ohne Kabel auskommt. Denn Kabel würden durch die ständige Rotation, etwa bei Rundtakttischen, verdrillen und es könnte zu Kabelbrüchen kommen. Über den Gleitkontakt können dann Elektrizität, Daten und Signale, etwa Profinet oder 100 BaseT, Interbus, Profibus, Canbus und Powerlink übertragen werden. Der Leiterring selbst sitzt auf dem Rotor, wo er über Zuleitungsdrähte an seinem Inneren und an der Bürste eine elektrische Verbindung auf jeder Seite des Schleifrings ermöglicht. Es gibt verschiedene Befestigungsmöglichkeiten für Schleifringe über einem Schaft oder in einer Welle. Zur Verfügung stehen etwa Flansch, Gewindeanschluss und Slip-Fit.

Abseits des Grundaufbaus gibt es Schleifringe in verschiedensten Variationen und Größen. Zum Beispiel speziell für Hohlwellen, als Schleifring ohne Gehäuse oder in Miniatur-Ausführung. Beliebt sind auch Pancake-Schleifringe, die speziell für geringe Bauhöhen geeignet sind, zum Beispiel um kurze Wellen mit beliebig vielen Kontakten auszustatten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Schleifringen sind die Ringe bei Flachschleifringen oder Tellerschleifringen, wie die Pancake Schleifringe auch genannt werden, sind ihre Übertragungspunkte (Ringe und Abnehmer) vertikal statt linear zur Drehachse ausgerichtet.

Generell werden kleine Schleifringe mit einem Durchmesser von wenigen Zentimetern bevorzugt, denn der Platz in moderne Anlagen ist eng bemessen und je kleiner der Leiterring, desto geringer die Abnutzung der Gleitkontakte und desto länger die Lebensdauer bzw. der Wartungszyklus. Jedoch gibt es auch Fälle, in denen größere Leiterringe notwendig sind. Ein bekannter Anwendungsfall ist zum Beispiel der CT Schleifring für Computertomografen, der einen Durchmesser von mehreren Metern hat.

Außerdem gibt es Schleifringe mit verschiedensten Mengen von Kanälen und Kabeln. Auch Anschlussarten und Materialien variieren.

Die Bürste

Bei der Auswahl des richtigen Gleitkontakts spielen viele Parameter wie Stromstärke, Spannung, Rotationsgeschwindigkeit, Betriebstemperatur, Widerstandsänderung, Bandbreite und Impedanz eine wichtige Rolle.

Es gibt drei Arten von Gleitkontakt- oder Bürstentechnologien: Verbundbürsten, Monofilament- und Polyfilamentbürsten. Bei der Wahl des Bürstenmaterials sind folgende Auswahlkriterien wichtig:

  1. Stromdichte
  2. Kontaktwiderstand
  3. Signalübertragungsklarheit
  4. Bürstenrauschen
  5. Anzahl der Kontakte pro Kanal
  6. Datenratenanforderungen
  7. Echtzeit-Steuerungsanwendungen.

Verbundbürsten bestehen aus Kohlegrafitwerkstoff, Monofilamentbürsten aus Edelmetalldrähten und Polyfilamentbürsten aus Edelmetall.

Bürsten aus Kohlegrafit, die auch mit anderen Metallen gemischt werden können, verbessern die Stromdichte, was insbesondere für die Versorgung von Motoren mit Strom wichtig ist. Ebenso kommen sie häufug bei höheren Strömen und Umdrehungsgeschwindigkeiten zum Einsatz.

Monofilamentbürsten werden bei niedrigen Strömen mit geringem Kontaktwiderstand eingesetzt, wenn eines der wichtigsten Kriterien die zuverlässige Signal- und Datenübertragung ist. Sie sind also oft im Rahmen der Ethernet-Übertragung und Industrie 4.0 im Einsatz.

