An Maschinen und Anlagen zur Positionserfassung werden zunehmend absolute Drehgeber eingesetzt. Absolute Drehgeber bieten den Vorteil, daß – insbesondere nach einer Störung – an Maschinen mit vielen numerisch gesteuerten Achsen auf das zeitaufwendige Referenzpunktfahren verzichtet werden kann. Stillstandszeiten lassen sich dadurch minimieren.
Der Autor Dipl.-Ing. Peter Fuchs ist Mitarbeiter im Zentralen Verkauf der Dr. Johannes Heidenhain GmbH, Traunreut
Mechanische Anschlußmaße
Die absoluten Drehgeber gibt es wie inkrementale Drehgeber in Vollwellen-Ausführungen (Produktfamilie ROC 400 und ROQ 400) und in Hohlwellen-Ausführungen (Produktfamilie ECN 400 und EQN 400).
Die Gehäuse der Vollwellen-Ausführungen werden über den Synchro- bzw. Klemmflansch am feststehenden Maschinenteil befestigt. Die Ankopplung der Drehgeberwelle an die zu messende Welle erfolgt über eine separate Rotorkupplung.
Die absoluten Drehgeber mit einseitig offener Hohlwelle (Innendurchmesser 12 mm) und angebauter Statorkupplung werden wellenseitig fest mit der Antriebswelle verbunden. Axiale und radiale Bewegungen der Antriebswelle nimmt die Statorkupplung auf.
Bei diesen Drehgebern erzielt man im Vergleich zu den Geräten mit separater Rotorkupplung
– ein besseres dynamisches Verhalten
– deutlich kürzere Montagezeiten
– weniger Anbauteile
– wesentlich geringeren Anbauraum
Alle Geräte haben äußerst kompakte Abmessungen (Gehäusedurchmesser 58 mm) und vergleichsweise sehr kurze Baulängen.
Die elektrischen Schnittstellen
Die absoluten Drehgeber gibt es mit den Schnittstellen:
– EnDat
– SSI (auch als programmierbare Ausführung erhältlich)
– Profibus-DP
EnDat
Für Anwendungen, bei denen eine sehr schnelle serielle Übertragung der absoluten Positionswerte von kleiner als 50 µs erforderlich ist, oder eine automatische Inbetriebnahme sowie Unterstützung des Wartungs- und Servicepersonals, der Maschine oder Anlage gewünscht wird, sind die Geräte mit EnDat vorgesehen.
Will man eine hohe Bandbreite und ein gutes Gleichlaufverfahren erreichen – wie es in vielen Fällen der Automatisierungsbereich notwendig ist – so stehen zusätzlich bei allen Geräten sinusförmige Inkrementalsignale zur Verfügung. Die Sinussignale eignen sich aufgrund ihrer hohen Signalgüte für hohe Unterteilungsfaktoren bis zu 2 048. Abhängig vom Drehgeber und der Unterteilungselektronik ergeben sich dadurch ca. 1 bis 4 Millionen Positionswerte pro Umdrehung.
Aufgrund der über den gesamten Drehzahlbereich exakten zeitlichen Synchronisation der seriell übertragenen Positionswerte mit der inkrementalen Positionsinformation und durch die auch auf Sicherheitsaspekte ausgelegten von der Dr. Johannes Heidenhain GmbH entwickelten hochintegrierten Schaltkreise können fortschrittliche Sicherheitskonzepte unter Einsparung anderer Sensoren aufgebaut werden.
Alle beschriebenen Eigenschaften sind bei den absoluten Drehgebern mit EnDat bereits serienmäßig vorhanden.
SSl programmierbar
Absolute Drehgeber gibt es auch für Folge-Elektroniken, welche die uni-direktionale Schnittstelle SSI unterstützen.
Teilweise werden von den Herstellern und Betreibern von Anlagen universell einsetzbare programmierbare absolute Drehgeber gefordert, die eine anlagenspezifische Anpassung an die Meßaufgabe und die Anpassung an die jeweilige Folge-Elektronik zulassen. Dadurch läßt sich die Lagerhaltung minimieren, da eine einzige Drehgeber-Variante für unterschiedliche Applikationen einsetzbar ist
Beim programmierbaren SSI-Drehgeber ist die Singleturn-Auflösung von 8 192 Positionswerten pro Umdrehung beliebig ganzzahlig reduzierbar. Diese Skalierungsfunktion dient zur anlagenspezifischen Anpassung an die Meßaufgabe, zum Beispiel zur Anpassung unterschiedlicher Spindelsteigungen.
