27.03.2017

Miniatur-Drehgeber für mobile Arbeitmaschinen

Multiresistent

Herkömmliche Drehgeber sind mit dem rauen Arbeitsumfeld im Bereich mobiler Maschinen oft überfordert. Erschütterungen, Temperaturwechsel sowie Feuchte und Nässe schränken die Lebenserwartung der Geräte deutlich ein. Um hier Abhilfe zu schaffen, nutzen die Drehgeber der neuen QR20-Serie das berührungslose Resonator-Messprinzip, das Turck bereits erfolgreich in der QR24-Serie einsetzt. Die Encoder in Schutzart IP68/69K wurden speziell für die Anforderungen mobiler Arbeitsmaschinen entwickelt.


Der Bereich Mobile Arbeitsmaschinen (neudeutsch: Mobile Equipment) stellt ganz spezielle Anforderungen an die eingesetzte Automatisierungstechnik. So sind in diesem Umfeld die EMV-Anforderungen besonders hoch. Die Bordnetze sind meist für geringe Spannungen ausgelegt bzw. haben Spannungsschwankungen, die keine Auswirkung auf die Signale eines Sensors haben sollten. Ein erweiterter Arbeitsspannungsbereich von 8 bis 30VDC und der sogenannte Load-Dump-Schutz sind weit verbreitet. Darüber hinaus müssen Komponenten für mobile Arbeitsmaschinen auch mechanisch robust sein. Auf einem Betonmischer, einem Radlader oder anderen Arbeitsfahrzeugen sorgen die Dieselmotoren und Arbeitseinheiten für starke Vibrationen und Erschütterungen. Vollvergossene technische Komponenten schützen die Elektronik in diesen Fällen davor, aus der Bahn geworfen zu werden.

Standarddrehgeber oft überfordert

Fast alle auf dem Markt befindlichen Drehgebertypen und -messprinzipien weisen bauartbedingt eine direkte Kopplung von Drehachse und Sensor auf, egal ob potenziometrische Drehgeber, optische Systeme oder Hall-Drehgeber. Das hat zur Folge, dass Vibrationen und Schläge über die Welle auf den Drehgeber übertragen werden und ihn bis zum Defekt belasten können. Neben Vibrationen sind eindringender Schmutz und Feuchtigkeit mögliche Probleme, die ebenfalls zum Exitus des Drehgebers führen können. Viele dieser Herausforderungen meistern die berührungslosen Drehgeber der Serie Ri360-QR24 und der berührungslosen Winkelsensor Ri360-QR14 bereits seit Jahren. Aufgrund des Resonator-Messprinzips sind die Geräte nicht nur absolut verschleißfrei, sondern auch hochauflösend, vibrationsbeständig, hochdrehend und erfüllen die Schutzart IP68/69K. Das Messprinzip erlaubt eine Konstruktion ohne Dichtungen mit vollständig vergossenem Sensorgehäuse, das vom Positionsgeber getrennt ist. Vibrationen und Versatz bis zu 1mm kann der Encoder kompensieren. Während sich der QR24 bereits in zahlreichen Anwendungen der Fabrikautomation bewährt hat, wurde er im Bereich Mobile Equipment nur vereinzelt eingesetzt. Für die in diesem Anwendungsfeld oft engen Räume ist er häufig zu groß. Lediglich die CAN-Variante findet hier Verwendung. Den kleineren QR14 setzen Kunden in dieser Branche häufiger ein. Er ist allerdings von der Auflösung - im Hinblick auf Genauigkeit und Geschwindigkeit - kein klassischer Drehgeber, weshalb er auch als Winkelsensor bezeichnet wird.

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Gehäuse umschließt Positionsgeber

Die Lücke zwischen beiden Produkten schließt jetzt der Ri360-QR20. Die neue Drehgeberserie bietet nahezu die Performance des großen Bruders QR24, ist allerdings in einem kompakten und auf den Mobile-Equipment-Markt angepassten Gehäuse mit den Maßen 71x64x20mm aufgebaut. Der Clou: Das Gehäuse umschließt den Positionsgeber vollständig und deckt diesen somit nach außen hin vollständig ab. Eine zylindrische Aussparung im quaderförmigen Gehäuse bietet ausreichend Platz für den Positionsgeber, ohne eine mechanische Verbindung mit ihm einzugehen. Es reduziert nicht nur den planerischen Aufwand des Konstrukteurs, sondern bietet auch mechanischen Schutz, da keine abstehenden Teile zu berücksichtigen sind. Das Gehäuse ist zudem dauerhaft dicht. Selbst die oft problematischen potenziellen Undichtigkeitsstellen wie LED-Linsen entfallen, da der Drehgeber an diesen Stellen einen transienten Kunststoff verwendet, durch den die innenliegende LED hindurch scheint. So ist selbst kapillares Eindringen von Wasser bei dem vollvergossenen Gehäuse nicht möglich. Der Drehgeber ist aber nicht nur konstruktiv, sondern auch elektrisch auf die Anforderung des Mobile-Equipment-Marktes zugeschnitten. Das unterstreicht eine EMV-Störfestigkeit von 100V/m, die auch von der marktüblichen E1-Zertifizierung gefordert wird. Darüber hinaus ist er gegen leitungsgeführte Störungen nach DIN ISO7637-2 oder SAE J113-11 geschützt. Salzsprühnebel oder schnelle Temperaturwechsel können dem Gerät ebenso wenig anhaben wie Diesel, Kerosin oder Vibrationen. Der Arbeitstemperaturbereich liegt von -40 bis + 85°C.

12Bit Auflösung

Der Ri360-QR20 erreicht ausgangsseitig mit einer Auflösung von 12Bit - das entspricht rund 0,09° - eine Genauigkeit, die für die meisten Applikationen ausreicht. Das Ausgangssignal reicht von 0,5 bis 4,5VDC (LU4). Erkennt der Sensor keinen Positionsgeber, springt der Wert auf 5V, womit eindeutig eine Fehlmessung erkannt wird, die deutlich vom Drahtbruch unterscheidbar ist. Der Anwender hat die Auswahl zwischen vier Anschlussarten: Deutsch-Steckverbinder, AMP-Steckverbinder, M12-Steckverbuinder oder Kabel mit offenem Ende. Der im Lieferumfang befindliche Positionsgeber kann an unterschiedliche Wellendurchmesser angebunden werden. Kunden können beim neuen Encoder aus einer Palette von sechs voreingestellten Winkelvarianten wählen: neben 360° sind dies 20°, 40°, 60°, 90°, 120° und 240°.

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