Marek Wachowski str

Złącza obrotowe determinują sprawne działanie wielu rodzajów sprzętu wojskowego, w tym najbardziej skomplikowanych urządzeń. Anteny radarowe są najlepszym przykładem zastosowania złącz obrotowych. Przekazują one różnorodne sygnały (elektryczne, mikrofalowe, światłowodowe) i media (ciecze lub gazy chłodzące). Złącza obrotowe do sprzętu wojskowego i obserwacyjnego

Marek Wachowski

Coraz większy udział oraz znaczenie urządzeń elektronicznych i elektrycznych w sprzęcie wojskowym wywołuje konieczność ciągłej transmisji sygnałów elektrycznych oraz innych mediów operacyjnych pomiędzy dwoma niezależnie obracającymi się zespołami funkcjonalnymi w różnych systemach. To przenoszenie sygnałów dokonywane jest poprzez złącza obrotowe (ang. rotary joints lub slip rings).

Złącza obrotowe mają w zależności od zastosowania nawet do ponad 100 torów transmisji elektrycznych, do kilku torów transmisji płynów lub gazów, tory transmisji sygnałów światłowodowych itp. W większości zastosowań transmisja (elektryczna) odbywa się między statorem i rotorem złącza. Nie ma uniwersalnych złącz obrotowych dostosowanych do wielu zastosowań, dobiera się je i projektuje indywidualnie do każdego bardziej skomplikowanego urządzenia. W artykule zostanie przedstawiona technika złącz obrotowych w oparciu o rozwiązania firmy Kraus Elektrotechnik – Walter Kraus GmbH z Augsburga w Republice Federalnej Niemiec, która jest uznanym producentem tych zespołów od ponad 60 lat. Ścisła współpraca producenta z odbiorcami ma miejsce przez cały proces tworzenia złącza: od etapu koncepcji, poprzez projektowanie, zatwierdzenie do wdrożenia gotowego złącza obrotowego w wyrobie użytkownika, jego produkcję i w końcu obsługę serwisową w cyklu jego użytkowania.

Takie indywidualne podejście do wykonania złącza obrotowego – od pierwszej konsultacji dotyczącej projektu, do wysokoprecyzyjnej produkcji i montażu, jest szczególnie istotne w przypadku sprzętu wojskowego i obserwacyjnego. Rozwiązania firmy stosowane w złączach obrotowych łączą w sobie szeroki zakres metod przesyłu prądu elektrycznego i danych zarówno w postaci sygnałów elektrycznych, jak i optycznych oraz innych mediów. Firma oferuje ściśle dostosowane do wymagań odbiorców wojskowych i instytucjonalnych złącza obrotowe przeznaczone specjalnie do zastosowań lądowych, morskich i powietrznych, tworząc

Przykładowe platformy wojskowe i zastosowane w nich wyspecjalizowane złącza obrotowe: bezzałogowego stanowiska uzbrojenia montowanego na pojeździe wraz ze złączem obrotowym z enkoderem; stanowiska ogniowego na pojeździe wymagającego złącza obrotowego zintegrowanego z łożem wieży; wieży z armatą okrętową ze złączem obrotowym transmitującym sygnały pomiędzy systemami wieży a urządzeniami zainstalowanymi w kadłubie; w bezzałogowcach złącza obrotowe stosowane są w głowicach obserwacyjnych i antenach systemów łączności, stosowane w takich aplikacjach talerzowe złącza obrotowe (ang. pancake slip ring) pozwalają na znaczną redukcję rozmiarów, szczególnie wysokości; złącza obrotowe są nieodzownym elementem także w systemach obserwacyjnych i celowniczych – – na zdjęciu hybrydowe złącze obrotowe do transmisji 31 sygnałów elektrycznych i dwóch kanałów światłowodowych z zabudowanym 21-bitowym enkoderem. Należy zwrócić uwagę na różnorodność rozwiązań technicznych zastosowanych w złączach.

Szczotki sygnałowe wykonane w firmowej technologii „gold-on-gold”. Wyglądają prozaicznie, ale każdy szczegół tej wydawałoby się prostej konstrukcji jest rezultatem odpowiednich obliczeń i został dobrany w oparciu o wieloletnie doświadczenie konstruktorskie. Pierścienie sygnałowe w technologii „gold-on-gold”. Ich odpowiednie ukształtowanie stabilizuje szczotki w trakcie wibracji minimalizując szumy generowane przez złącze. Specjalny skład tworzywa sztucznego zapewnia wysoką wytrzymałość napięciową. Obciążalność prądową można zwiększyć w pewnym zakresie poprzez zrównoleglanie kilku pierścieni (i szczotek). Minimum dwa punkty styku szczotek i pierścieni gwarantują pewne połączenie przy wibracjach, udarach i przeciążeniach.

