Forschungsbericht zu leitfähigen Schleifringen: Prinzip, Anwendungen und Markteinblicke

Ingiant-Technologie|Branche neu|8. Januar 2025

1. Übersicht über leitfähige Schleifringe

1.1 Definition

Leitfähige Schleifringe, auch Kollektorringe, rotierende elektrische Schnittstellen, Schleifringe, Kollektorringe usw. genannt, sind wichtige elektromechanische Komponenten, die die Übertragung elektrischer Energie und Signale zwischen zwei relativ rotierenden Mechanismen realisieren. In vielen Bereichen werden leitfähige Schleifringe zu einem unverzichtbaren Bestandteil, wenn die Ausrüstung rotierende Bewegungen ausführt und eine stabile Strom- und Signalübertragung aufrechterhalten muss. Es durchbricht die Einschränkungen herkömmlicher Kabelverbindungen in Drehszenarien und ermöglicht eine uneingeschränkte Drehung der Ausrüstung um 360 Grad, wodurch Probleme wie Kabelverwicklungen und Verdrehungen vermieden werden. Es wird häufig in der Luft- und Raumfahrt, der industriellen Automatisierung, der medizinischen Ausrüstung, der Windenergieerzeugung, der Sicherheitsüberwachung, bei Robotern und anderen Branchen eingesetzt und bietet eine solide Garantie für verschiedene komplexe elektromechanische Systeme, um multifunktionale, hochpräzise und kontinuierliche Rotationsbewegungen zu erreichen. Es kann als „Nervenzentrum“ moderner intelligenter High-End-Geräte bezeichnet werden.

1.2 Funktionsprinzip

Das Kernfunktionsprinzip des leitfähigen Schleifrings basiert auf der Stromübertragungs- und Drehverbindungstechnologie. Es besteht hauptsächlich aus zwei Teilen: leitfähigen Bürsten und Schleifringen. Der Schleifringteil ist auf der rotierenden Welle installiert und dreht sich mit der Welle, während die leitfähige Bürste im stationären Teil befestigt ist und in engem Kontakt mit dem Schleifring steht. Wenn Strom oder Signale zwischen rotierenden Teilen und festen Teilen übertragen werden müssen, wird durch den Gleitkontakt zwischen der leitenden Bürste und dem Schleifring eine stabile elektrische Verbindung hergestellt, um eine Stromschleife aufzubauen. Während sich das Gerät dreht, dreht sich der Schleifring weiter und der Kontaktpunkt zwischen der leitenden Bürste und dem Schleifring ändert sich ständig. Aufgrund des elastischen Drucks der Bürste und des vernünftigen strukturellen Designs halten die beiden jedoch immer einen guten Kontakt aufrecht, wodurch sichergestellt wird, dass elektrische Energie, Steuersignale, Datensignale usw. kontinuierlich und stabil übertragen werden können, wodurch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und Information erreicht wird Wechselwirkung des rotierenden Körpers während der Bewegung.

1.3 Struktureller Aufbau

Die Struktur des leitfähigen Schleifrings umfasst hauptsächlich Schlüsselkomponenten wie Schleifringe, leitfähige Bürsten, Statoren und Rotoren. Schleifringe bestehen in der Regel aus Materialien mit hervorragenden Leitfähigkeitseigenschaften, wie z. B. Edelmetalllegierungen wie Kupfer, Silber und Gold, die nicht nur einen geringen Widerstand und eine hocheffiziente Stromübertragung gewährleisten, sondern auch eine gute Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweisen mit langfristiger Rotationsreibung und komplexen Arbeitsumgebungen. Leitfähige Bürsten bestehen meist aus Edelmetalllegierungen oder Graphit und anderen Materialien mit guter Leitfähigkeit und Selbstschmierung. Sie haben eine bestimmte Form (z. B. Typ „II“) und sind symmetrisch doppelt kontaktiert mit der Ringnut des Schleifrings. Mit Hilfe des elastischen Drucks der Bürste passen sie sich eng an den Schleifring an, um eine genaue Übertragung von Signalen und Strömen zu erreichen. Der Stator ist der stationäre Teil, der die feste Strukturenergie des Geräts verbindet und eine stabile Unterstützung für die leitfähige Bürste bietet; Der Rotor ist das rotierende Teil, das mit der rotierenden Struktur des Geräts verbunden ist und sich synchron mit dieser dreht, wodurch der Schleifring in Drehung versetzt wird. Darüber hinaus sind auch Hilfskomponenten wie Isoliermaterialien, Klebematerialien, Kombihalterungen, Präzisionslager und Staubschutzhüllen enthalten. Isoliermaterialien werden zur Isolierung verschiedener Leiterbahnen verwendet, um Kurzschlüsse zu verhindern. Klebematerialien sorgen für eine stabile Verbindung zwischen den Komponenten; Kombinierte Halterungen tragen verschiedene Komponenten, um die Gesamtstrukturfestigkeit sicherzustellen. Präzisionslager reduzieren den Rotationsreibungswiderstand und verbessern die Rotationsgenauigkeit und Laufruhe; Staubschutzhüllen verhindern das Eindringen von Staub, Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen und schützen interne Präzisionskomponenten. Die einzelnen Teile ergänzen sich gegenseitig, um den stabilen und zuverlässigen Betrieb des leitfähigen Schleifrings zu gewährleisten.

