28.03.2018

Optimierung der Singleturn-Genauigkeit per Algorithmus

Berechnete Genauigkeit

Bei QuattroMag handelt es sich um ein Verfahren zur optimierten Berechnung einer Singleturnposition eines magnetischen Absolutwertdrehgebers. Dabei wird mit einer Kreuzkorrelation zwischen Referenzwert und Messwert ein stabilerer Wert ermittelt. Durch eine Mittelwertberechnung mit Gewichtung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit werden Veränderungen schneller erkannt. Ein sich ergebender Schleppfehler kann somit direkt kompensiert werden.


Die QuattroMag Technologie basiert auf vier Hallsensoren in Verbindung mit einem patentierten Rechenalgorithmus, womit es gelingt magnetische Singleturn-Drehgeber auch in hochgenauen und dynamischen Anwendungen einzusetzen.
Bild: Wachendorff Automation GmbH & Co. KG

QuattroMag basiert auf vier Hallsensoren in Verbindung mit einem patentierten Rechenalgorithmus, der das von einem diametral geteilten Magneten erzeugte Magnetfeld so berechnet, dass etwaige Interferenzen der Hallsignale sich gegenseitig aufheben. Damit gelingt es die magnetische Singleturn-Technologie auch in hochgenauen und dynamischen Anwendungen einzusetzen. Für die Verbesserung der Genauigkeit spielen allerdings auch Umwelteinflüsse eine große Rolle. Diese möglichen Einflüsse gilt es zu eliminieren oder zumindest so weit zu minimieren, dass sie keine signifikanten Auswirkungen auf die Anwendung haben. Dies ist entscheidend für den Erfolg bei der Implementierung des Einbaukits in einen Motor. Neben einer intensiven Testphase des Motorenherstellers, gilt es dabei auch die nachstehenden Einflussgrößen zu berücksichtigen.

Magnetismus

Das Magnetfeld muss gegen äußere Einflüsse abgeschirmt werden. Bei optischen Drehgebern wird dafür ein Gehäuse um Sender und Empfänger geschlossen, damit kein Fremdlicht Fehlimpulse erzeugt. Bei magnetischen Drehgebern erfolgt der Schutz durch eine magnetisch leitende Abdeckung. Diese Methode ist einfach zu berechnen. Zudem gelingt es relativ schnell, den richtigen Abstand, das richtige Material sowie die optimale Materialstärke zu bestimmen. Trotzdem empfiehlt es sich praxisnahe Tests in der konkreten Anwendung zu fahren, damit eine hohe Genauigkeit sichergestellt wird und keine temporären Schwankungen die hohe Genauigkeit beeinflussen.

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Wasser oder Staub

Auch wenn das magnetische Prinzip robust gegen Wasser oder Staub ist, sind die Geräte in Schutzart IP67 oder IP69K ausgelegt.

Temperatur

Unterschiedliche Materialien haben unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten. Die Auswahl der richtigen Bauteile, Anordnung und Design des gesamten Sensorsystems sind daher entscheidend. Die gezielte Validierung und Weiterentwicklung mit Tests in Klimaschränken und HALT-Kammer sichern die vorher errechneten Werte und Annahmen gegen die simulierten, wechselnden Umweltbedingungen ab. Besonders die Sensorikbauteile bedürfen einer besonderen Behandlung, damit sie im gesamten Temperaturbereich von -40 bis +85°C die angegebene Genauigkeit von 0,089° einhalten.

Empfehlungen der Redaktion

Lagerlasten

Eine Änderung des Sensorabstandes vom Magneten beeinflusst die Genauigkeit. Mit der genauen Dimensionierung der Lagerpakete bezüglich Auswahl, Abstand und Vorspannung gelingt es, die Schwankungen des Abstandes bei sich verändernden Lagerlasten so zu minimieren, dass sie keinen Einfluss auf die Genauigkeit haben. Gerade bei Lagerpaketen wird durch die richtige Vorspannung das Optimum zwischen Spielfreiheit und Lebensdauer erreicht.

Vibration und Schock

Da die mit der EnDra- (Multiturn - ohne Getriebe, ohne Pufferbatterie) und QuattroMag-Technologie ausgestatteten magnetischen Drehgeber kompakt ausfallen und aufgrund kleiner und weniger Bauteile nur eine insgesamt geringe Masse aufweisen, spielen diese Faktoren keine Rolle in unseren Anwendungsbereichen. Neben den Umwelteinflüssen, spielt auch die zuverlässige Herstellung der einzelnen Bauteile und die Endmontage eine wichtige Rolle. Drehgeber, welche die Kalibrier- und Prüfplätze durchlaufen haben, weisen eine vier- bis fünffach höhere Genauigkeit auf, als im Datenblatt angegeben. Damit ist sichergestellt, dass die angegeben Genauigkeitswerte - trotz der oben beschriebenen Umgebungseinflüsse - eingehalten werden. Damit die Anwender auch das gleiche Ergebnis wie der Hersteller der Geräte erzielen, stehen zudem vier Optionen zur Verfügung:

  • • Lösung 1: Die Montage des Encoder-Kits und Kalibrierung erfolgt bereits bei Wachendorff in den beigestellten Motor. Aufgrund des Transportaufwandes ist dies allerdings nur bedingt für Serien geeignet. Im Moment sind weitere Montage-, Kalibrier- und Prüf-einheiten in den Niederlassungen in China und USA geplant.
  • • Lösung 2: Paarung von Sensor und Magnet. Das Paar wird dann durch eine Kalibrierung verheiratet und an den Motorenhersteller ausgeliefert. Eine pragmatische Lösung für Anwendungen, bei denen keine allerhöchste Genauigkeit gefordert ist.
  • • Lösung 3: Der Anwender erstellt eine eigene Montage-, Kalibier- und Prüfeinheit. Für große Serien sicherlich eine sinnvolle Methode, allerdings mit recht hohem Aufwand verbunden.
  • • Lösung 4: Wachendorff liefert einen Montage-, Kalibrier- und Prüfplatz an den Motorenhersteller. Für große Serien sicher die eleganteste Lösung.
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MTS Sensor Technologie  GmbH & CO. KG
LTN Servotechnik GmbH - November 2019