Robuste Multiturn-Encoder zählen ohne Batterie und Getriebe

Wiegand hilft

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Keine Batterie, kein Getriebe und dennoch die Position über 217 Umdrehungen absolut erfassen – diesen Dreh raus haben die vorgestellten Encoder. Sie sind verschleiß- und wartungsfrei, autark und energieeffizient. Zudem ermöglichen verschiedene Aufsteck- und Hohlwellen-Durchmesser sowie zahlreiche Feldbus-Optionen eine optimale Integration.

Maximale Verfügbarkeit, einfache und vielseitige Integration in mechanischer wie elektrischer Hinsicht sowie kompakte Abmessungen waren die Kernforderungen vieler Anwender, die es bei der Entwicklung einer neuen Encoder-Baureihe zu berücksichtigen galt. Im Mittelpunkt stand der oft geäußerte Wunsch, die Robustheit magnetischer Multiturn-Encoder weiter zu erhöhen. Dies betrifft einmal das Thema Temperatur, also die Standfestigkeit von Batterien, zum anderen die Schock- und Vibrationsfestigkeit – also den Aspekt der integrierten Bauteile, vor allem des mechanischen Getriebes. Die Herausforderung bestand darin, eine Lösung zu finden, die sowohl die Anzahl von Umdrehungen zählt, als auch energielos und ohne Getriebemechanik erfasst. Den neuen Ansatz ermöglicht ein magnetisches Funktionsprinzip, genauer gesagt die Wieganddraht-Technologie.

Draht ersetzt Batterie und Getriebe
Basis ist ein Effekt, der Anfang der siebziger Jahre des letzten Jahrhunderts von John R. Wiegand entdeckt und nach ihm benannt wurde. Dabei handelt es sich um eine physikalische Erscheinung in homogenen, ferromagnetischen Drähten: Ändert sich die Stärke eines von außen wirkenden Magnetfeldes über ein bestimmtes Maß hinaus, erfolgt eine sprungförmige Ummagnetisierung des Drahtes. Diese schlagartige Richtungsumkehr der Magnetisierung induziert ihrerseits in einer beispielsweise um den Draht gewickelten Spule einen kräftigen Spannungsimpuls, der sensortechnisch ausgewertet werden kann. Der sogenannte Wieganddraht ist etwa 0,25 mm stark und besteht aus einer speziellen Kobald-Eisen-Vanadium-Legierung. Der Mantel ist somit ein hartmagnetisches Metall, während der Kern weichmagnetische Eigenschaften besitzt. Mantel und Kern weisen dadurch eine unterschiedliche Magnetisierbarkeit auf. Überschreitet ein auf den Draht einwirkendes Magnetfeld eine bestimmte Stärke, kommt es zu der von Wiegand entdeckten, sprunghaften Ummagnetisierung des Kerns.
Im Encoder A3M60 wird dies durch einen rotierenden Magneten erzeugt. Der hierbei entstehende Spannungsimpuls wird durch eine Spule im Encoder, die den Wieganddraht umgibt, erfasst und als Umdrehungen gezählt. Zudem wird auf diese Weise auch die Drehrichtung erkannt sowie die für die Auswerteelektronik erforderliche Energie erzeugt.
Getriebelosigkeit für lange Labensdauer
Mit der Nutzung der robusten und energieautarken Wieganddraht-Technologie erfüllen die neuen Multiturn-Encoder das wichtigste Anliegen vieler Anwender: mehr Robustheit für höchste Verfügbarkeit. Gerade beim Einsatz im rauen Umfeld, beispielsweise in Palettiersystemen, in Zuführeinrichtungen, an Kranfahrzeugen, in Walzwerken, in Holzverarbeitungsmaschinen oder in der Verpackungstechnik verbessern das berührungslose Messprinzip sowie der Verzicht auf eine Batterie und die beweglichen Teile eines Getriebes die Lebensdauer erheblich. Hinzu kommen Schutzart IP67, ein Betriebstemperaturbereich von -30° bis + 85 °C sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Betauung des Sensorelementes, die die Langlebigkeit der Encoder ebenfalls positiv beeinflussen.
Mit der verbesserten Verfügbarkeit sinken gleichzeitig die Betriebskosten, denn der Aufwand für Wartung und Instandhaltung ist beim A3M60 minimal. Schließlich überzeugen die Wieganddraht-Encoder auch durch eine höhere Fertigungseffizienz: Ein Magnet dient als „Maßverkörperung“ für Single- und Multiturn; und die gesamte Sensoreinheit einschließlich Auswertung befindet sich auf einer einzigen, automatisch bestückten Platine. Die Reduzierung der Bauteile im Geber verkürzt so die Fertigungszeit. Dies alles bedeutet mehr Wirtschaftlichkeit und schnellere Verfügbarkeit – Merkmale, auf die Anwender von Encodern neben aller Robustheit ebenfalls besonderen Wert legen.
Auflösung: 14 bit Singleturn bis 17 bit Multiturn
Damit der A3M60 vielfältig eingesetzt werden kann, verfügt er über eine Auflösung von 14 bit Singleturn und 17 bit Multiturn. Die maximal mögliche Positionsbreite, die über das Profibus-DP-V2-Profil übertragen werden kann, beträgt somit 31 bit. Diese Schnittstelle ist bei diesen Encodern auf einer Platine im gleichen Gehäuse untergebracht – eine externe Bushaube ist nicht erforderlich. Das gilt auch für die weiteren Schnittstellen, die für diese Baureihe derzeit in Vorbereitung sind.
Vielseitig einsetzbar wird der A3M60 auch durch seine kleine Bauform: Die Kompaktheit der Sensoreinheit von nur 36 mm Durchmesser eröffnet die Möglichkeit der optimalen weil platzsparenden Integration. Gleiches gilt für die Einbautiefe mit 65 mm, die dazu beiträgt, dass Antriebe kompakt konstruiert und die Encoder auch unter beengten Verhältnissen montiert werden können. Das gilt gleichermaßen für alle Versionen mit ihren verschiedenen Aufsteck- und Hohlwellen-Durchmessern.
Online-Info

Nachgefragt
Sind die Zeiten optischer Encoder vorbei?
Krebs: Die Vorteile des neuen A3M60 mit seiner Wieganddraht-Technologie liegen ganz klar in der hohen Robustheit, der vielseitigen Einsetzbarkeit sowie seinem berührungslosen Funktionsprinzip. Die Zeiten optischer Single- und Multiturn-Encoder sind dennoch nicht vorbei, denn auch sie haben ihre Daseinsberechtigung – wenn man beispielsweise an die Vorteile hinsichtlich Präzision und Geschwindigkeit denkt. Aber mit den neuen magnetischen Encodern hat Sick die Grundlage für eine neue „best of both worlds“- Struktur im Portfolio geschaffen. Dadurch können Anwender noch flexibler ihre Anforderungen abdecken. Je nach Applikation wählen sie zwischen optischer oder magnetischer Technologie, bestimmen die gewünschte Bauform und entscheiden sich unabhängig, welchen der verschiedenen Feldbusse – Ethernet IP, Profinet oder Ethercat – sie an die Busschnittstelle der Encoder anschließen wollen. (df)
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