Single- und Multiturngeber

Digitales Motor-Feedback-System von Sick für hohe Messgenauigkeit

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Aufbauend auf mehr als sieben Jahren Felderfahrung mit mehreren Hunderttausend Motor-Feedback-Systemen mit Hiperface DSL hat Sick-Stegmann als Erfinder dieser rein digitalen Schnittstelle vor kurzem mit der Produktfamilie EDS/EDM35 die ersten Geräte der zweiten Gebergeneration auf den Markt gebracht. Konzipiert für Servoantriebssysteme im Höchstleistungseinsatz überzeugen die wartungsfreien Single- und Multiturngeber durch hohe Mess- und Positioniergenauigkeit, durch regelungsgerechte Auflösungen und durch zertifizierte Sicherheit.

Clemens Bitsch, Business Development Manager Motion Control Sensors, und Thilo Marx, Product Manager Motion Control Sensors, beide Sick-Stegmann GmbH, Donaueschingen

Inhaltsverzeichnis

1. Motor-Feedback-Interface als De-Facto-Standard
2. Präzision, Sicherheit und Flexibilität für hochdynamische Servoantriebe
3. Mechatronische Antriebssysteme kennzeichnen digitale Transformation
4. EES/EEM37 für effizientes Motordesign und wirtschaftliche Antriebslösungen

Die zur zweiten HDSL-Generation von Rückführsystemen gehörende Produktfamilie EES/EEM37 erfüllt sicherheitstechnisch SIL2 und PL d und bietet digitale Motor-Feedback-Systeme für Servoantriebslösungen, die für industrielle Standardanwendungen ausgelegt sind. Die Multiturn-Varianten EDM35 und EEM37 setzen diese Funktionalität über ein mechanisches Getriebe um. Dadurch gewährleisten sie dauerhafte Verschleiß- und Wartungsfreiheit und vermeiden mögliche transportrechtliche Probleme als Gefahrgut – wie dies bei Motorgebern mit Pufferung durch eine Lithium-Ionen-Batterie der Fall sein kann. Dadurch unterliegen sie nicht den vielfältigen Verpackungs-, Kennzeichnungs- und Transportvorschriften für die Gefahrgutbeförderung, die für Batterien – auch im eingebauten Zustand im Motor-Feedback-System und im Antrieb – gelten.

Motor-Feedback-Interface als De-Facto-Standard

Seit der Präsentation von Hiperface DSL – kurz HDSL – vor wenigen Jahren hat sich diese Motor-Feedback-Schnittstelle in Einkabeltechnik als De-Facto-Marktstandard der digitalen Motor-Regler-Kommunikation etabliert. Mehr als 50 Hersteller mechatronischer Antriebs- und Regelungstechnik haben weltweit mehrere Hunderttausend HDSL-Geber implementiert. Dies bedeutet einen großen Erfahrungsschatz, den andere Schnittstellen in dieser Form nicht aufweisen können.

Anwendern zufolge ist HDSL in der digitalen Einkabeltechnik, die nur zwei Adern zur Übertragung von Leistung und Daten benötigt, derzeit die wohl einzige Lösung, die ein stimmiges System- und Kommunikationskonzept vom Geber über den Stecker und das Hybridkabel bis zum Regler ermöglicht.

Zudem macht die Datenkommunikation das Kabel – im Gegensatz zu anderen Schnittstellenkonzepten – nicht dicker. Dadurch bietet es deutliche Integrationsvorteile im Falle von Kabeldurchführungen, mit Blick auf die Schleppkettentauglichkeit und bei den Biegeradien. Datentechnisch nutzbar wird HDSL durch einbaufertige SoC-Bausteine (System on Chip), die die Implementierung in die Antriebsregler vereinfachen. Der HDSL-Master-IP-Core kann aber auch direkt in den bereits vorhandenen FPGA-Schaltkreis (Field Programmable Gate Array) des Antriebsreglers integriert werden. HDSL ist zudem mit seinem integrierten Safety-IP-Core als Schnittstelle bis SIL3 zertifiziert. Dies ermöglicht skalierbare Konzepte: sowohl als SIL2-Lösungen mit den derzeit fast ausschließlich bei Sick verfügbaren HDSL-Gebern als auch auf SIL3-Niveau mit einem zusätzlichen, redundanten Rückführsystem.

Als Erfinder und Pionier von digitalen Einkabellösungen in der elektrischen Antriebstechnik bringt das Unternehmen das gewonnene Know-how sowie die Anregungen von Anwendern in die neue Generation der Motor-Feedback-Systeme ein. Dies gewährleistet hohe Funktionalität und Performancesicherheit.

Präzision, Sicherheit und Flexibilität für hochdynamische Servoantriebe

Das Singleturn-Motor-Feedback-System EDS35 und die Multiturn-Variante EDM35 sind die ersten Rückführsysteme ihrer Art, die konsequent als reine HDSL-Geber entwickelt wurden. Sie bieten vollständige mechanische und elektrische Kompatibilität mit den Produktfamilien EKS/EKM36 und EES/EEM37 des Herstellers.

Dadurch können Antriebs- und Reglerhersteller existierende Konstruktionslösungen unverändert nutzen und auf einfache Weise auf die leistungsfähigere Technologie upgraden.