2. Vorteile und Eigenschaften leitfähiger Schleifringe

2.1 Zuverlässigkeit der Kraftübertragung

Unter der Bedingung einer kontinuierlichen Rotation des Geräts weist der leitfähige Schleifring eine hervorragende Kraftübertragungsstabilität auf. Im Vergleich zur herkömmlichen Kabelverbindungsmethode können sich gewöhnliche Kabel beim Drehen der Geräteteile sehr leicht verheddern und knicken, was zu Leitungsschäden und Stromkreisunterbrechungen führt, die Stromübertragung unterbricht und den Betrieb des Geräts ernsthaft beeinträchtigt. Der leitfähige Schleifring baut durch den präzisen Gleitkontakt zwischen der Bürste und dem Schleifring einen zuverlässigen Strompfad auf, der eine kontinuierliche und stabile Stromversorgung unabhängig von der Drehung des Geräts gewährleisten kann. Beispielsweise rotieren die Rotorblätter einer Windkraftanlage mit hoher Geschwindigkeit mit dem Wind, und die Geschwindigkeit kann mehr als zehn Umdrehungen pro Minute oder sogar mehr erreichen. Der Generator muss kontinuierlich Windenergie in elektrische Energie umwandeln und an das Stromnetz übertragen. Der in der Kabine installierte leitfähige Schleifring verfügt über eine stabile Kraftübertragungskapazität, um sicherzustellen, dass während der langfristigen und ununterbrochenen Rotation der Rotorblätter die elektrische Energie reibungslos vom rotierenden Generatorrotorende zum stationären Stator und zum externen Stromnetz übertragen wird Dadurch werden Unterbrechungen der Stromerzeugung aufgrund von Leitungsproblemen vermieden, die Zuverlässigkeit und Effizienz der Stromerzeugung des Windkraftsystems erheblich verbessert und der Grundstein für die kontinuierliche Versorgung mit sauberer Energie gelegt.

2.2 Kompaktes Design und bequeme Installation

Der leitfähige Schleifring verfügt über ein ausgeklügeltes und kompaktes konstruktives Design und bietet erhebliche Vorteile bei der Raumnutzung. Mit der Entwicklung moderner Geräte in Richtung Miniaturisierung und Integration wird der Innenraum immer kostbarer. Herkömmliche komplexe Verkabelungsverbindungen nehmen viel Platz in Anspruch und können auch Probleme mit Leitungsinterferenzen verursachen. Leitfähige Schleifringe integrieren mehrere leitende Pfade in einer kompakten Struktur und reduzieren so effektiv die Komplexität der internen Verkabelung der Ausrüstung. Nehmen Sie als Beispiel intelligente Kameras. Sie müssen sich um 360 Grad drehen, um Bilder aufzunehmen und gleichzeitig Videosignale, Steuersignale und Strom zu übertragen. Wenn eine normale Verkabelung verwendet wird, sind die Leitungen unordentlich und können an den Drehgelenken leicht verstopfen. Die eingebauten mikroleitenden Schleifringe, die meist nur wenige Zentimeter Durchmesser haben, können eine mehrkanalige Signalübertragung integrieren. Wenn sich die Kamera flexibel dreht, sind die Linien regelmäßig und einfach zu installieren. Es lässt sich problemlos in das schmale Kameragehäuse integrieren, was nicht nur den funktionalen Anforderungen gerecht wird, sondern das Gesamtgerät auch schlicht in der Optik und kompakt in der Größe macht. Es lässt sich einfach installieren und in verschiedenen Überwachungsszenarien einsetzen, beispielsweise als PTZ-Kameras zur Sicherheitsüberwachung und Panoramakameras für Smart Homes. In ähnlicher Weise ermöglichen kompakte leitfähige Schleifringe im Drohnenbereich die Erzielung mehrerer Signal- und Leistungsübertragungen auf engstem Raum, um Funktionen wie die Anpassung der Fluglage, die Bildübertragung und die Stromversorgung der Flugsteuerung zu erreichen, wodurch das Gewicht reduziert und gleichzeitig sichergestellt wird Flugleistung und Verbesserung der Tragbarkeit und Funktionsintegration der Ausrüstung.

2.3 Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität

In komplexen und rauen Arbeitsumgebungen weisen leitfähige Schleifringe eine hervorragende Toleranz gegenüber speziellen Materialien und exquisiter Handwerkskunst auf. Hinsichtlich der Materialauswahl bestehen Schleifringe meist aus verschleißfesten und korrosionsbeständigen Edelmetalllegierungen, wie zum Beispiel Gold, Silber, Platinlegierungen oder speziell behandelten Kupferlegierungen. Die Bürsten bestehen aus Materialien auf Graphitbasis oder Edelmetallbürsten mit guter Selbstschmierung, um den Reibungskoeffizienten zu reduzieren und den Verschleiß zu reduzieren. Auf der Ebene des Herstellungsprozesses wird Präzisionsbearbeitung eingesetzt, um sicherzustellen, dass die Bürsten und Schleifringe eng anliegen und sich gleichmäßig berühren, und die Oberfläche wird mit speziellen Beschichtungen oder Beschichtungen behandelt, um die Schutzleistung zu verbessern. Nehmen wir als Beispiel die Windkraftindustrie: Offshore-Windkraftanlagen befinden sich lange Zeit in einer Meeresumgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit und hohem Salznebel. Der große Salz- und Feuchtigkeitsgehalt der Luft wirkt äußerst ätzend. Gleichzeitig schwankt die Temperatur in der Lüfternabe und der Kabine im Betrieb stark und die rotierenden Teile stehen in ständiger Reibung. Unter solch rauen Arbeitsbedingungen kann der leitfähige Schleifring mit hochwertigen Materialien und Schutztechnologie wirksam Korrosion widerstehen und eine stabile elektrische Leistung aufrechterhalten, wodurch eine stabile und zuverlässige Strom- und Signalübertragung des Lüfters während seines jahrzehntelangen Betriebszyklus gewährleistet und die Kosten erheblich reduziert werden Wartungshäufigkeit und Reduzierung der Betriebskosten. Ein weiteres Beispiel sind die Peripheriegeräte des Schmelzofens in der metallurgischen Industrie, die mit hohen Temperaturen, Staub sowie starken Säure- und Alkaligasen gefüllt sind. Die hohe Temperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit des leitfähigen Schleifrings ermöglichen einen stabilen Betrieb in den rotierenden Materialverteilungs-, Temperaturmess- und Steuergeräten des Hochtemperaturofens, wodurch ein reibungsloser und kontinuierlicher Produktionsprozess gewährleistet und die Gesamthaltbarkeit des Schleifrings verbessert wird Ausrüstung und Reduzierung der durch Umwelteinflüsse verursachten Ausfallzeiten, was eine solide Unterstützung für den effizienten und stabilen Betrieb der industriellen Produktion darstellt.