Część sygnałowa wykorzystująca technologię „gold-on-gold”.

Część przesyłu mocy ze szczotkami węglowymi.

Przekrój przez złącze obrotowe pokazujący współpracę jego podstawowych komponentów. Czerwony element w górnej części to zespół pierścieni sygnałowych współpracujący ze szczotkami (zielone podzespoły po lewej-górnej i prawej-dolnej stronie pierścieni). W centrum u góry pierścieni jednokanałowe światłowodowe złącze obrotowe. W dolnej, szerszej komorze pierścienie mocy współpracujące ze szczotkami węglowymi osadzonymi w szczotkotrzymaczach. indywidualne rozwiązania m.in. do takich urządzeń/systemów jak: ❙ wieże załogowe i bezzałogowe do pojazdów lądowych oraz okrętów; ❙ zdalnie sterowane stanowiska uzbrojenia; ❙ złącza obrotowe zintegrowane z łożem wieży; ❙ stacje radiolokacyjne; ❙ pojazdowe/okrętowe systemy obserwacji w podczerwieni i w świetle widzialnym; ❙ stabilizowane optoelektroniczne systemy celownicze. Projekt, wykonanie i działanie każdego zespołu złącza obrotowego zależy od przewidywanego zastosowania oraz od konkretnych wymagań elektrycznych, mechanicznych i środowiskowych. Pod względem środowiskowym, złącza mogą zostać dostosowane do zapewnienia poziomu IP 69 w zakresie szczelności i zakresów temperatur pracy od −60 do 80°C, odpowiednio do potrzeb użytkownika. W związku z potrzebą zapewnienia niezawodnego, nieprzerwanego przesyłania energii zasilania, sygnałów sterowania i danych w trudnych warunkach środowiskowych, pierścienie ślizgowe w złączach zostały tak zoptymalizowane, aby mogły niwelować ewentualne odskoki oraz być odporne na wszelkiego rodzaju wstrząsy i drgania, jakie mogą wystąpić w czasie ich działania. Firmowa technologia „gold-on-gold” („złoto na złocie”) sprawdza się szczególnie w przypadku sekcji sygnałowych złącz obrotowych. Wolne od zakłóceń przesyłanie sygnałów zapewniają złote przewody zamontowane w szczotkotrzymaczu i przesuwające się po odlewanym module galwanicznie złoconych pierścieni ślizgowych z wyprofilowanymi V-rowkami. Zaletą tego rozwiązania jest zwiększona tolerancja na drgania mechaniczne i wstrząsy oraz zmiany rezystancji styków w czasie pracy złącza.

W przypadku, gdy wymagane jest przenoszenie więcej niż jednego rodzaju mediów, możliwe są bardziej złożone rozwiązania hybrydowe, łączące w sobie przesyłanie mocy i sygnałów (rozwiązania kontaktowe oraz bezkontaktowe), a także złącza obrotowe do połączeń światłowodowych i płynów (gazy, ciecze) oraz innych mediów (np. mikrofale).

Ponieważ większość zastosowań w sprzęcie wojskowym i obserwacyjnym wymaga zapewnienia jak najmniejszych rozmiarów zewnętrznych, to w tym celu są stosowane rozwiązania oszczędzające przestrzeń, takie jak układ typu „naleśnik” (ang. pancake), czyli płaska, kompaktowa konstrukcja szczególnie nadająca się do transferu danych i sygnałów. W przypadku systemów wymagających bardziej złożonych kombinacji różnych sygnałów przeznaczonych do zastosowań o ograniczonej przestrzeni, należy przedstawić złącze o nowej konstrukcji koncentrycznej. Umożliwia ona mocowanie kilku modułów pierścieni współosiowo – jeden w drugim, zapewniając znacznie bardziej zwartą konstrukcję całego zespołu. Możliwe jest również wykorzystanie konstrukcji współosiowej zarówno do systemów transmisji kontaktowej i bezkontaktowej, jak również do złącz

obrotowych przeznaczonych do transmisji rozmaitych mediów nieelektrycznych.

