Klzné krúžky drôtenej kefy na čistý prenos signálu

Klzné krúžky s drôtenou kefou prenášajú energiu, signály a v mnohých prípadoch údaje cez nepretržite sa otáčajúce rozhranie. Vyberajú sa, keď rotačný systém potrebuje stabilný kontakt v kompaktnom balení, bez uhlíkového prachu vytváraného tradičnými konštrukciami uhlíkových kief. Nie sú však predvolenou inováciou. Pre ťažké-prenosy prúdu, abrazívne prostredia alebo špecializované vysokofrekvenčné vedenia bude často vhodnejší iný dizajn kontaktu.

Táto príručka je napísaná z pohľadu inžinierstva aplikácie zberných krúžkov. Vysvetľuje, ako funguje kontakt s drôtenou kefou, kde si získava svoje miesto, ako sa porovnáva s klznými krúžkami uhlíkovej kefky v rozmeroch, ktoré kupujúci skutočne vážia, a aké informácie potrebuje váš dodávateľ pred uvedením cenovej ponuky. Spracovaný príklad s realistickými parametrami je priložený na konci spolu s FAQ na otázky, ktoré sa pri výbere najčastejšie objavujú.

Čo je klzný krúžok drôtenej kefy?

Klzný krúžok drôtenej kefy je elektromechanická zostava, ktorá udržuje elektrické spojenie medzi stacionárnou konštrukciou a rotujúcim komponentom. Funkciu zdieľajú všetcielektrický zberný krúžok; rozdiel je v kontakte.

Namiesto jedného uhlíkového bloku pritlačeného ku každému vodivému krúžku používa konštrukcia drôtenej kefy zväzok jemných, pružných vodivých drôtov. Každý drôt je vlastným kontaktným bodom a niekoľko drôtov jazdí na rovnakom prstenci súčasne. Tento viac{2}}bodový kontakt je zdrojom väčšiny elektrických a mechanických vlastností konštrukcie: nižšia zmena prechodového odporu, nižší elektrický šum na signálnych vedeniach a profil opotrebovania, ktorý neprepúšťa vodivý uhlíkový prach do okolitého mechanizmu.

Kontakt s drôtenou kefou sa v technickej literatúre niekedy nazýva vláknitá kefka alebo viac{0}}vláknový kefový kontakt, najmä ak sa v obvodoch nízkeho-signálu používajú veľmi jemné drôty zo vzácnych -kovových zliatin.

Ako vlastne funguje kontakt s drôtenou kefou

Klzný krúžok má stacionárne puzdro (stator) a rotujúci hriadeľ alebo puzdro (rotor). Na otočnej strane sedia vodivé krúžky. Bloky kefiek sú umiestnené na nehybnej strane, pričom každý drží zväzok drôtov, ktorý tlačí na jeden krúžok. Keď sa rotor otáča, prúd alebo signál prechádza cez drôty kefy do prstenca a von z rotora vedie k čomukoľvek, čo je namontované na rotujúcom zariadení.

Na troch detailoch záleží viac, než pripúšťa väčšina katalógov:

• Počet efektívnych kontaktov.Jeden uhlíkový blok môže mať jednu hlavnú kontaktnú plochu. Zväzok drôtov môže mať desať až niekoľko desiatok nezávislých mikro-kontaktov na tom istom prstenci. Ak je niekoľko na chvíľu zdvihnutých vibráciami alebo kontamináciou, iné stále vedú. To robí kontakt s drôtenou kefou atraktívnym pre senzory, kódovače a nízkonapäťové digitálne linky.
• Kontaktný tlak na drôt.Každý drôt je ľahký. Celková normálová sila je nízka v porovnaní s uhlíkovou kefou, čo znižuje trecí moment a teplo na kontaktnom povrchu. Kompromis-je v tom, že žiadnym jedným vodičom neprejde silný prúd; vysokoprúdové obvody sú riešené paralelnými krúžkami alebo širšími skupinami kefiek.
• Párovanie materiálov.Drôty kefiek sú bežne zliatiny drahých -kovov (na báze striebra- alebo zlata-) pre signálne obvody, zatiaľ čo povrchy krúžkov používajú doplnkové pokovovanie. Párovanie kontroluje stabilitu odporu kontaktu počas životnosti a je to jediný najväčší faktor v tom, či zberný krúžok stále spĺňa špecifikácie po milióne otáčok.

Kontakt drôtenej kefy sa stále opotrebováva. Nejde o „žiadne opotrebovanie“ verzus „opotrebenie uhlíka“ -, ide o jemné kovové opotrebenie, ktoré zostáva vo vnútri krytu, v porovnaní s uhlíkovými časticami, ktoré môžu uniknúť do okolitých mechanizmov.
 

