Ersatz für zarte Pflänzchen - All
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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- 126 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 48. Jahrgang 2003, Nr. 03 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 757 48. Jahrgang 2003, Nr. 03 127 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- 128 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 48. Jahrgang 2003, Nr. 03