Die neue Produktfamilie verfügt über ein speziell entwickeltes, optisches Abtastsystem, das in der Singleturn-Version eine Auflösung von 24 Bit erreicht. Das ist ein Novum in dieser Baugröße und das Maximum, das leistungsfähige Servoregler ohne Verlust durch elektrisches Rauschen sinnvoll verarbeiten können. Das wartungsfreie, mechanische Multiturn-Design mit bis zu 4096 Umdrehungen erreicht eine Auflösung von 12 Bit. Darüber hinaus zeichnen sich die Rückführsysteme durch eine weiter verbesserte Schock- und Vibrationsfestigkeit aus.

Ob Single- oder Multiturn – beide Motor-Feedback-Systeme erfüllen höchste Präzisionsanforderungen auch von hochperformanten Servoantrieben.

Um die Vorgaben sicherheitsgerichteter Antriebslösungen erfüllen zu können, ist die optische Abtastung der Codescheibe in den Rückführsystemen zweikanalig ausgelegt. Dadurch ist es möglich, mit einer Auflösung von 13 Bit eine sichere absolute Singleturn-Position auszugeben, sodass die digitalen Geber SIL2 und PL d erfüllen. In der Praxis bedeutet das, dass beispielsweise die Fehlerreaktionszeit eines Servosystems auf weniger als 2 ms optimiert und ein Antrieb entsprechend schnell gestoppt werden kann. Den Anwendern bieten die neuen Motor-Feedback-Systeme schließlich ein hohes Maß an Flexibilität. Sie können neben Single- oder Multiturn und Standard oder Safety auch zwischen unterschiedlichen Auflösungen pro Umdrehung wählen. Dadurch kommen sie auch bei unterschiedlichen, antriebs- und regelungstechnischen Anforderungen mit einer einzigen Geberbaureihe aus.

Mechatronische Antriebssysteme kennzeichnen digitale Transformation

Die digitale Transformation im Maschinen- und Anlagenbau wird zunehmend durch mechatronische Antriebssysteme gekennzeichnet, die über sensorische, dezentrale Intelligenz verfügen. Sie sind in der Lage, Informationen eigenständig zu erfassen, logisch auszuwerten und intern zu speichern sowie über standardisierte Schnittstellen und Protokolle zu kommunizieren. Die neue Produktfamilie nimmt diese Entwicklung auf und bietet ihrerseits verschiedene smarte Funktionalitäten. Die Rückführsysteme können Größen wie Temperatur, Geschwindigkeit und Umdrehungen für die Zustandsüberwachung erfassen, speichern und als Einsatzdauerhistogramme bereitstellen. Über ihre HDSL-Schnittstelle ermöglichen die Smart-Motor-Sensoren zudem intelligente Antriebslösungen, die Herstellern wie auch Betreibern Zukunftssicherheit bieten. Perspektivisch können die Betriebs- und Prozessdaten der digitalen Motor-Feedback-Systeme mit Automatisierungssystemen oder mit Condition-Monitoring-Applikationen ausgetauscht werden und so auch in die Entwicklung neuer Geschäftsmodelle münden, beispielsweise von digitalen Serviceangeboten oder von Betreibermodellen für die gesamte Antriebstechnik einer Maschine oder Anlage.

EES/EEM37 für effizientes Motordesign und wirtschaftliche Antriebslösungen

Mit bis zu 17 Bit Singleturn-Auflösung und ebenfalls 4096 per Getriebe umgesetzten Multiturn-Umdrehungen sind die Motor-Feedback-Systeme der Produktfamilie EES/EEM37 mit HDSL technisch und wirtschaftlich speziell für Servoantriebslösungen in industriellen Standardanwendungen geeignet, beispielsweise in der Handhabungstechnik oder der Robotik. Ihr kapazitives Messprinzip mit holistischer Abtastung zeichnet sich durch große Robustheit und einen spezifizierten Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +115 °C aus. Mit diesen Merkmalen können die Rückführsysteme jetzt in Applikationen vordringen, die bislang Resolvern vorbehalten waren. Zudem unterstützen sie ein effizientes Motordesign: zum einen, weil sie sehr flach bauen und so zur Verkürzung von Motorlängen beitragen; zum anderen, weil das Messprinzip hohe axiale und radiale Toleranzen zulässt und dadurch die Motorauslegung vereinfacht. Die Zertifizierung nach SIL2 und PL d erlaubt auch bei dieser Produktfamilie die Integration in sicherheitsgerichtete Servoantriebslösungen. Obwohl für den unteren Leistungsbereich ausgelegt, ermöglichen auch diese Motor-Feedback-Systeme die Umsetzung smarter Einsatzszenarien. Hierfür bieten sie zunächst die Möglichkeit, einen externen Temperatursensor anzuschließen. Darüber hinaus können die Smart-Motor-Sensoren Betriebszustände erfassen und Daten zu Temperaturen und Geschwindigkeiten, zur Versorgungsspannung und zur axialen Rotorposition als Gebrauchsdauerhistogramme über die komplette Lebensdauer vorhalten. jg

Details zu den Motor-Feedback-Systemen EDS/EDM35 von Sick:

hier.pro/HIOoA

Sick AG

Erwin-Sick-Str. 1

79183 Waldkirch

Tel. +49 7681 202–4183

melanie.jendro@sick.de

www.sick.de



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