Ersatz für zarte Pflänzchen - All

Halle 9,
Stand G 24
SENSORIK
Drehgeber mit magnetischer Abtastung
Ersatz für zarte Pflänzchen
Das Einwirken von Flüssigkeiten und hohe Temperaturschwankungen mögen
optische Drehgeber ebenso wenig wie starke Vibrationen und Schocks. Siko
hat deshalb einen magnetischen Drehgeber entwickelt, der in diesen Punkten
vollkommen unempfindlich ist. Der zu optischen Sensoren austauschkompatible
Geber ermöglicht eine Auflösung von bis zu 1280 Impulsen pro Umdrehung. Auch
der von optischen Gebern gewohnte Referenzimpuls ist verfügbar.
I
nkrementelle Drehgeber kommen heute in allen Bereichen zur
Erfassung von Winkeln- und Wegen zum Einsatz, bei der kleinsten
Büromaschine (z. B. Drucker) ebenso
wie im Maschinenbau und bei Apparaten für kritische Umgebungsbedingungen (z. B. Land- und Baumaschinen). Die Abtastung ist bei
solchen Drehgebern vorwiegend
optisch gelöst. Eine interne transparente Scheibe mit einem HellDunkelraster generiert in Verbindung mit einer Miniaturlichtschranke proportional zur Drehbewegung
Zählimpulse.
Bei kritischen Anwendungen, z. B.
bei Kontakt mit Flüssigkeiten, ist der
Einsatz von optischen Sensoren
problematisch. In das Gebergehäuse
eindringende Flüssigkeiten verfälschen die Kodierung und können
das Ergebnis komplett unbrauchbar
machen. Auch Vibrationen und
Schocks sowie starke mechanische
Belastungen sind bei optischen Sensoren kritisch, weil die Kodierscheibe meistens aus Glas besteht und daher empfindlich ist. Aber auch schon
starke radiale und axiale Kräfte auf
die Geberwelle erwirken eine Verschiebung zwischen Lichtschranke
und Kodierscheibe, wodurch sich
der Abgleich der Sensorik verändert.
Optische Geber unterliegen auch
einem Alterungsprozess. Die optischen Sender- und Empfängerelemente sind in der Regel für eine maximale Betriebsdauer von 100000
Stunden spezifiziert. Das bedeutet,
die beteiligten Komponenten verändern während des Betriebs ihre
technischen Spezifikationen und
können somit zu Ausfällen führen.
Siko verfolgte deshalb das Ziel, mit
einer neuen Technologie die beschriebenen Unzulänglichkeiten zu
kompensieren: Mit den rotativen
Drehgebern der Serie Rotamag ste-
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Umgebungsbedingungen wie hier verträgt der magnetische Geber
anstandslos
hen Geber zur Verfügung, die sich
bei besserem Verhalten auf der gleichen Kostenbasis wie die optischen
Sensoren bewegen. Sie arbeiten mit
einer magnetischen Ringabtastung,
die von der magnetischen Längenmesstechnik abgeleitet ist. Bei einem magnetisierten Ferritring mit
eingeprägten Polen findet infolge
der Drehbewegung ein Polwechsel
statt, der von einem speziellen Sensorchip abgetastet und über einen
Interpolations-Asic in inkrementelle
Impulsfolgen umgewandelt wird. Eine zweite magnetisierte Spur liefert
den zur hochgenauen Referenzierung benötigten Nullimpuls. Hinsichtlich der eingesetzten Komponenten unterliegt der Geber keiner maximal spezifizierten Betriebsdauer.
Für die erwähnte Empfindlichkeit
von Drehgebern gegen Feuchtigkeit
ist vorwiegend das Kugellager der
Welle verantwortlich. Ein Spalt zwischen rotierender Welle und Gehäu-
se sorgt dafür, dass die Geberwelle
leichtgängig ist. Auf den Geber einwirkende Flüssigkeiten finden daher
auch bei hoher Schutzart des Kugellagers auf Dauer immer einen Weg
ins Gehäuseinnere, mit entsprechenden Folgen für die dort befindliche
Elektronik. Dieser Sachverhalt lässt
sich auch bei dem neuen magnetischen Drehgeber nicht ändern,
allerdings bleiben der interne Magnetring und die vergossene SensorElektronik auch bei direktem Kontakt mit Flüssigkeiten weiterhin zu
100% betriebsbereit.
Vergossene
Sensorelektronik
Durch den Verzicht auf zerbrechliche Komponenten – etwa die Glasscheibe für die Abtastung – bleibt
Dipl.- Ing. (FH) Jürgen Schuh ist als
Vertriebsleiter Elektronik bei der Siko GmbH
in Buchenbach tätig
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der Drehgeber auch bei massivsten
mechanischen Einflüssen funktionsfähig. Die vergossene Elektronikplatine schützt einzelne bedrahtete
Komponenten vor dem Abreißen
von der Platine. Ebenfalls nahezu
unkritisch sind Bewegungen zwischen dem magnetischen Ring und
der Sensorik. Der maximale Abstand
zwischen dem magnetischen SensorChip und des Magnetrings kann 2
mm betragen, erst ein Überschreiten
dieser Toleranz kann zu fehlerhaften Auswertungen führen. Und das
ist in der Praxis kaum zu befürchten,
Wellenbewegungen – sprich Unwuchten – mit einem ’Schlag‘ von
mehr als 2 mm kann sich auch im
gröbsten Maschinenbau keiner leisten!