Zur Endloseinstellung an umlaufenden Transportbändern oder für Getriebeanpassungen kann der Meßbereich der Multiturn-Ausführung von 4 096 unterscheidbaren Umdrehungen entsprechend ganzzahlig reduziert werden.
Die Presetwert-Funktion setzt den Drehgeber auf eine beliebige vom Anwender vorab programmierte Position.
So kann die beim Zuschneiden oder Bedrucken von Materialien wie Stoff oder Papier unterschiedliche Materialstreckung für die nächsten Arbeitsschritte über Preset-Werte, die über Längenmarken aktiviert werden können, wieder angepaßt werden.
Ebenso läßt sich an beliebigen Stellen die Nullposition mittels eines Offset-Wertes setzen oder die Zählrichtung anpassen.
Die Anpassung an unterschiedlichste Folge-Elektroniken wird zum einen ermöglicht durch die Auswahl des Codes (Gray oder Dual) und des Übertragungsformates (wahlweise Tannenbaum oder rechtsbündig).
Profibus-DP über Gateway
In vielen Anwendungen der Automatisierung, wie zum Beispiel bei Handlingssystemen oder in der Fördertechnik, steht die Vernetzung vieler Sensoren und Aktoren innerhalb einer Anlage im Vordergrund.
Die Anforderungen an die Übertragungsgeschwindigkeit des Positionswertes vom absoluten Drehgeber zur Folge-Elektronik sind hingegen nicht sehr hoch. Hierfür eignen sich Drehgeber mit Profibus-DP Schnittstelle.
Für den Anschluß des Drehgebers an Profibus-DP bietet sich eine Gateway-Lösung an. Die Heidenhain-Gateway-Lösung hat im Vergleich zur Integration der Feldbus-Schnittstelle im Drehgeber einige Vorteile:
– deutlich geringerer Einbauraum des Drehgebers
– höhere zulässige Vibrationswerte am Drehgeber
– zulässige Arbeitstemperaturen am Drehgeber bis 100 °C, einfacher Austausch des Drehgebers im Servicefall
Als Schnittstelle zwischen Drehgeber und Gateway wird EnDat eingesetzt, wodurch sich weitere Vorteile ergeben:
– nur ein Basisgerät sowohl für Anwendungen mit kurzen Übertragungszeiten (EnDat) als auch für Profibus DP Lösungen
– neben absoluten Drehgebern sind auch absolute Winkel- und Längenmeßsysteme mit EnDat-Schnittstelle an ein und demselben Gateway anschließbar
– der volle Umfang an Warn- und Diagnosefunktionalität der EnDat-Schnittstelle läßt sich auch innerhalb von Profibus-DP-Systemen nutzen
Das zertifizierte Gateway erfüllt das Profil für Encoder der Profibus Nutzerorganisation e.V. und kann als Device Class 1 oder Class 2 betrieben werden.
Ausführliche Informationen
Absolute Drehgeber
KEM 440
Inkrementale Drehgeber
KEM 441
Antriebsgeber
KEM 442
Produktpalette an absoluten Drehgebern
Darüber hinaus werden bei Maschinen, die mit absoluten Drehgebern ausgerüstet sind, Referenznocken und – bei entsprechender Konstruktion – auch zusätzliche Sicherheits- einrichtungen, wie z.B. Endschalter überflüssig. Heidenhain bietet für diese Applikationen eine breite Produktpalette an absoluten Drehgebern. Diese Drehgeber zeichnen sich durch hohe zulässige Schock- und Vibrationsbelastungen aus, haben kompakte Abmessungen und lassen Arbeitstemperaturen bis 100 °C zu.
Neben den hier beschriebenen Ausführungen gibt es für bestimmte Anwendungen auch absolute Drehgeber in Edelstahl- und in EEx-Schutz-Ausführung.
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