Charakterystyki złącza obrotowego typu FORJ

Prędkość obrotowa do 10 000obr./min Liczba kanałów przesyłowych do 52 Długość fali roboczej 1310nm/1550 nm (SM) 850nm/1300nm (MM) Typ włókna światłowodowego 9/125 µm (SM) 50/125 µm lub 62,5/125 µm (MM) Zakres temperatur pracy −40 do 85°C

Światłowodowe złącza obrotowe Fiber Optic Rotary Joints (FORJ) umożliwiają optyczny, bezstykowy transfer dużych ilości danych w sposób całkowicie pozbawiony zakłóceń. Transmisja sygnałów światłowodowych zarówno jednomodowych (SM, single-mode), jak i wielomodowych (MM, multi-mode) jest możliwa dla jednego i wielu kanałów. W przypadku, gdy w złączu mają być użyte więcej niż dwa włókna, mogą zostać zastosowane rozwiązania wykorzystujące multipleksowanie.

Istotną częścią oferty, jaką firma poleca swoim kontrahentom, są złącza obrotowe do urządzeń radiolokacyjnych, które mogą znaleźć zastosowanie w: systemach kontroli ruchu lotniczego, systemach obrony przeciwlotniczej oraz przeciwrakietowej, aplikacjach związanych z łącznością satelitarną. Klientom jest oferowana szeroka gama opcji projektowych, z otworem w osi obrotu lub bez, w postaci konstrukcji modułowej lub typu płaskiego itp. Do tych zastosowań firma gwarantuje tryb użytkowania z wydłużonymi okresami pomiędzy niezbędnymi obsługami w przypadku układów obracających się w sposób nieprzerwany w cyklu 24 godziny na dobę, siedem dni w tygodniu.

Producent złącz zapewnia elastyczność w spełnianiu wymagań technicznych i funkcjonalnych stawianych przez odbiorców wobec złącz obrotowych, które mają być wykorzystane w sprzęcie wojskowym oraz obserwacyjnym.

Radiotechnika Marketing Sp. z o.o. jest aktywnym dystrybutorem na krajowym rynku złącz obrotowych od niemal 20 lat. Od roku jest także oficjalnym przedstawicielem firmy Kraus Elektrotechnik, choć faktycznie historia kooperacji z nią jest znacznie dłuższa. Radiotechnika Marketing zaprasza klientów do współpracy w zakresie złącz obrotowych, zapewniając ze swojej strony wiedzę techniczną i profesjonalna obsługę. n

Przykładowe parametry użytkowe rozwiązań technicznych oferowane w złączach obrotowych firmy Kraus

❙ odlewane moduły pierścieni ślizgowych, wykorzystujące technologię „gold-on-gold”; ❙ konstrukcje dostosowane do wymagań klienta; ❙ małe szumy własne styku (5 do 30 mΩ); ❙ różne rodzaje przenoszonych sygnałów i szeroki zakres przesyłanej mocy: – Napięcie: stałe/zmienne, mA – 3000 A – Interfejsy: HD-SDI, CAN, Profi Bus, RS422, – Złącza: Ethernet, Gigabit Ethernet, – Dane cyfrowe do 1,5 Gbit/s, ❙ konstrukcje modułowa i/lub koncentryczne, zintegrowane z FORJ, enkoderem i ze złączami obrotowymi do różnego rodzaju mediów; ❙ FORJ 1÷52 kanałów SM/MM; ❙ sygnały wysokiej częstotliwości wykorzystujące kable koncentryczne 50 Ω i 75 Ω zapewniające mały współczynnik fali stojącej (VSWR) i niską tłumienność; ❙ prędkość obrotowa do 1000 obr./min; ❙ szczelność do IP 69 K włącznie; ❙ sygnały z enkodera/resolwera; ❙ doskonałe parametry EMC – odporność na duże zakłócenia elektromagnetyczne; ❙ zakres temperatur pracy -60°C do 80°C.

Złącze obrotowe dla płynów.

Światłowodowe złącze obrotowe.

Sekcja złącza obrotowego do transmisji mocy (zasilania).

Przekrój przez hybrydowe złącze obrotowe z koncentrycznym układem pierścieni umożliwiającym maksymalizację upakowania kanałów. Prawa część ukazuje złącze obrotowe do płynów i zabudowane w nim światłowodowe złącze obrotowe. Lewa część zawiera pierścienie mocy, pomiędzy nimi koncentrycznie umieszczone pierścienie sygnałowe.

Artykuł opracowany na podstawie materiałów firm Radiotechnika Marketing Sp. z o.o. i Kraus Elektrotechnik – Walter Kraus GmbH.