3. Anwendungsfeldanalyse

3.1 Industrielle Automatisierung

3.1.1 Roboter und Roboterarme

Im Zuge der industriellen Automatisierung ist der weit verbreitete Einsatz von Robotern und Roboterarmen zu einer wichtigen Triebkraft für die Verbesserung der Produktionseffizienz und die Optimierung von Produktionsprozessen geworden, und leitfähige Schleifringe spielen dabei eine unverzichtbare Rolle. Die Gelenke von Robotern und Roboterarmen sind die Schlüsselknoten für flexible Bewegungen. Diese Gelenke müssen sich kontinuierlich drehen und beugen, um komplexe und vielfältige Aktionsaufgaben wie Greifen, Handhaben und Zusammenbauen auszuführen. Leitfähige Schleifringe werden an Gelenken installiert und können Strom und Steuersignale stabil an Motoren, Sensoren und verschiedene Steuerkomponenten übertragen, während sich die Gelenke kontinuierlich drehen. Am Beispiel der Automobilindustrie muss der Roboterarm in der Karosserieschweiß-Produktionslinie verschiedene Teile präzise und schnell schweißen und in den Karosserierahmen einbauen. Die hochfrequente Rotation seiner Gelenke erfordert eine unterbrechungsfreie Strom- und Signalübertragung. Der leitfähige Schleifring gewährleistet die reibungslose Ausführung des Roboterarms bei komplexen Aktionsabläufen, sorgt für Stabilität und Effizienz des Schweißprozesses und verbessert den Automatisierungsgrad und die Produktionseffizienz der Automobilproduktion erheblich. Auch in der Logistik- und Lagerbranche nutzen Roboter zum Sortieren und Palettieren von Fracht leitfähige Schleifringe, um eine flexible Gelenkbewegung zu erreichen, Fracht genau zu identifizieren und zu greifen, sich an verschiedene Frachtarten und Lagerlayouts anzupassen, den Logistikumschlag zu beschleunigen und die Arbeitskosten zu senken.

3.1.2 Ausrüstung der Produktionslinie

In industriellen Produktionslinien enthalten viele Geräte rotierende Teile und leitfähige Schleifringe sind eine wichtige Unterstützung für die Aufrechterhaltung des kontinuierlichen Betriebs der Produktionslinie. Als übliche Verarbeitungshilfsausrüstung wird der Drehtisch häufig in Produktionslinien wie der Lebensmittelverpackung und der Elektronikfertigung eingesetzt. Es muss kontinuierlich rotieren, um eine vielfältige Verarbeitung, Prüfung oder Verpackung von Produkten zu ermöglichen. Der leitfähige Schleifring gewährleistet die kontinuierliche Stromversorgung während der Drehung des Drehtisches und überträgt das Steuersignal präzise an die Vorrichtungen, Erkennungssensoren und andere Komponenten auf dem Tisch, um die Kontinuität und Genauigkeit des Produktionsprozesses sicherzustellen. In der Lebensmittelverpackungslinie beispielsweise treibt der Drehtisch das Produkt an, um das Befüllen, Verschließen, Etikettieren und andere Prozesse nacheinander abzuschließen. Die stabile Übertragungsleistung des leitfähigen Schleifrings vermeidet Ausfallzeiten durch Leitungswicklungen oder Signalunterbrechungen und verbessert die Verpackungseffizienz und die Produktqualifizierungsrate. Die rotierenden Teile wie Rollen und Kettenräder im Förderband sind auch die Anwendungsszenarien des leitfähigen Schleifrings. Es sorgt für eine stabile Übertragung der Motorantriebskraft, sodass die Materialien der Produktionslinie reibungslos übertragen werden können, arbeitet mit den vor- und nachgelagerten Geräten zusammen, verbessert den Gesamtproduktionsrhythmus und bietet eine solide Garantie für die industrielle Großproduktion und ist eine der Kernkomponenten für die moderne Fertigung, um eine effiziente und stabile Produktion zu erreichen.

3.2 Energie und Elektrizität

3.2.1 Windkraftanlagen

Im Bereich der Windenergieerzeugung sind leitfähige Schleifringe die entscheidende Drehscheibe, um den stabilen Betrieb und die effiziente Stromerzeugung von Windkraftanlagen sicherzustellen. Windkraftanlagen bestehen in der Regel aus Windrotoren, Gondeln, Türmen und anderen Teilen. Der Windrotor fängt Windenergie ein und treibt den Generator in der Gondel an, um ihn zu drehen und Strom zu erzeugen. Darunter findet eine relative Drehbewegung zwischen der Nabe der Windkraftanlage und der Gondel statt, und der hier installierte leitfähige Schleifring übernimmt die Aufgabe der Übertragung von Energie und Steuersignalen. Einerseits wird der vom Generator erzeugte Wechselstrom über den Schleifring zum Konverter in der Gondel übertragen, in netzanschlussgerechten Strom umgewandelt und anschließend in das Stromnetz eingespeist; Andererseits werden verschiedene Befehlssignale des Steuerungssystems, wie z. B. Blattneigungsverstellung, Gondelgiersteuerung und andere Signale, präzise an den Aktuator in der Nabe übertragen, um sicherzustellen, dass die Windkraftanlage ihren Betriebszustand in Echtzeit entsprechend anpasst Änderungen der Windgeschwindigkeit und Windrichtung. Branchenangaben zufolge kann die Rotorblattgeschwindigkeit einer Windkraftanlage der Megawattklasse 10–20 Umdrehungen pro Minute erreichen. Unter solchen Hochgeschwindigkeitsbedingungen sorgt der leitfähige Schleifring mit seiner hervorragenden Zuverlässigkeit dafür, dass die jährlichen Nutzungsstunden des Windkraftsystems effektiv erhöht werden, und reduziert den durch Übertragungsausfälle verursachten Stromerzeugungsverlust, was von großer Bedeutung ist Förderung der groß angelegten Netzanbindung sauberer Energie und Unterstützung der Transformation der Energiestruktur.

