Lagerlose Drehgeber von Kübler

Bild: Kübler

Schlankes Motorendesign Smarte, lagerlose Drehgeber-Systeme

10.07.2018

Ein aktueller Trend in der Antriebstechnik ist die Integration bisher separat montierter Komponenten zu einem System. Das zwingt auch die Hersteller von Drehgebern, neue, integrierbare Lösungen zu erarbeiten, um das Gesamtsystem geregelter Antriebe kompakter, zuverlässiger, leistungsfähiger und kostengünstiger zu realisieren.

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Herrschte vor einigen Jahren noch eine strikte Trennung zwischen Motor, Feedback-System (wie Tacho, Resolver, Inkremental- oder Absolut-Drehgeber), Verkabelung, Antriebsverstärker und Steuerung, so existieren heute eine Vielzahl von dezentralen Antriebssystemen, bei denen bis hin zum Antriebsverstärker mit leistungsfähigen Steuerungsfunktionalitäten alles integriert ist. Auch Hersteller von Drehgebern müssen neue, integrierbare Lösungen erarbeiten.

Besondere Herausforderungen bei der Integration entstehen dann, wenn Antriebssysteme, die aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit bisher als Feedback-Systeme hochauflösende, eigengelagerte optische Drehgeber verwendet haben, mit kompakten lagerlosen und robusten magnetischen Gebersystemen ausgestattet werden sollen, um Platz und Kosten zu sparen. Oft wurde bei solchen Integrationsversuchen der Endanwender enttäuscht, lagen doch die Signalgüte des Feedback-Systems und damit die Regelgüte des Antriebs oftmals hinter den Erwartungen zurück.

Drehgeber für Servo-Antriebsmotoren

Aufgrund seiner Systemkompetenz und seiner engen Zusammenarbeit mit den Key-Playern in der Antriebstechnik ist es dem Unternehmen Kübler in jüngster Zeit gelungen, kompakte, lagerlose, magnetische Drehgeber in und an Servo-Antriebsmotoren zu integrieren. Und das, obgleich das magnetische Messprinzip eigentlich den Einsatz in unmittelbarer Umgebung von magnetischen Störfeldern verbietet, wie sie von Elektromotoren und insbesondere elektromagnetisch betätigten Bremsen ausgehen.

Ursächlich für diesen Erfolg sind FEM-berechnete Abschirmsysteme und eine smarte digitale Echtzeitsignalverarbeitung. Hinter dem Begriff „smart“ verbirgt sich in doppelter Hinsicht eine innovative Neuerung: Einerseits ermöglicht eine digitale, FPGA-basierte Signalverarbeitung, die etwa Signalfehler aktiv ausregelt, genaue und hochaufgelöste Zustandsgrößen.

Andererseits ermöglicht die ohnehin vorhandene Kenntnis der Kerngrößen des Antriebsystems eine Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) und eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance). Die Parametrierbarkeit, auch der integrierten digitalen Signalfilter mit Verzögerungskompensation, und ein elektronisches Typenschild inklusive Anwenderspeicher runden die Ausstattungsmerkmale ab.

Infozentrum und Knotenpunkt

Den Experten von Kübler ist es so gelungen, Feedbacksysteme zu integrieren, die über eine ungewöhnlich hohe Signalgüte verfügen und dennoch die bei einer Integration nötige Kompaktheit und Zuverlässigkeit aufweisen. In Kundengesprächen zeichnen sich bereits die zukünftigen Entwicklungen ab: Der smarte, in das Antriebssystem integrierte Drehgeber liefert als Infozentrum in Echtzeit bestimmte Zustandsgrößen wie Position, Drehzahl und Drehbeschleunigung. Zusätzlich dient er als Knotenpunkt für weitere Messgrößen wie Temperatur und laterale Beschleunigung (Vibration).

Letztere Sensorik kann aufgrund des lagerlosen Anbaus und damit der direkten mechanischen Kopplung an den Antrieb in der Elektronik des Drehgebers integriert und darüber hinaus auch mit den anderen Messgrößen korreliert werden (Sensor-Fusion). Das bedeutet einen weiteren Informationsgewinn im Hinblick auf Forderungen nach Predictive Maintenance und Condition Monitoring.

Die neuen smarten Systeme von Kübler sind dabei für die volldigitale Kommunikation mit einem Antriebsregler vorgesehen, etwa via RS485 und BiSS. Bei sogenannten Elektronikmotoren kann aber auch eine direkte Ankopplung an den unmittelbar in der Nähe befindlichen Regelprozessor via SPI erfolgen. Teure Treiberbausteine und aufwendige Kabel entfallen dann. Zur Kommunikation mit den immer noch in großer Menge verbreiteten Schnittstellen wie TTL- und HTL-Inkrementalsi­gnale, Sin/Cos-Signale oder Echtzeit-SSI sind entsprechende Signalumsetzer mittels Echtzeitsynthese im FPGA verfügbar.

Bildergalerie

  • 100-prozentige Integration der Sensorlösung: Lagerlose Drehgeber ermöglichen ein schlankes Motorendesign.

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