Kompatibel zu
optischen Gebern
Der magnetische Drehgeber ist sowohl mechanisch als auch elektrisch
100% kompatibel zu den optischen
Drehgebern in Standardausführungen. Damit eignet er sich für genau
solche Anwendungen, wo der Einsatz von optischen Gebern mit permanenten Wartungsintervallen begleitet ist. Ein Beispiel sind Steinbearbeitungsmaschinen zum Sägen
von Steinplatten. Üblicherweise
wird hier das Schneide- bzw. Bohrwerkzeug durch den reichlichen Einsatz von Wasser gekühlt, Neben-
KOMPAKT
Der magnetische Drehgeber Rotamag
erzeugt entsprechend der Drehbewegung inkrementelle, um 90° phasenverschobene Rechteckimpulse. Er ist 100%
kompatibel zu den allgemeinen inkrementellen Sensoren. Zur genauen Referenzierung wird ein Impuls pro Umdrehung bereitgestellt. Als Ausgangsschaltung sind die Varianten Push-Pull (Gegentakt) oder Line-Driver (RS422) möglich. Die maximale Auflösung beträgt
1280 Impulse pro Umdrehung. Der komplette Sensor entspricht IP67. Zur mechanischen Adaptierung kann zwischen
den Varianten Vollwelle mit 58 mm Servo- oder Klemmflansch sowie Hohlwelle
mit 58 mm Rundflansch für einen maximalen Hohlwellen-Innendurchmesser
von 22 mm gewählt werden. Abgewandelte Gehäusevarianten sind ebenfalls
verfügbar.
ROTAMAG
Magnetischer Drehgeber
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Der magnetische Geber ist in unterschiedlichen Versionen erhältlich, hier der
Typ IV58M mit Vollwelle (links) und der Typ IG07M mit durchgehender Hohlwelle bis 20 mm Durchmesser (rechts)
effekt ist außerdem die Reduzierung der Staubbildung. Optische
Drehgeber sind an solchen Maschinen nur einsetzbar, wenn durch entsprechende Montage der Flüssigkeitsbeschlag möglichst gering
bleibt. Der magnetische Drehgeber
kann direkt am Sägeanschlag montiert werden, ohne aufwändige
Schutzmaßnahmen.
Aber auch in der Aufzugstechnik
bzw. der Türsteuerung ergeben sich
Vorteile durch den Einsatz des magnetischen Drehgebers: Zur Positionierung der Aufzugskabinen sind
zum einen Geber nötig, die aus ständigen Temperaturschwankungen resultierende Feuchtigkeitskondensation aushalten. Zum anderen müssen sie auch schmutzunempfindlich
sein, weil im Fahrstuhlschacht starke
Ablagerungen durch Staub und Abrieb an der Tagesordnung sind. Die
Positionierung der Aufzugskabine
erfordert zudem starke Kräfte auf
der Antriebwelle, wodurch auch der
Drehgeber radiale mechanische Toleranzen beherrschen muss.
Unempfindlich gegen
Reinigungsmittel
Holzbearbeitungsmaschinen
sind
ein weiterer Fall, wo die Vorteile des
magnetischen Gebers zum Tragen
kommen: Werkstoffe mit einer hohen Materialdichte (z. B. MDF) sind
aus sehr feinen Holzpartikeln hergestellt und setzen diese bei der Bearbeitung durch Sägen, Schleifen und
Bohren wieder frei. Dieser Mikrostaub setzt sich im Gegensatz zu
Flüssigkeiten nicht nur dort ab, wo
das Material bearbeitet wird, sondern über die komplette Maschine.
Im Bereich der linearen Messung hat
man hier bereits die Vorzüge der
magnetischen Sensorik erkannt,
auch bei der Erfassung von Drehbewegungen geht der Trend bereits
in diese Richtung. Maschinen und
Fahrzeuge in der Bau- und Landwirt-
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schaft sind ebenfalls ein klassischer
Fall, wo die vermehrt eingesetzte
Elektronik auf Grund des permanenten Betriebs im Außenbereich verschiedensten klimatischen Bedingungen sowie dem Einfluss von
Schmutz und Flüssigkeiten ausgesetzt ist. Hier erhöhen die magnetischen Geber die Betriebssicherheit ebenso wie bei Maschinen und
Anlagen zur Verarbeitung von Nahrungsmitteln, wo aggressive, teilweise unter Druck aufgebrachte Reinigungsmittel an der Tagesordnung
sind. In den Geber eindringende Reinigungsmittel können dem chemisch kaum angreifbaren Ferritring
ebenso wenig anhaben wie der vergossenen Sensorelektronik. Weitere
mögliche Applikationen finden sich
beispielsweise bei Waschanlagen,
Hydraulikaggregaten oder Windgeneratoren.
Diese Beispiele zeigen die Vielseitigkeit des magnetischen Drehgebers.
Sie sollen jedoch nicht den Eindruck
erwecken, dass das Konzept die optische Sensorik komplett verdrängen wird. Trotzdem ist schon jetzt
eine klare Tendenz zu Gunsten der
neuen Technologie zu erkennen, gerade bei Applikationen, in die sich
optische Sensoren nur mit Kompromissen oder überhaupt nicht einsetzen lassen.
Die Technologie ist mit der hier vorgestellten Geberserie auch noch
nicht an ihrem Endpunkt angelangt.
Die Weiterentwicklung des Produkts
zielt auf höhere Impulsauflösung bei
gleich bleibender kompakter Bauform ab. Neue Interpolationselektroniken sollen dies ermöglichen.
Weiterhin wird diese Sensorik zur absoluten Messwerterfassung weiterentwickelt, unter Beibehaltung aller
Vorteile des Gebers. Ganz konkret
geplant ist bereits eine batteriegepufferte Absolutvariante des magnetischen Drehgebers, um das Einsatzspektrum der derzeitigen Technik nochmals zu erweitern. (ch) 쏔
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