3.2.2 Wärme- und Wasserkrafterzeugung

Auch in Szenarien der Wärme- und Wasserkrafterzeugung spielen leitfähige Schleifringe eine Schlüsselrolle. Der große Dampfturbinengenerator eines Wärmekraftwerks erzeugt Strom, indem er seinen Rotor mit hoher Geschwindigkeit dreht. Der leitfähige Schleifring wird verwendet, um die Rotorwicklung des Motors mit dem externen statischen Stromkreis zu verbinden, um eine stabile Erregerstromzufuhr zu erreichen, ein rotierendes Magnetfeld aufzubauen und eine normale Stromerzeugung des Generators sicherzustellen. Gleichzeitig überträgt der leitfähige Schleifring im Steuerungssystem von Zusatzgeräten wie Kohleförderern, Gebläsen, Saugzuggebläsen und anderen rotierenden Maschinen Steuersignale, passt die Betriebsparameter der Geräte genau an und sorgt für einen stabilen Betrieb der Brennstoffversorgung und Belüftung und Wärmeableitung und sorgt für eine effiziente Leistung des Generatorsatzes. Bei der Wasserkrafterzeugung dreht sich das Turbinenlaufrad unter dem Einfluss des Wasserflusses mit hoher Geschwindigkeit und treibt den Generator zur Stromerzeugung an. Der leitfähige Schleifring ist auf der Hauptwelle des Generators installiert, um die Übertragung von Steuersignalen wie Leistungsabgabe, Drehzahlregelung und Erregung sicherzustellen. Verschiedene Arten von Wasserkraftwerken, wie konventionelle Wasserkraftwerke und Pumpspeicherkraftwerke, sind je nach Turbinendrehzahl und Betriebsbedingungen mit leitfähigen Schleifringen unterschiedlicher Spezifikationen und Leistungen ausgestattet und erfüllen so die Anforderungen unterschiedlicher Wasserkrafterzeugungsszenarien von Niederdruck bis Großwasserkraft um eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten und einen stetigen Stromfluss in die soziale und wirtschaftliche Entwicklung einzuspeisen.

3.3 Intelligente Sicherheit und Überwachung

3.3.1 Intelligente Kameras

Im Bereich der intelligenten Sicherheitsüberwachung bieten intelligente Kameras eine zentrale Unterstützung für eine umfassende und totwinkelfreie Überwachung, und leitfähige Schleifringe helfen dabei, den Engpass der Rotationsstromversorgung und Datenübertragung zu überwinden. Intelligente Kameras müssen sich normalerweise um 360 Grad drehen, um das Überwachungsfeld zu erweitern und Bilder in alle Richtungen aufzunehmen. Dies erfordert, dass während des kontinuierlichen Rotationsprozesses die Stromversorgung stabil sein kann, um den normalen Betrieb der Kamera sicherzustellen, und dass hochauflösende Videosignale und Steueranweisungen in Echtzeit übertragen werden können. An den Schwenk-/Neigegelenken der Kamera sind leitfähige Schleifringe integriert, um eine synchrone Übertragung von Strom, Videosignalen und Steuersignalen zu erreichen. Dadurch kann sich die Kamera flexibel auf den Zielbereich drehen und der Überwachungsbereich und die Genauigkeit verbessern. Im städtischen Verkehrsüberwachungssystem verwendet die intelligente Kugelkamera an der Kreuzung leitfähige Schleifringe, um sich schnell zu drehen, um den Verkehrsfluss und Verstöße zu erfassen und Echtzeitbilder für die Verkehrskontrolle und Unfallbehandlung bereitzustellen. In den Sicherheitsüberwachungsszenen von Parks und Gemeinden patrouilliert die Kamera in alle Richtungen in der Umgebung, erkennt ungewöhnliche Situationen rechtzeitig und gibt Rückmeldungen an das Überwachungszentrum, verbessert die Sicherheitswarnfunktionen und sorgt effektiv für die öffentliche Sicherheit und Ordnung.

3.3.2 Radarüberwachungssystem

Das Radarüberwachungssystem übernimmt wichtige Aufgaben in den Bereichen militärische Verteidigung, Wettervorhersage, Luft- und Raumfahrt usw. Der leitfähige Schleifring gewährleistet die stabile und kontinuierliche Rotation der Radarantenne, um eine genaue Erkennung zu erreichen. Im Bereich der militärischen Aufklärung müssen bodengestützte Luftverteidigungsradare, Schiffsradare usw. die Antenne kontinuierlich drehen, um Luftziele zu suchen und zu verfolgen. Der leitfähige Schleifring sorgt dafür, dass das Radar während des Rotationsscanvorgangs den Sender, den Empfänger und andere Kernkomponenten stabil mit Strom versorgt. Gleichzeitig werden das erkannte Zielechosignal und das Ausrüstungsstatussignal präzise an das Signalverarbeitungszentrum übertragen, was der Kampfführung Echtzeitinformationen liefert und zur Verteidigung der Luftraumsicherheit beiträgt. Im Hinblick auf die Wettervorhersage sendet das Wetterradar durch die Drehung der Antenne elektromagnetische Wellen in die Atmosphäre, empfängt reflektierte Echos von meteorologischen Zielen wie Regentropfen und Eiskristallen und analysiert die Wetterbedingungen. Der leitfähige Schleifring gewährleistet den kontinuierlichen Betrieb des Radarsystems, überträgt die gesammelten Daten in Echtzeit und unterstützt die meteorologische Abteilung bei der genauen Vorhersage von Wetteränderungen wie Niederschlägen und Stürmen Produktion und Leben in verschiedenen Bereichen.

