Kompromisslos in jeder industriellen Umgebung

Der Autor: Stefan Horvatic ist Leiter des Produktmanagement Industrielle Automati- sierungstechnik, Pepperl + Fuchs, Mannheim

In Maschinen und Anlagen für industrielle Fertigungs- oder Montageprozesse kamen bisher 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 reagieren. Angesichts immer anspruchsvollerer Umgebungs- und Einsatzbedingungen rücken jedoch zunehmend solche Drehgeberlösungen in den Focus, die bauartbedingt eher für höhere Belastungen geeignet sind.

Hier bieten sich magnetische Drehgeber an. Deren Vorteil ist, dass sie kein mechanisches Getriebe haben, das verschleißen kann oder Wartungs- bzw. Serviceaufwand verursacht. Sie liefern unbeeinflusst von Umgebungseinwirkungen zuverlässige Messwerte. Bisher waren solche magnetischen Drehgeber jedoch nicht schnell und nicht genau genug, um in anspruchsvollen Industrieanwendungen die nötige Signalqualität zu liefern. Hersteller von Maschinen und Anlagen hatten also meist die Qual der Wahl des zur Applikation am besten passenden Drehgebers, zwischen präzise oder robust oder kompakt.

Wachsende Anforderungen an die Robustheit erforderten immer häufiger schmerzende Kompromisse. Schließlich führen immer schnellere Prozesse, immer kürzere Taktzeiten sowie steigende Anforderungen an die Produktivität, die Prozesssicherheit und die Produktqualität zu immer höheren Belastungen der Fertigungseinrichtungen und der darin eingesetzten Komponenten. Dies gilt besonders für die vielen Produktionsbereiche, die ohnehin schon geprägt sind von Schmutz, Metallspänen, Ölen, aggressiven Emulsionen, hohen Temperaturen, Vibrationen, Erschütterungen oder Schockbelastungen. Die neuen magnetischen Absolutwert-Drehgeber ENA58IL und ENA36IL zeigen sich hier jedoch absolut kompromisslos.

Der neue Drehgeber-Industriestandard basiert auf einer von Pepperl+Fuchs weiterentwickelten Magnetfeld-Technologie, die die Grenzen des bisher technisch Machbaren erweitert. Das Know-how dieser Technologie steckt im Detail. Hier wurden erstmals die etablierten Verfahren von Hall- und Wiegand-Sensoren miteinander kombiniert. Ein Zwei-Achsen-Hall-Sensor erzeugt über ein rotierendes Magnetfeld ein Sinus- bzw. Cosinussignal, das über einen internen Prozessor bearbeitet wird, sodass der Prozesswert dem Ausgangswert eines Absolutwert-Drehgebers mit optischer Abtastung gleicht. So lassen sich einzigartig kompakte Singleturn-Absolutwert-Drehgeber mit geringem Bauvolumen erzeugen.

Mit einem zusätzlichen Wiegand-Sensor wird daraus ein Multiturn-Absolutwert-Drehgeber. Ein über dem Wiegand-Sensor rotierendes Permanent-Magnetfeld erzeugt im Kern des Wiegand-Sensors einen Wechsel der Magnetfeldrichtung. Dies führt zu einer Induktionsspannung in der darüber gewickelten Spule. Somit steht immer bei Magnetfeldrichtungswechsel, also jeweils zwei Mal pro Umdrehung, Energie zur Verfügung. Diese dient zur elektronischen Zählung der Umdrehungen und Speisung der Elektronik.

Eine interne Batterie ist dafür also nicht mehr notwendig. Das macht die Drehgeber unabhängig von Spannungsausfällen. Es ist vollkommene Datensicherheit gewährleistet und beim Wiederhochfahren stehen alle Positionswerte zur Verfügung. Der integrierte Wiegand-Sensor ersetzt anfällige mechanische Getriebe. Das spart Platz und trägt ebenfalls zu einer besonders kompakten Bauform bei. So passt die hochentwickelte Magnetfeld-Technologie nicht nur in Standardbaugrößen mit 56 mm Durchmesser, sondern auch in 36 mm kleine Gehäuse.