Kde získavajú svoje miesto krúžky na drôtené kefy

Dizajn drôtenej kefy sa zvyčajne špecifikuje, keď platí aspoň jedna z nasledujúcich podmienok:

• Systém prenáša nízkonapäťové{0}}signály, spätnú väzbu kódovača alebo dátové vedenia, ktoré nedokážu tolerovať hlučnosť opotrebovanej uhlíkovej kefky.
• Okolité prostredie je citlivé na častice (optické systémy, lekárske zobrazovanie, manipulácia s polovodičmi, čisté priestory).
• Vertikálny alebo radiálny priestor je tesný a krátka výška zásobníka je dôležitá viac ako maximálna prúdová kapacita.
• Prístup k údržbe je slabý - jednotka musí bežať desiatky tisíc hodín pred akýmkoľvek servisným zásahom.
• Silové obvody a signálové obvody musia zdieľať jeden kompaktný kryt.

Konštrukcia sa nehodí, keď dominantnou požiadavkou sú stovky ampérov na obvod, keď je prostredie silne abrazívne alebo chemicky korozívne, alebo keď sa používa špecializované riešenie, ako napr.klzný krúžok z optických vlákienalebo RF rotačný kĺb je potrebný pre dátové spojenie.

Drôtená kefa vs klzné krúžky z uhlíkovej kefy

Oba štýly kontaktu fungujú. Otázkou je, ktorý z nich vyhovuje elektrickým, mechanickým a servisným obmedzeniam aplikácie. Tradičnýklzný krúžok uhlíkovej kefyzostáva tou správnou odpoveďou v mnohých{0}}aplikáciách s rotačným napájaním na veľké zaťaženie; drôtená kefa víťazí na rôznom teréne.

Technická poznámka: Keď aplikácia kombinuje malé množstvo vysoko{0}}prúdu s mnohými nízkonapäťovými{1}}signálovými vedeniami, praktickým rozhodnutím je zvyčajne drôtená kefka - a zriedkavý vysokoprúdový obvod sa rieši paralelnými krúžkami, nie technológiou prepínania kontaktov.

Bežné aplikácie s elektrickými detailmi, na ktorých záleží

Zoznam všeobecných kategórií aplikácií je jednoduchý. Užitočnejšie je to, čo nasleduje: typická kombinácia obvodov, ktoré každé zariadenie potrebuje, a to, čo má tendenciu riadiť špecifikáciu.

Priemyselná automatizácia: indexovacie stoly, rotačné plničky, označovacie vežičky

Otočný indexovací stôl alebo štítková veža v baliacej linke zvyčajne potrebuje 24 V jednosmerné riadiace napájanie, niekoľko digitálnych vstupno-výstupných liniek, jeden alebo dva kanály kódovača a niekedy aj pripojenie k prevádzkovej zbernici. Kontakt s drôtenou kefou vyhovuje signálnej strane; pracovný cyklus je vysoký (viacero zmien za deň) a intervaly údržby sú krátke. Kompaktcez-otvorový zberný krúžoks kontaktnou súpravou drôtenej kefy je bežnou konfiguráciou, pretože centrálny otvor umožňuje prechod pneumatických alebo mechanických hriadeľov.

Platformy pre sledovanie, EO/IR a{0}}nakláňanie kamery

Nepretržite sa otáčajúce kamerové platformy prenášajú jednosmerný prúd, vedenie motora, riadiace signály a video alebo ethernetové prepojenie. V špecifikácii dominuje integrita signálu: akýkoľvek kontaktný šum sa prejaví ako obrazové artefakty alebo strata paketov. Rozhodnutie je len zriedka „aký typ štetca“ -, ale „aká stratégia tienenia a oddelenie kanálov sú potrebné“.

Robotika, ROV, UAV kardany a rotačné koncové efektory

Najdôležitejšie sú tu kompaktné konštrukcie s-nízkym krútiacim momentom. Robotické zápästie, ktoré nesie EOAT, si nemôže dovoliť ťažký klzný krúžok. Nízky trecí moment kontaktu s drôtenou kefou a malá obálka sú rozhodujúcimi faktormi popri kombináciiSignálové kanály USB alebo Ethernetpre užitočné zaťaženie.

Testovacie a meracie prípravky

Rotujúce testovacie zariadenia, prístrojové dynamometre a testovacie zariadenia automobilových komponentov prenášajú analógové signály nízkej{0}}úrovne, termočlánkové vstupy a niekedy aj vysokorýchlostné{1}}digitálne linky. Kontaktný hluk je nepriateľ. Párovanie materiálov a tienenie v zbernom krúžku sú dôležitejšie ako samotný tvarový faktor kefy.