3.4 Medizinische Geräte

3.4.1 Medizinische Bildgebungsgeräte

Im Bereich der medizinischen Diagnose sind medizinische Bildgebungsgeräte für Ärzte ein leistungsstarker Helfer, um Einblicke in die inneren Zustände des menschlichen Körpers zu gewinnen und Krankheiten genau zu diagnostizieren. Leitfähige Schleifringe sind wichtige Garanten für den effizienten Betrieb dieser Geräte. Am Beispiel von CT-Geräten (Computertomographie) und MRT-Geräten (Magnetresonanztomographie) befinden sich im Inneren rotierende Teile. Der Scanrahmen des CT-Geräts muss sich mit hoher Geschwindigkeit drehen, um die Röntgenröhre so anzutreiben, dass sie sich um den Patienten dreht und tomografische Bilddaten in verschiedenen Winkeln erfasst. Auch die Magnete, Gradientenspulen und andere Komponenten des MRT-Geräts rotieren während des Bildgebungsprozesses, um präzise Änderungen des Magnetfeldgradienten zu erzeugen. An den Drehgelenken sind leitfähige Schleifringe installiert, um Strom stabil zu übertragen und die rotierenden Teile zum Betrieb anzutreiben. Gleichzeitig wird eine große Menge erfasster Bilddaten in Echtzeit an das Computerverarbeitungssystem übertragen, um klare und genaue Bilder zu gewährleisten und Ärzten eine zuverlässige Diagnosebasis zu bieten. Laut Rückmeldungen aus der Verwendung von Krankenhausgeräten reduzieren hochwertige leitfähige Schleifringe wirksam Artefakte, Signalunterbrechungen und andere Probleme beim Betrieb von Bildgebungsgeräten, verbessern die Diagnosegenauigkeit, spielen eine wichtige Rolle bei der Früherkennung von Krankheiten, der Zustandsbeurteilung und anderen Zusammenhängen die Gesundheit der Patienten schützen.

3.4.2 Chirurgische Roboter

Als Spitzentechnologie der modernen minimalinvasiven Chirurgie verändern Operationsroboter nach und nach das traditionelle Operationsmodell. Leitfähige Schleifringe bieten Kernunterstützung für eine genaue und sichere chirurgische Durchführung. Die Roboterarme von Operationsrobotern simulieren die Handbewegungen des Arztes und führen in einem engen Operationsraum heikle Operationen wie Nähen, Schneiden und Gewebetrennung durch. Diese Roboterarme müssen sich flexibel mit mehreren Freiheitsgraden drehen können. An den Gelenken sind leitfähige Schleifringe installiert, um eine kontinuierliche Stromversorgung sicherzustellen, sodass der Motor die Roboterarme präzise bewegen kann und gleichzeitig Sensor-Feedback-Signale überträgt, sodass Ärzte die Force-Feedback-Informationen der Operationsstelle in Echtzeit wahrnehmen und erkennen können Mensch-Maschine-Kollaboration.Bedienung. In der Neurochirurgie nutzen chirurgische Roboter die stabile Leistung leitfähiger Schleifringe, um die winzigen Läsionen im Gehirn genau zu erreichen und das Risiko eines chirurgischen Traumas zu verringern; Im Bereich der orthopädischen Chirurgie helfen Roboterarme bei der Implantation von Prothesen und der Fixierung von Bruchstellen, verbessern die chirurgische Genauigkeit und Stabilität und fördern die Entwicklung minimalinvasiver Chirurgie in eine präzisere und intelligentere Richtung, sodass Patienten eine chirurgische Behandlung mit weniger Traumata und schneller erleben können Erholung.

IV. Marktstatus und Trends

4.1 Marktgröße und Wachstum

In den letzten Jahren verzeichnete der weltweite Markt für leitfähige Schleifringe einen stetigen Wachstumstrend. Nach Angaben maßgeblicher Marktforschungsinstitute wird der weltweite Markt für leitfähige Schleifringe im Jahr 2023 etwa 6,35 Milliarden RMB erreichen, und es wird erwartet, dass der globale Markt bis 2028 bei einem durchschnittlichen jährlichen Gesamtwachstum auf etwa 8 Milliarden RMB ansteigt Rate von etwa 4,0 %. Gemessen an der regionalen Verteilung hat die Region Asien-Pazifik mit rund 48,4 % im Jahr 2023 den größten globalen Marktanteil. Dies ist vor allem auf die starke Entwicklung Chinas, Japans, Südkoreas und anderer Länder in den Bereichen verarbeitendes Gewerbe, elektronische Informationsindustrie, neue Energie usw., und die Nachfrage nach leitfähigen Schleifringen ist weiterhin stark. Unter anderem hat China als weltweit größter Produktionsstandort mit der rasanten Entwicklung von Branchen wie Industrieautomation, intelligenter Sicherheit und neuer Energieausrüstung dem Markt für leitfähige Schleifringe starke Impulse verliehen. Im Jahr 2023 wird der Umfang des chinesischen Marktes für leitfähige Schleifringe im Vergleich zum Vorjahr um 5,6 % zunehmen, und es wird erwartet, dass er auch in Zukunft eine beträchtliche Wachstumsrate beibehalten wird. Europa und Nordamerika sind ebenfalls wichtige Märkte. Mit ihrer tiefen industriellen Basis, der hohen Nachfrage im Luft- und Raumfahrtbereich und der kontinuierlichen Modernisierung der Automobilindustrie nehmen sie einen beträchtlichen Marktanteil von etwa 25 % bzw. 20 % ein, und die Marktgröße ist stetig gewachsen, was im Grunde genommen der Fall ist gleich der globalen Marktwachstumsrate. Mit der beschleunigten Weiterentwicklung des Infrastrukturbaus und der industriellen Modernisierung in Schwellenländern wie Indien und Brasilien wird der Markt für leitfähige Schleifringe in diesen Regionen auch in Zukunft ein enormes Wachstumspotenzial aufweisen und voraussichtlich zu einem neuen Marktwachstumspunkt werden.

