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Bild: Kritstypargeter, iStock
Magnetische Drehgeber

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Rotieren für eine raue Welt

Text: Stefan Horvatic, Pepperl+Fuchs
Bei Drehgebern gab es bislang bauart­bedingt nur Alternativen, die sich gegen­seitig ausschlossen: Entweder genau oder robust oder kompakt. Nun gibt es ­magnetische Encoder, die mit einer hohen Dynamik und einer Abweichung von weniger als 0,1 ° in eine neue Per­for­mance­klas­se vorstoßen.

Druckmaschinen gehören zu den komplexesten Maschinen. Nur wenige hundertstel Millimeter dünne Papierbahnen, die mit bis zu 15 m/s über unzählige Walzen durch Farbtürme rasen, machen die hohen Anforderungen an die geforderte Genauigkeit deutlich. Die Bewegungen der Walzen müssen exakt abgestimmt sein, damit das Papier nicht reißt oder knittert und der Druck exakt an der richtigen Stelle erfolgt. Die Drehgeber müssen die Walzengeschwindigkeiten sehr genau steuern, während sie starken Vibrationen ausgesetzt sind. Gleichzeitig darf der unvermeidliche Farb- und Papierstaub die Funktion nicht beeinträchtigen. Mit ihrer hohen Auflösung und absoluten Genauigkeit von unter 0,1 ° garantieren magnetischen Drehgeber von Pepperl+Fuchs die geforderte hohe Präzi­sion und Prozesssicherheit.

Was heute den Maßstab für Industriestandard-Drehgeber darstellt, wurde ursprünglich für den Einsatz unter widrigen Bedingungen entwickelt. Magnetische, also berührungslos arbeitende Drehgeber bieten schon seit langem adäquate Lösungen, wo andere Drehgebertechniken aufgrund extremer Belastungen, beispielsweise durch Schmutz, Vibration oder Schock, versagen. Ihr Vorteil ist, dass sie kein mechanisches Getriebe haben, das verschleißen kann oder Wartungs- und Serviceaufwand verursacht. So liefern diese Drehgeber, unbeeinflusst von Umgebungseinwirkungen, zuverlässige Messwerte.

Über Einsatzfelder wie Mobil-Equipment-Applikationen, Windenergieanlagen und dergleichen hinaus weckt dieser Fakt Begehrlichkeiten auch im allgemeinen Maschinenbau. Zumal hier ebenfalls immer schwierigere Umgebungsbedingungen sowie schnellere Prozesse zu immer höheren Belastungen der Fertigungseinrichtungen und den darin eingesetzten Komponenten führen. „Bisher kamen in diesem Umfeld in der Regel optische Drehgeber zum Einsatz. Sie liefern die Signale nahezu in Echtzeit und erreichen eine hohe Genauigkeit. Allerdings können sie aufgrund ihrer komplexen Mechanik empfindlich auf raue Umgebungsbedingungen wie Staub, Vibration oder Temperaturschwankungen reagieren“, erklärt Stefan Horvatic, Leiter Produktmanagement bei Pepperl+Fuchs.

Neue Perspektiven

Herkömmliche magnetische Drehgeber waren jedoch bisher nicht schnell und nicht genau genug, um in anspruchsvollen Industrieanwendungen die nötige Signalqualität zu liefern. Durch Weiterentwicklung der Magnetfeld-Technik hat Pepperl+Fuchs nach eigenen Angaben die Grenzen des bislang technisch Machbaren überschritten und die Robustheit magnetischer Drehgeber mit hoher Präzision und Dynamik vereint. Die leistungsstarken Drehgeber der ENA58IL-, ENA36IL- und 42H-Baureihen arbeiten mit einem äußerst effektiven magnetischen Detektionsprinzip, das die etablierten Verfahren von Hall- und Wiegandsensor kombiniert. Mit ihrer hohen Präzision und Dynamik sind diese magnetischen Drehgeber nun in Applikationen einsetzbar, in denen bisher nur optische Ausführungen die Positionsaufgaben übernommen haben. „Mit ihren Feldbus- und Ethernet-Varianten, ihren kompakten Bauformen und Ausführungen, einschließlich der Heavy-Duty-Variante, sind die Einsatzgebiete der neuen Baureihen so vielseitig, dass damit für Standardanforderungen im allgemeinen Maschinenbau immer eine Lösung verfügbar ist“, ergänzt Horvatic. Welche Maßstäbe die neuen Baureihen setzen, zeigen anspruchsvolle Anwendungen aus den unterschiedlichen Bereichen.