Dohľadové radary, antény a rotačné komunikačné platformy

Polohovače antén často kombinujú napájanie a signál v jedinom otočnom kĺbe, niekedy spolu so špeciálnym vysokofrekvenčným otočným kĺbom pre vysoko-frekvenčnú dráhu. Kontakt s drôtenou kefou zvláda signály nižšej-frekvencie a jednosmerné napájanie čisto.

Ako určiť klzný krúžok drôtenej kefy

Najrýchlejší spôsob, ako získať správnu cenovú ponuku, je definovať aplikáciu v šiestich rozmeroch pred kontaktovaním výrobcu. Preskočenie ktoréhokoľvek z nich je najčastejšou príčinou redizajnu po prvom prototype.

1. Uveďte každý okruh samostatne

Nedávajte dodávateľovi jediné číslo, napríklad „10 okruhov“. Rozdeliť:

• Funkcia obvodu (napájanie motora, ovládanie, kódovač A/B/Z, pár Ethernet, video atď.)
• Nepretržité prúdové hodnotenie ašpičkový/nábehový prúd- údaj zapínania určuje veľkosť kontaktov na vedení motora a elektromagnetu
• Napätie, AC alebo DC a požadovaná izolácia
• Či je vedenie tienené a či sa tienenie musí otáčať s káblom alebo končiť na kryte

Ak dôjde k zámene kontinuálneho a špičkového prúdu, výsledný návrh bude buď horúci, alebo bude nadmerne{0}}špecifikovaný za vyššie náklady, ako je potrebné.

2. Presne definujte typy signálov a údajov

„Potrebuje prenášať signály“ nie je špecifikácia. Identifikujte protokol, rýchlosť a elektrický štandard pre každú linku. Bežné prípady zahŕňajú analógové výstupy snímača 0–10 V alebo 4–20 mA, zbernicu RS-485 alebo CAN, Profinet, EtherCAT, 100Base{10}}TX, 1000Base-T, video (HD-SDI, analógové kompozitné, GigE Vision) alebo RF.

Najmä Ethernet nie je jednotná špecifikácia. Krúžok navrhnutý pre 100 Mbps Fast Ethernet nemusí nevyhnutne vyhovovaťGigabit Ethernetna rotačnej kontaktnej dráhe bez vnútornej kontroly impedancie, riadeného presluchu medzi pármi a adekvátneho tienenia. Požiadavky na prenos sú definované vštandard IEEE 802.3a zberný krúžok, ktorý nebol charakterizovaný podľa týchto požiadaviek, nemožno predpokladať, že podporuje spojenie.

Technická poznámka: smerujte ethernetové páry preč od motorových a solenoidových obvodov vždy, keď to usporiadanie kanálov umožňuje. Tam, kde sa nedá vyhnúť miešaniu, sa stratégia tienenia stáva kritickou voľbou dizajnu - pozrite si tento praktický prehľadriešenia tienenia pre prenos signálu zberných krúžkov.

3. Potvrďte rýchlosť a pracovný cyklus

Klzné krúžky sú zvyčajne dimenzované na nepretržité otáčky za minútu, ale životnosť určuje pracovný cyklus. Stroj, ktorý sa nepretržite otáča rýchlosťou 20 otáčok za minútu, 24 hodín denne, 7 dní v týždni, akumuluje viac otáčok za rok ako systém s rýchlosťou 300 otáčok za minútu, ktorý beží hodinu denne. Poskytnite:

• Maximálne a typické otáčky
• Nepretržitá vs prerušovaná prevádzka
• Smer (jednosmerný- alebo obojsmerný)
• Očakávané celkové prevádzkové hodiny alebo celkové otáčky do konca životnosti

4. Zadajte Mechanical Envelope

Uveďte všetky mechanické obmedzenia, ktoré musí zberací krúžok rešpektovať: vonkajší priemer, celkovú výšku, požadovanú veľkosť otvoru-, ak existuje, montážne rozhranie, smer a dĺžku výstupu kábla, preferencie konektora a povolený krútiaci moment na rotore. Ak je vertikálny priestor tesný, akrúžok na palacinkys kontaktom s drôtenou kefou môže byť vhodnejší ako stohovaný valcový dizajn.

5. Opíšte prostredie

Rozsah prevádzkových teplôt, vlhkosť, prach, umývanie, vibrácie, otrasy, nadmorská výška a korozívna atmosféra ovplyvňujú výber materiálu, tesnenie a párovanie kontaktov. Požadovaná ochrana proti vniknutiu by mala byť uvedená ako IP kód definovaný podIEC 60529; kontext o tom, čo každá číslica znamená v praxi, nájdete v tomtointerpretácia IP hodnotení zberných krúžkov.