Die ausgeklügelte Drehgeber-Technologie erhöht durch ihre Robustheit die Zuverlässigkeit und verlängert die Lebensdauer der Geber. Sie widerstehen Temperaturen von -40 bis +85°C und sind schock- und vibrationsfest. Ihr robustes Design ermöglicht den Einsatz auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen, wobei die Zuverlässigkeit für geringere Betriebskosten, Servicezeiten und höhere Produktionssicherheit sorgt. Der Maßstab, den Pepperl + Fuchs mit der innovativen Magnetfeld-Technologie setzen möchte, entsteht vor allem durch die hohe Präzision und Genauigkeit.

Während bisher mit magnetischen Drehgebern Genauigkeiten von ca. 1° bis 0,5° und maximale Auflösungen von 12 Bit möglich waren, erreichen die neuen ENA58IL und ENA36IL Genauigkeiten von <0,1° und eine bis dato ebenfalls unerreichte Auflösung von bis zu 39 Bit in Multiturn-Ausführung. Außerdem überzeugen die neuentwickelten Drehgeber auch durch ihre Dynamik. Während diese, bezogen auf die Zykluszeiten bisher meist bei über 600 µs lag, werden nun Zykluszeiten von <80 µs erreicht. Dies liegt auch daran, dass das analoge Signal direkt abgegriffen und ohne Umwege dem Ausgang zugeführt wird. Damit können solche Drehgeber sogar in Hochgeschwindigkeitsanwendungen eingesetzt werden.

Hoch präzise und zuverlässig sind die Absolutwert-Drehgeber mit der neuen Magnetfeld-Technologie von Pepperl+Fuchs eine gute Wahl für den Maschinen- und Anlagenbau. Sie tragen wesentlich dazu bei, auch unter härtesten Einsatzbedingungen sichere Prozesse zu gewährleisten und sie bieten dabei die erforderliche hohe Genauigkeit sowie Auflösung und Dynamik. Die Wahl, die dem Anwender letztlich geboten wird, bezieht sich lediglich noch auf die Bauform und die mechanischen bzw. elektrischen Schnittstellen.

Die neue Magnetfeld-Technologie wird von Pepperl+Fuchs in unterschiedlichen Drehgeberversionen angeboten. Analog zu der am meisten genutzten Standardbauform mit einem Gehäusedurchmesser von 58 mm, stellen die ENA58IL den neuen Industriestandard dar. Es stehen Varianten mit Steckhohlwellen- und Vollwellen-Anbindung sowie alle gängigen Flanscharten wie Klemm- oder Servoflansch zur Verfügung.

Auch in Bezug auf die elektrischen Schnittstellen fordern die ENA58IL keine Kompromisse. Neben der SSI-Schnittstelle werden alle gängigen Anbindungsmöglichkeiten von Profibus und Profinet über Canopen bis hin zu Ethercat, Ethernet/IP und Ethernet Powerlink angeboten. Ihre Performance ermöglicht Applikationen mit hoher Dynamik und Genauigkeit, wie beispielsweise in Druckmaschinen oder in Getränke-Abfüllanlagen.

Die kompaktesten Drehgeber ihrer Art sind die ENA36IL. Sie erreichen ebenfalls Genauigkeiten von <0,1° und bieten eine Auflösung von bis zu 32 Bit. Mit SSI-Schnittstelle und mechanischer Adaption über Steckhohlwelle oder Vollwelle und Servoflansch bzw. Federblech sind die ENA36IL prädestiniert für Einsatzbereiche, in denen neben hoher Präzision auch Bauraum ein entscheidendes Kriterium ist. Eine typische Anwendung sind z.B. Achsen kleiner Industrieroboter, in denen es schon sehr eng zugehen kann. Hier kommt auch die geringe Masse dieser Drehgeber von nur ca. 150 g ‚zum Tragen‘.

Dank der flexiblen, mechanischen sowie elektrischen Schnittstellen und nicht zuletzt aufgrund ihrer kompakten Bauformen können die neuen magnetischen Absolutwert-Drehgeber von Pepperl+Fuchs in nahezu jede industrielle Umgebung problemlos integriert werden, wo sie mit ihrer hohen Performance zuverlässige Prozesse garantieren. I