4.2 Wettbewerbslandschaft

Derzeit ist der globale Markt für leitfähige Schleifringe hart umkämpft und es gibt viele Teilnehmer. Hauptunternehmen nehmen mit ihrer umfassenden technischen Ausstattung, ihren fortschrittlichen Produktforschungs- und -entwicklungsfähigkeiten und ihren umfangreichen Marktkanälen einen großen Marktanteil ein. Internationale Giganten wie Parker aus den Vereinigten Staaten, MOOG aus den Vereinigten Staaten, COBHAM aus Frankreich und MORGAN aus Deutschland beherrschen Kerntechnologien, indem sie sich auf ihre langfristigen Bemühungen in High-End-Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Militär und Landesverteidigung verlassen Sie verfügen über eine hervorragende Produktleistung und einen großen Einfluss auf die Marke. Sie nehmen eine führende Position auf dem Markt für hochwertige leitfähige Schleifringe ein. Ihre Produkte werden häufig in Schlüsselausrüstungen wie Satelliten, Raketen und High-End-Flugzeugen eingesetzt und erfüllen die strengsten Industriestandards in Szenarien mit extrem hohen Anforderungen an Präzision, Zuverlässigkeit und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Umgebungen. Im Vergleich dazu haben sich inländische Unternehmen wie Mofulon Technology, Kaizhong Precision, Quansheng Electromechanical und Jiachi Electronics in den letzten Jahren rasant entwickelt. Durch die kontinuierliche Steigerung der F&E-Investitionen konnten sie in einigen Segmenten technologische Durchbrüche erzielen und ihre Produktkosteneffizienzvorteile hervorheben. Sie haben nach und nach den Marktanteil der Low-End- und Mid-End-Märkte erobert und sind nach und nach in den High-End-Markt vorgedrungen. Beispielsweise haben in den segmentierten Märkten wie Schleifringen für Robotergelenke im Bereich der industriellen Automatisierung und Schleifringen für hochauflösende Videosignale im Bereich der Sicherheitsüberwachung inländische Unternehmen mit ihren lokalisierten Dienstleistungen die Gunst vieler lokaler Kunden gewonnen Fähigkeit, schnell auf die Marktnachfrage zu reagieren. Insgesamt weisen die leitfähigen High-End-Schleifringe meines Landes jedoch immer noch eine gewisse Importabhängigkeit auf, insbesondere bei High-End-Produkten mit hoher Präzision, ultrahoher Geschwindigkeit und extremen Arbeitsbedingungen. Die technischen Hürden internationaler Giganten sind relativ hoch und inländische Unternehmen müssen noch weiter aufholen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Weltmarkt zu verbessern.

4.3 Technologische Innovationstrends

Mit Blick auf die Zukunft beschleunigt sich das Tempo der technologischen Innovation bei leitfähigen Schleifringen und zeigt einen mehrdimensionalen Entwicklungstrend. Einerseits ist die faseroptische Schleifringtechnologie entstanden. Mit der weit verbreiteten Verbreitung der optischen Kommunikationstechnologie im Bereich der Datenübertragung nimmt die Anzahl der Signalübertragungsszenarien zu, die eine höhere Bandbreite und geringere Verluste erfordern, und es sind faseroptische Schleifringe entstanden. Es nutzt die optische Signalübertragung als Ersatz für die herkömmliche elektrische Signalübertragung, vermeidet effektiv elektromagnetische Störungen und verbessert die Übertragungsrate und -kapazität erheblich. Es wird nach und nach in Bereichen wie der Rotationsverbindung der 5G-Basisstationsantenne, der hochauflösenden Videoüberwachung mit Schwenk-/Neigefunktion sowie bei optischen Fernerkundungsgeräten für die Luft- und Raumfahrt gefördert und angewendet, die strenge Anforderungen an die Signalqualität und Übertragungsgeschwindigkeit stellen, und soll den Beginn der Entwicklung einläuten Ära der optischen Kommunikation der leitfähigen Schleifringtechnologie. Andererseits wächst die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenz-Schleifringen. In fortschrittlichen Fertigungsbereichen wie der Halbleiterfertigung und elektronischen Präzisionsprüfungen nimmt die Geschwindigkeit der Geräte ständig zu und der Bedarf an Hochfrequenzsignalübertragung ist dringend. Die Forschung und Entwicklung von Schleifringen, die sich an eine stabile Übertragung von Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzsignalen anpassen, ist zum Schlüssel geworden. Durch die Optimierung der Bürsten- und Schleifringmaterialien und die Verbesserung des Kontaktstrukturdesigns können Kontaktwiderstand, Verschleiß und Signaldämpfung bei Hochgeschwindigkeitsrotation reduziert werden, um die Hochfrequenzsignalübertragung auf GHz-Niveau zu erfüllen und den effizienten Betrieb der Ausrüstung sicherzustellen . Darüber hinaus sind auch miniaturisierte Schleifringe eine wichtige Entwicklungsrichtung. Mit dem Aufstieg von Branchen wie dem Internet der Dinge, tragbaren Geräten und mikromedizinischen Geräten ist die Nachfrage nach leitfähigen Schleifringen mit geringer Größe, geringem Stromverbrauch und multifunktionaler Integration stark gestiegen. Durch Mikro-Nano-Verarbeitungstechnologie und den Einsatz neuer Materialien wird die Größe des Schleifrings auf den Millimeter- oder sogar Mikrometerbereich reduziert und die Stromversorgungs-, Daten- und Steuersignalübertragungsfunktionen werden integriert, um die Kernleistung und Signalinteraktion bereitzustellen Unterstützung für mikrointelligente Geräte, Förderung verschiedener Branchen in Richtung Miniaturisierung und Intelligenz und Erweiterung der Anwendungsgrenzen leitfähiger Schleifringe.