6. Rozhodnite sa medzi štandardným a zvykom Early

Štandardný katalógový model sa dodáva rýchlejšie a lacnejšie. Avlastný krúžokje opodstatnené, keď mechanický obal, mix okruhov alebo prostredie nie je možné obsluhovať zásobným dielom -, čo je často prípad kompaktných, zmiešaných výkonových-a-konštrukcií signálov. Tento kompromis-je podrobnejšie popísaný v tomto článkuštandardné vs. vlastné zberacie krúžky.

Kontrolný zoznam výberu

Pred vydaním RFQ potvrďte, že môžete odpovedať na každú položku v tomto zozname:

• Počet okruhov v členení podľa funkcie
• Pre každý okruh: trvalý prúd, špičkový/nábehový prúd, napätie, striedavý alebo jednosmerný prúd
• Signálne protokoly a rýchlosti (typ kodéra, fieldbus, rýchlosť Ethernetu, video štandard, RF frekvencia)
• Požiadavky na tienenie a uzemnenie na okruh
• Maximálne otáčky, typické otáčky, pracovný cyklus, smer
• Cieľová životnosť v hodinách alebo otáčkach
• Vonkajší priemer, celková dĺžka,-veľkosť otvoru, spôsob montáže
• Smer výstupu kábla, dĺžka kábla, typ konektora
• Rozsah prevádzkových teplôt
• Požadované IP hodnotenie podľa IEC 60529 plus akékoľvek umývanie alebo vystavenie chemikáliám
• Vibračné a šokové prostredie
• Požiadavky na zhodu (UL, CE, vojenské, lekárske, atď.)

Pracovný príklad: Rotačná inšpekčná platforma s napájaním a gigabitovým Ethernetom
 

Parametre uvedené nižšie sú ilustratívne -, odrážajú konfiguráciu, s ktorou sa stretávame často, a nie akýkoľvek projekt jedného zákazníka.

• Aplikácia:Nepretržite sa otáčajúca optická inšpekčná veža, vnútorná{0}}susedná čistá miestnosť
• Užitočné zaťaženie rotora:Priemyselná kamera, kruhové svetlo, ovládací panel, snímač okolitej teploty
• Obvody:2 × 5 A trvalé jednosmerné napájanie (24 V), 1 × Gigabit Ethernet (4 krútené páry), 2 × digitálny I/O, 1 × vstup pre termočlánok
• RPM:60 otáčok za minútu nepretržite, obojsmerne
• Pracovný cyklus:22 hodín denne, 6 dní v týždni
• Mechanický obal:50 mm dostupná výška stohu, 25 mm priechodný-otvor pre pneumatické vedenie
• Prostredie:15–30 stupňov, nízka prašnosť, bez umývania, dostatočné IP54
• Cieľová životnosť:Minimálne 8 000 hodín pred akýmkoľvek servisným zásahom

Konfigurácia, ktorá sa hodí, je klzný krúžok s drôtenou kefou-s otvorom s ethernetovými pármi nasmerovanými na vyhradené, vnútorne tienené kanály oddelené od 24 V napájacích krúžkov. Vedenie termočlánku je zoskupené so signálmi nízkej-úrovne na opačnej strane krytu od napájacích krúžkov. Materiál kefky je vzácna -kovová zliatina na signálnej strane a ťažšia-dvojica na dvoch napájacích krúžkoch.

Tento príklad ilustruje, že kontakt drôtenej kefy „podporuje Ethernet“ vo všeobecnosti -, ale musí byť navrhnuté špecifické rozloženie kanála, plán tienenia a párovanie materiálov, aby prepojenie fungovalo cez nepretržite sa otáčajúci kontakt.

Bežné chyby v špecifikácii

• Liečebný obvod počíta ako jediné číslo.Dva 12-obvodové zberné krúžky môžu mať úplne odlišnú životnosť, ak je jeden dimenzovaný na nábehový prúd a druhý nie.
• Zadanie "Ethernet" bez rýchlosti.100Base-TX a 1000Base-T majú rôzne požiadavky na riadenie impedancie a presluchy v zbernom krúžku.
• Podceňovanie prostredia.Súčiastka, ktorá fungovala v prototype na pracovnej ploche, môže zlyhať v priebehu niekoľkých mesiacov, keď je nainštalovaná v blízkosti chladiacej hmly alebo vo vonkajšom kryte s dennými kondenzačnými cyklami.
• Za predpokladu, že sa namontuje štandardný model.Smer výstupu kábla, typ konektora a krútiaci moment často vylučujú zjavnú zhodu v katalógu.
• Predvolená možnosť je drôtená kefa pre-vysoký prúd.Ťažký-jednotlivý obvod so stovkami ampérov je vo väčšine prípadov stále územím s uhlíkovými kefami.