Slipring- Unit
Bild 2: Teile einer Slipring- Unit mit Schleifringübertragern
(Mit freundlicher Genehmigung von B-COMMAND GmbH.)
Slipring Unit
Eine Slipring Unit ist eine Baugruppe zur Übertragung von Daten, Signalen oder elektrischer Leistung von einem festen Bauteil auf ein bewegliches Element.
Bei einem Radargerät mit sich ständig drehender Antenne kann diese wegen ihrer ständigen Rotation nicht an fest installierte Stromversorgung per Kabel angebunden werden. Es muss nicht nur die Sendeenergie mit einem HF- Drehübertrager vom festen Teil (Stator) des Drehtisches (engl.: pedestal) auf den sich drehenden Teil (Rotor) übertragen werden, sondern auch Versorgungsspannungen und eine Vielzahl von Schalt- und Steuersignalen sowie Datenleitungen. Das wird oft mit Schleifringübertragern durchgeführt. (Der englische Begriff slip ring unit differenziert dabei zwischen der gesamten Funktionseinheit, welche viele Schleifringübertrager (slip rings), aber auch andere Verbindungsarten enthalten kann. Der deutsche Begriff Schleifringübertrager bezeichnet dabei nicht nur die einzelne Kombination aus einem Schleifring und einer Bürste, sondern oft auch die gesamte Baugruppe mit mit vielen derartigen Teilen.)
Traditioneller Aufbau
Der traditionelle Aufbau entspricht dem, wie in Bild 1 und 2 gezeigt. In einen aus isolierendem Material gegossenen Träger in Form eines Hohlzylinders sind ringförmige Kontaktflächen eingelassen, auf denen ein Federkontakt während der Drehung den Stromfluss ermöglicht. Die leitfähigen Oberflächen sind meist hart vergoldet. Um möglichst verschleißarm zu arbeiten, drückt die Kontaktfeder so schwach wie möglich, aber trotzdem ausreichend stark für einen sicheren Stromfluss gegen die sich drehende ringförmige Kontaktfläche.
In dem in Bild 2 gezeigten Beispiel besteht die Kontaktfeder aus dünnen, hart vergoldeten Stahldraht, der in einem sogenannten Bürstenhalter eingegossen ist. Wenn größere Ströme übertragen werden müssen, dann besteht die Kontaktfeder aus großflächigen Kohlekontakten. Durch den Abrieb an den Kohleflächen entsteht mit der Zeit ein Grafitstaub, der turnusmäßig während der Wartungszyklen entfernt werden muss, um Kurzschlüsse zu vermeiden. Hart vergoldete Kontakte sind dagegen wartungsfrei.
Pancake Slip Ring
Pancake Schleifringe (pancake = „Pfannkuchen“) bestehen aus zwei sich gegenüber liegenden flachen Scheiben. Auf einer Scheibe sind konzentrische Kontaktringe angeordnet. An der gegenüber liegenden Scheibe sind passend dazu die Federkontakte angebracht. Diese sind oft doppelt oder sogar vierfach ausgeführt. Sie können auch über die ganze Oberfläche der Scheibe verteilt werden, um die Auflagekräfte gleichmäßig zu verteilen.
Diese Bauform hat den Vorteil, dass sie sehr flach ausgeführt werden kann. Bei sehr vielen Übertragungskanälen wird jedoch der Durchmesser sehr groß und begrenzt dadurch die maximal mögliche Drehzahl.
Aber auch andere Verbindungsarten, wie Lichtleitertechnik oder gekapselte, funktechnisch hermetisch abgeschlossene WLAN-ähnliche Verbindungen sind möglich. Die Funktionseinheit mehrerer solcher Verbindungen wird dann meist trotzdem Slipring- Unit benannt. Bei allen diesen alternativen Übertragungsarten muss entweder mindestens die Stromversorgung über zwei oder drei Schleifringe übertragen werden oder es wird dafür ein Rotationstransformator verwendet.
Der Rotationstransformator ist eine spezielle Bauform eines Transformators, bei dem die Sekundärseite gegenüber der Primärseite mechanisch frei rotieren kann und die Energieübertragung ausschließlich durch das alternativ oszillierende Magnetfeld erfolgt. Um die Größe des Rotationstransformators zu verringern, wird für die Übertragung wie bei Schaltnetzteilen eine höhere Frequenz (bis zu 22 kHz) als die übliche Netzfrequenz verwendet.