V. Wichtige Überlegungen

5.1 Materialauswahl

Die Materialauswahl leitfähiger Schleifringe ist entscheidend und steht in direktem Zusammenhang mit deren Leistung, Lebensdauer und Zuverlässigkeit. Es muss umfassend auf der Grundlage mehrerer Faktoren wie Anwendungsszenarien und aktueller Anforderungen betrachtet werden. Als leitfähige Materialien werden bei Schleifringen meist Edelmetalllegierungen wie Kupfer, Silber und Gold oder speziell behandelte Kupferlegierungen verwendet. Beispielsweise können in elektronischen Geräten und medizinischen Bildgebungsgeräten mit hohen Präzisions- und geringen Widerstandsanforderungen Schleifringe aus Goldlegierung die genaue Übertragung schwacher elektrischer Signale gewährleisten und die Signaldämpfung aufgrund ihrer hervorragenden Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit reduzieren. Für Industriemotoren und Windkraftanlagen mit großer Stromübertragung können Schleifringe aus hochreiner Kupferlegierung nicht nur die Stromführungsanforderungen erfüllen, sondern haben auch relativ kontrollierbare Kosten. Als Bürstenmaterialien werden meist Materialien auf Graphitbasis und Bürsten aus Edelmetalllegierungen verwendet. Graphitbürsten verfügen über eine gute Selbstschmierung, wodurch der Reibungskoeffizient verringert und der Verschleiß verringert werden kann. Sie eignen sich für Geräte mit niedriger Geschwindigkeit und hoher Empfindlichkeit gegenüber Bürstenverlust. Edelmetallbürsten (z. B. Bürsten aus Palladium- und Goldlegierungen) weisen eine hohe Leitfähigkeit und einen geringen Kontaktwiderstand auf. Sie werden häufig bei Hochgeschwindigkeits-, Hochpräzisions- und anspruchsvollen Signalqualitätsanwendungen eingesetzt, beispielsweise bei rotierenden Navigationsteilen von Luft- und Raumfahrtgeräten und Wafer-Übertragungsmechanismen von Halbleiterfertigungsanlagen. Auch Dämmstoffe dürfen nicht außer Acht gelassen werden. Zu den gebräuchlichsten gehören Polytetrafluorethylen (PTFE) und Epoxidharz. PTFE verfügt über eine hervorragende Isolationsleistung, hohe Temperaturbeständigkeit und starke chemische Stabilität. Es wird häufig in den leitfähigen Schleifringen der Drehgelenke von Rührgeräten für chemische Reaktoren und Tiefsee-Explorationsgeräten in Umgebungen mit hohen Temperaturen und starken Säuren und Laugen verwendet, um eine zuverlässige Isolierung zwischen den einzelnen leitfähigen Pfaden sicherzustellen, Kurzschlussausfälle zu verhindern und Stabilität zu gewährleisten Bedienung der Geräte.

5.2 Wartung und Austausch leitfähiger Bürsten

Als besonders gefährdeter Teil des leitfähigen Schleifrings sind regelmäßige Wartung und rechtzeitiger Austausch der leitfähigen Bürste von großer Bedeutung, um den normalen Betrieb des Geräts sicherzustellen. Da sich die Bürste während des kontinuierlichen Reibungskontakts mit dem Schleifring allmählich abnutzt und Staub produziert, erhöht sich der Kontaktwiderstand, was sich auf die Effizienz der Stromübertragung auswirkt und sogar Funken, Signalunterbrechungen und andere Probleme verursacht. Daher ist ein regelmäßiger Wartungsmechanismus erforderlich gegründet. Im Allgemeinen beträgt der Wartungszyklus je nach Betriebsintensität der Ausrüstung und Arbeitsumgebung mehrere Wochen bis mehrere Monate. Beispielsweise müssen die leitfähigen Schleifringe in Bergbaugeräten und metallurgischen Verarbeitungsgeräten mit starker Staubbelastung möglicherweise jede Woche überprüft und gewartet werden; während die Schleifringe von Büroautomationsgeräten mit Innenraumklima und stabilem Betrieb auf mehrere Monate verlängert werden können. Während der Wartung muss das Gerät zuerst heruntergefahren werden, der Schleifringstrom muss unterbrochen werden und es müssen spezielle Reinigungswerkzeuge und Reagenzien verwendet werden, um Staub und Öl sanft von der Bürsten- und Schleifringoberfläche zu entfernen, um eine Beschädigung der Kontaktfläche zu vermeiden; Überprüfen Sie gleichzeitig den elastischen Druck der Bürste, um sicherzustellen, dass sie fest am Schleifring anliegt. Übermäßiger Druck kann leicht den Verschleiß erhöhen, und zu geringer Druck kann zu schlechtem Kontakt führen. Wenn die Bürste auf ein Drittel bis die Hälfte ihrer ursprünglichen Höhe abgenutzt ist, sollte sie ersetzt werden. Achten Sie beim Ersetzen der Bürste darauf, Produkte zu verwenden, die den Originalspezifikationen, -modellen und -materialien entsprechen, um eine gleichbleibende Kontaktleistung sicherzustellen. Nach der Installation müssen der Kontaktwiderstand und die Betriebsstabilität erneut überprüft werden, um Geräteausfälle und -abschaltungen aufgrund von Bürstenproblemen zu verhindern und einen reibungslosen Produktions- und Betriebsablauf sicherzustellen.