Vielfältige Applikationen

Hohe Geschwindigkeiten sind in modernen Getränkeabfüllanlagen üblich. Hier werden bis zu 90 000 Dosen oder Flaschen pro Stunde mit Saft, Bier oder Sprudel befüllt. Entscheidend für einen zuverlässig funktionierenden Ablauf ist die genaue Positionierung der Behälter unter den Abfüllstutzen. Gehen die Flüssigkeiten daneben, bedeutet dies Materialverlust, zusätzlichen Reinigungsaufwand und unter Umständen eine Belastung der Anlagenkomponenten. Verschleißfreie Drehgeber gewährleisten durch ihre Genauigkeit zuverlässig die präzise Positionierung der Behälter im hochdynamischen Abfüllprozess.

Im Bereich der Achsen für Industrieroboter hatten Hersteller bisher die Qual der Wahl des passenden Drehgebers: präzise oder robust oder kompakt. Drehgeber erfassen hier die Bewegung der einzelnen Achsen eines Industrieroboters. Sie liefern damit die Grundlage für dessen Positionsbestimmung. Vor allem bei kleineren Robotern für niedrige Traglasten kann es in ihrem Innenleben sehr eng zugehen. In solchen Applikationen haben sich die Drehgeber der Serie ENA36IL mit ihrem besonders kompakten Gehäuse von nur 36 mm bewährt. Sie erreichen ebenfalls Genauigkeiten von unter 0,1 ° und bieten eine Auflösung von bis zu 16 Bit.

Synchrone Bewegungen

Eine der anspruchsvollsten Drehgeber-Applikationen ist die Fliegende Säge. Als Funktion für Bearbeitungsvorgänge im kontinuierlichen Materialfluss ist diese in nahezu allen Branchen anzutreffen. Sie wird nicht nur in ihren klassischen Bereichen mit Sägeblättern, Messern oder Scheren verschiedenster Art verwendet. Vom Stempeln, über Bohren oder Abfüllen bis hin zum synchronen Materialtransport erlaubt sie vielfältig ausgeführte Vorgänge. Vor allem bei schnellen Bewegungen wird die Synchronisierung der Vorschubachsen zur Herausforderung. Die ­magnetischen Absolutwert-Drehgeber der 0,1 °-Performance-Klasse von Pepperl+Fuchs erfüllen die hohen Anforderungen an Präzision und Dynamik für diese Art der Anwendung.

Für besonders raue Bedingungen, die man beispielsweise im Outdoor-Einsatz von Nutzfahrzeugen oder bei mobilen Anwendungen vorfindet, sind die Heavy-Duty-Drehgeber 42H vorgesehen. Diese werden vor allem bei anspruchsvolleren Applikationen verwendet, wie etwa wenn Ausleger an Kranfahrzeugen zu positionieren sind. Hier spielen Sicherheit und Genauigkeit eine wichtige Rolle. Geht die Bewegung des Kranauslegers zu weit, können schnell Mensch und Maschine zu Schaden kommen. Zu den kompaktesten Heavy-Duty-Drehgebern ihrer Klasse gehörend, lassen sie sich einfach in mobile Maschinen ­integrieren.

Der neue Maßstab

Als erste magnetische Drehgeber arbeiten die ENA58IL mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 ° und einer Auflösung von bis zu 32 Bit in Multiturn-Ausführung. Da das analoge Sig­nal direkt abgegriffen und ohne Umwege dem Ausgang zugeführt wird, bieten die ENA58IL eine Zykluszeit von unter 80 µs. Dies ermöglicht den Einsatz in Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie dem Zeitungsdruck. Mit SSI, Ethercat, Profibus und Profinet bietet die Dreh­geber-Serie ein sehr breites Anwen­dungsspektrum in jeder industriellen Umgebung.

Die Heavy-Duty-Variante 42H gehört zu den kompaktesten Drehgeber-Ausführungen. Selbst widrigste Umgebungsbedingungen mit extremen Schock- und Vibrationsbelastungen und hohe Lagerlasten sind kein Problem. Mit der robusten Bauweise, einem Dichtungskonzept, das bis zu IP69K zugelassen ist, und einem Edelstahl-Gehäuse kommen die 42H überall zum Einsatz, wo Zuverlässigkeit unter extremen Umweltbedingungen zählt. Mit den Schnittstellen CANopen, J1939, analog und SSI ist die Drehgeberbaureihe ­prädestiniert für den Einsatz in mobilen Baumaschinen, Papiermühlen oder Krananlagen.

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