Polyfilamentbürsten werden gerne für Schleifringe mit mehreren Kontakten pro Kanal und ebenfalls für einen extrem niedrigen Kontaktwiderstand eingesetzt. Auch wenn ein geringes Bürstenrauschen wichtig ist, sind sie oft der ideale Gleitkontakt. So ermöglichen sie sehr hohe Datenraten, etwa zur Echtzeit-Steuerung von Anlagen (Gigabit Ethernet) und für die Übertragung empfindlicher Analogsignale.

Qualitätsmanagement

Eine hohe Fertigungstiefe ist der Schlüssel zur lückenlosen Qualitätskontrolle. Deshalb hat rotarX erweiterte Möglichkeiten in der elektrischen und mechanischen Fertigung von Schleifringen geschaffen. Verschiedene automatische und halbautomatische Mehrachs-CNC-Bearbeitungszentren, Schleifmaschinen, Fräsmaschinen und Beschichtungsmaschinen bieten eine breite Palette mechanischer Optionen während des Produktionsprozesses.

Nur Experten mit langjähriger Erfahrung bedienen unsere Maschinen, um unseren Kunden Produkte von bester Qualität zu garantieren.

Flexibilität

Die Bereitschaft zum lebenslangen Lernen und das permanente Interesse an neuen technologischen Trends zeichnen unser Ingenieursteam aus.

Die industrielle Kommunikation und die elektrische Komplexität des Alltagslebens sind auf eine neue Ebene gerückt und entwickeln sich immer noch rasant. Wir behalten alle neuen Technologien, neuen Anwendungen, neuen Materialien und zukunftsweisenden Innovationen im Auge, die unsere Produkte verbessern oder neu erfinden können. So wählen Sie bei uns zum Beispiel zwischen Faserbürsten- und Fiberbürsten-Technologie, verschiedenen Werkstoffen wie Aluminium und Kunststoff und Edelmetall-Kontakten wie der Silber-zu-Silber und Gold-zu-Gold Multikontaktierung. Wir sind uns der wachsenden Bedeutung einer zuverlässigen und wartungsfreien Signal- und Leistungsübertragung im Rahmen der Industrie 4.0 vollkommen bewusst. In der Zukunft wird nahezu jedes Bauteil nicht mehr länger nur eine mechanische Funktion erfüllen, sondern es muss ebenso in der Lage sein Daten und weitere Signale zu übertragen. Hierfür setzen wir auf Bürstentechnologie mit geringem elektrischen Rauschen, für die Übertragung von Feldbussen mit hoher Datenrateniedrigen Kontaktdruck für eine lange Lebensdauer und Wartungsfreiheit.

Innovation

Flexibilität ist für rotarX nicht nur ein Wort, sondern die Basis unserer Unternehmensorganisation und unserer Schleifringe. Flexible Vertriebs- und F&E-Strukturen mit Kapazitäten für umfangreiche Projektanfragen unserer Kunden sind ebenso vorhanden wie flexible Produktionsstrukturen mit Großserienfertigung und Fast-Track-Optionen für Kleinmengenaufträge. Kabellängen sind frei definierbar. Die Standard-Schutzklasse IP51 liefern wir auf Anfrage auch höher aus. Auch die Anzahl der Ringe ist flexibel gestaltbar. Wenn Sie spezielle kundenspezifische Anforderungen haben, beraten wir Sie gerne, um die am besten geeignete Empfehlung für Ihre Spezifikation zu erstellen. Deshalb sind all‘ unsere Schleifringe nicht nur als Standard-Variante, sondern auch als modular gestaltbares Schleifringsystem erhältlich.

Produktübersicht für alle Schleifringe

Informieren Sie sich über die verschiedenen Schleifringe in unserer aktuellen Übersicht. Übertragungstechnik für komplexe industrielle und sicherheitsrelevante Anwendungen bilden den Kern unseres Lieferprogrammes. Alle Produkte lassen sich individuell an die Applikationen anpassen um Ihnen so einen Mehrwert zu bieten. Kompakte Schleifring-Lösungen – Hochwertige Übertragung vom Daten, Leistung & Medien. Davon möchten wir Sie gern überzeugen.

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