5.3 Zuverlässigkeitstest

Um sicherzustellen, dass der leitfähige Schleifring in komplexen und kritischen Anwendungsszenarien stabil und zuverlässig arbeitet, ist eine strenge Zuverlässigkeitsprüfung unerlässlich. Widerstandstests sind ein grundlegendes Testprojekt. Durch hochpräzise Widerstandsmessgeräte wird der Kontaktwiderstand jedes Pfades des Schleifrings unter verschiedenen Arbeitsbedingungen statischer und dynamischer Rotation gemessen. Der Widerstandswert muss stabil sein und den Designstandards entsprechen, mit einer sehr geringen Schwankungsbreite. Beispielsweise führen übermäßige Änderungen des Kontaktwiderstands bei Schleifringen, die in elektronischen Präzisionsprüfgeräten verwendet werden, zu einem Anstieg von Testdatenfehlern, was sich auf die Produktqualitätskontrolle auswirkt. Der Spannungsfestigkeitstest simuliert den Hochspannungsstoß, dem das Gerät während des Betriebs ausgesetzt sein kann. An den Schleifring wird über einen bestimmten Zeitraum eine Prüfspannung angelegt, die ein Vielfaches der Nennspannung beträgt, um zu testen, ob das Isoliermaterial und die Isolationsstrecke dieser effektiv standhalten, Isolationsdurchschläge und Kurzschlussausfälle durch Überspannung im tatsächlichen Einsatz verhindern Gewährleistung der Sicherheit von Personal und Ausrüstung. Dies ist besonders wichtig bei der Prüfung leitfähiger Schleifringe, die Stromversorgungssysteme und elektrische Hochspannungsgeräte unterstützen. Im Bereich der Luft- und Raumfahrt müssen die leitfähigen Schleifringe von Satelliten und Raumfahrzeugen umfassenden Tests unter simulierten extremen Temperatur-, Vakuum- und Strahlungsumgebungen im Weltraum unterzogen werden, um einen zuverlässigen Betrieb in komplexen kosmischen Umgebungen und eine narrensichere Signal- und Energieübertragung sicherzustellen. Die Schleifringe automatisierter Produktionslinien in High-End-Fertigungsindustrien müssen langfristigen, hochintensiven Ermüdungstests unterzogen werden, bei denen Zehntausende oder sogar Hunderttausende Rotationszyklen simuliert werden, um ihre Verschleißfestigkeit und Stabilität zu überprüfen und eine solide Grundlage zu schaffen für eine unterbrechungsfreie Großserienproduktion. Alle subtilen Zuverlässigkeitsrisiken können zu hohen Produktionsausfällen und Sicherheitsrisiken führen. Strenge Tests sind die wichtigste Verteidigungslinie für die Qualitätssicherung.

VI. Fazit und Ausblick

Als unverzichtbare Schlüsselkomponente in modernen elektromechanischen Systemen spielen leitfähige Schleifringe in vielen Bereichen wie der industriellen Automatisierung, Energie und Energie, intelligenter Sicherheit und medizinischen Geräten eine entscheidende Rolle. Mit seinem einzigartigen strukturellen Design und seinen hervorragenden Leistungsvorteilen hat es den Engpass bei der Energie- und Signalübertragung rotierender Geräte überwunden, den stabilen Betrieb verschiedener komplexer Systeme sichergestellt und den technologischen Fortschritt und die industrielle Modernisierung in der Branche gefördert.

Auf Marktebene ist der globale Markt für leitfähige Schleifringe stetig gewachsen, wobei der asiatisch-pazifische Raum zur Hauptwachstumskraft geworden ist. China hat der Entwicklung der Branche mit seiner riesigen Produktionsbasis und dem Aufstieg aufstrebender Industrien einen starken Impuls verliehen. Trotz des harten Wettbewerbs haben inländische und ausländische Unternehmen ihr Können in unterschiedlichen Marktsegmenten unter Beweis gestellt, doch High-End-Produkte werden immer noch von internationalen Giganten dominiert. Inländische Unternehmen machen Fortschritte bei der Umstellung auf High-End-Entwicklung und verringern den Abstand schrittweise.

Mit Blick auf die Zukunft wird die leitfähige Schleifringtechnologie mit der kontinuierlichen Innovation von Wissenschaft und Technologie eine breitere Welt einläuten. Einerseits werden Spitzentechnologien wie Glasfaser-Schleifringe, Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenz-Schleifringe sowie miniaturisierte Schleifringe glänzen und die strengen Anforderungen an hohe Geschwindigkeit, hohe Bandbreite und Miniaturisierung in aufstrebenden Bereichen wie z wie 5G-Kommunikation, Halbleiterfertigung und das Internet der Dinge sowie die Erweiterung der Anwendungsgrenzen; Andererseits werden domänenübergreifende Integration und Innovation zu einem Trend, der eng mit künstlicher Intelligenz, Big Data und neuen Materialtechnologien verflochten ist und Produkte hervorbringen wird, die intelligenter, anpassungsfähiger und an extreme Umgebungen anpassbar sind und wichtige Unterstützung bieten für hochmoderne Erkundungen wie Luft- und Raumfahrt, Tiefseeforschung und Quantencomputing und die kontinuierliche Stärkung des globalen Ökosystems der Wissenschafts- und Technologieindustrie, um der Menschheit auf dem Weg in ein höheres technologisches Zeitalter zu helfen.