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Drehgeber für Heavy-Duty-Applikationen

Die Drehgeberbaureihen ENA42HD (links) und ENA36HD (rechts) von Pepperl+Fuchs sind speziell für Heavy-Duty-­Applikationen ­konzipiert. Basis bildet die evolutionäre Magnetfeld-Technologie, die Robustheit mit hoher Genauigkeit verbindet

Die Drehgeberbaureihen ENA42HD (links) und ENA36HD (rechts) von Pepperl+Fuchs sind speziell für Heavy-Duty-­Applikationen ­konzipiert. Basis bildet die evolutionäre Magnetfeld-Technologie, die Robustheit mit hoher Genauigkeit verbindet

Einige Anwendungsbereiche bringen besonders hohe Anforderungen an die Bewegungssensorik mit sich. Beispiele stellen Mobile-Equipment-Applikationen oder Prozessanlagen in Außenbereichen der Energie- und Versorgungswirtschaft dar. Für solche Heavy-Duty-Bereiche hat Pepperl+Fuchs zwei Drehgeber-Baureihen auf den Markt gebracht. Sie zeichnen sich unter anderem durch ihre ­innovative magnetische Abtastung aus, dank derer sie hochpräzise und zuverlässig arbeiten und dabei gleichzeitig kompakt ausgeführt sind.

Die Einsatzgebiete für Drehgeber im Bereich Mobile Equipment sind vielfältig. Sie reichen von Arbeitsmaschinen in der Land- und Forstwirtschaft über Baumaschinen, wie Bagger oder Bohrfahrzeuge, bis hin zu Mobilkränen, Müllwagen oder Feuerwehrfahrzeugen. Immer dann, wenn in Steuerungssystemen genaue Werte über Positionen, Auslenkwinkel oder Geschwindigkeiten für ein sicheres und effizientes Arbeiten benötigt werden, sind Drehgeber entscheidende Bausteine. Dies gilt auch für Prozessanlagen der Energie- und Versorgungswirtschaft, von der Windenergiegewinnung bis zur Wasseraufbereitung. Und so vielfältig die Einsatzfälle für Drehgeber in solchen Bereichen auch sind, in aller Regel haben sie doch eines gemeinsam: Sie müssen oft unter extremen Umgebungsbedingungen im Outdoor-Einsatz zuverlässig funktionieren. Hier belasten Staub, Schmutz, Hitze, Kälte, Schockeinwirkungen, starke Vibrationen, Feuchtigkeit, Spritzwasser usw. die Mechanik, die Elektrik und vor allem die Sensorik.
Wo solche Bedingungen an der Tagesordnung sind, kommen zumeist sogenannte Heavy-Duty-Drehgeber mit magnetischem Abtastprinzip zum Einsatz. Der Vorteil dieser Technologie ist, dass sie ohne mechanische Getriebe auskommt sowie berührungslos und damit nahezu verschleißfrei arbeitet. Die Genauigkeit dieser herkömmlichen magnetischen Drehgeber beträgt bis 1 °. Pepperl+Fuchs ist es nun gelungen, mittels einer evolutionären Magnetfeld-Technologie die Genauigkeit seiner Heavy-Duty-­Baureihen ENA42HD und ENA36HD zu verbessern. So liegt diese nun bei bis zu <0,1 °. Dabei sind, zum Beispiel beim ENA42HD, Singleturn-Auflösungen von bis zu 16 bit und Gesamtauflösungen von bis zu 32 bit möglich.

Das neue Wirkprinzip
In den Absolutwert-Drehgebern kommt ein Zwei-Achsen-Hall-Sensor zum Einsatz. Ein rotierendes Magnetfeld erzeugt ein Sinus- bzw. Cosinus-Signal. Dieses Signal wird über den internen Prozessor bearbeitet, sodass der Prozesswert dem Ausgangswert eines Absolutwert-Drehgebers mit optischer Abtastung gleicht. 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 somit nicht erforderlich. Die Drehgeber bleiben unabhängig von Spannungsausfällen und bieten vollkommene Datensicherheit. Dies trägt zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und gleichzeitig zur Reduzierung von Wartungs- und Ser­vicearbeiten bei.
Der integrierte Wiegand-Sensor ersetzt aber nicht nur mechanische Getriebe. Er spart auch Platz und ermöglicht damit die Realisierung besonders kompakter Drehgeber. So findet die Technologie auch in den 42 mm bzw. 36 mm großen Gehäusen der neuen Baureihen Platz. Im Fall der ENA42HD-Absolutwert-Drehgeber handelt es sich um ein Edelstahlgehäuse (V4A). Auch Flansch und Welle sind aus Edelstahl gefertigt. Als Highlight wird dabei die erhöhte, maximale Wellenbelastung mit axial und radial 270 N herausgestellt. Die noch kompakteren ENA36HD sind in einem robusten Aluminiumgehäuse ausgeführt. Auch hier ermöglicht die ebenfalls aus Edelstahl gefertigte Welle ­eine hohe maximale Wellenbelastung; in diesem Fall von 180 N. Beide Drehgeberausführungen ­bieten Schutzart IP68/IP69K. Darüber hi­naus unterzieht Pepperl+Fuchs diese Drehgeber zahlreichen zusätzlichen Umgebungsprüfungen, wie Wassereintrittsprüfungen, umfassende Feuchtigkeitsprüfungen und wiederholte Temperaturzyklen. Zudem erfolgen Salznebeltests und viele weitere Prüfungen von Stoß- und Vibrationstests bis hin zu Langzeiteinlagerungen unter erschwerten Temperaturbedingungen.

Optimal auf jede Applikation zugeschnitten
Die Heavy-Duty-Drehgeber sind auch in Bezug auf die verfügbaren Schnittstellen für die Einsatzgebiete wie im Mobile Equipment zugeschnitten. Neben der SSI-Schnittstelle sind CAN­open sowie das von der Society of Automotive Engineering (SAE) entwickelte SAE J1939 verfügbar. Dieses Protokoll arbeitet auf dem Physical Layer mit CAN Highspeed nach ISO 11898. Es wird in der Steuergerätekommunikation in Nutzfahrzeugen eingesetzt und bildet ein Netzwerk, das die jeweiligen Steuergeräte verbindet. Daneben dient SAE J1939 zur Beschreibung internationaler Standards, wie NMES 2000 (Marine) und ISO 11783 („ISOBUS“ für Landmaschinen). Für das J1939 hat SAE den CAN-Nachrichten-Identifier auf 29 bit erweitert und dazu CAN-Bausteine und Protokollimplementierungen entwickelt. „Dieses Protokoll, zusammen mit einer magnetischen Abtastung und in Kombination mit einem Heavy-Duty-Gehäuse, ergibt den perfekten Drehgeber für härteste Einsatzbedingungen“, sagt Nils Schlemmer, Produktmanager bei der Pepperl+Fuchs Drehgeber GmbH. (ih)

Nils Schlemmer ist Produktmanager Encoder bei der Pepperl+Fuchs Drehgeber GmbH in Neuhausen. fa-info@de.pepperl-fuchs.com

Nils Schlemmer ist Produktmanager Encoder bei der Pepperl+Fuchs Drehgeber GmbH in Neuhausen. fa-info@de.pepperl-fuchs.com