20.11.2019

Hollow Shaft-Kits mit energieautarker Multiturn-Fähigkeit

Hohlwellengeber Novum

Bislang gab es Durchgangs- bzw. Hohlwellengeber fast nur als Singleturn-Lösung. Genau diese Lücke schließt jetzt ein kapazitatives Hohlwellen-Kit. Die Multiturn-Geber verfügen über einen integrierten Rotationszähler, der jede einzelne Umdrehung erfasst und dokumentiert. Clou des Systems ist, dass die Zählelektronik ohne externe Stromversorgung oder Batterien auskommt.


Typisches Einsatzfeld der Hollow Shaft-Kits sind Roboter und Cobots, da die kompakten Systeme sich direkt in die Gelenke der Roboterarme integrieren lassen.
Bild: Fraba GmbH

Ein von Posital seit Jahren bei Vollwellengebern eingesetzter Wiegand-Harvester, der Rotationsbewegungen in elektrische Impulse umsetzt und für das Hohlwellen-Design fit gemacht wurde, sorgt für einen komplett energieautarken Betrieb. Typisches Einsatzfeld der Hollow Shaft-Kits sind Roboter und Cobots. Die Montage-Kits, die bei einem Außendurchmesser von 80mm gerade mal 110g wiegen, lassen sich direkt in die Gelenke der Roboterarme integrieren. Punkten können die Kits auch überall dort, wo es um die direkte Montage auf der Achse eines Motors geht. Ihr schlankes Design (17,8mm Tiefe) und die große zentrale Öffnung (30 oder 50mm) prädestinieren sie für viele Anwendungen. Da sich magnetische Systeme nur schwer in Hohlwellen-Designs umsetzen lassen, gab man der kapazitativen Messtechnik den Vorzug, die eine elektronische Auflösung von 18Bit bei Singleturn- oder 16Bit bei Multiturn-Einsätzen ermöglichen, gepaart mit einer Genauigkeit von ±0,02Grad. Keykomponenten der kapazitativen Kits sind die mit unterschiedlichen Mustern gestalteten leitfähigen Oberflächen von Rotor und Stator. Sie erzeugen elektrische Hochfrequenzsignale, die über ASIC-Prozessoren gescannt werden. Dabei werden die aktuellen Weg- und Winkelparameter als eindeutiger Positionswert über die SSI oder BiSS C an die zentrale Steuerung gegeben. Da beim Scannen immer die komplette Oberfläche erfasst wird, lassen sich die Hohlwellen-Kits auch von punktuellen Verschmutzungen nicht irritieren. Herzstück des autarken Multiturn-Systems ist ein spezieller Energy Harvester, der als SMD-bestückbare Komponente von Posital industriell gefertigt wird. Hier sorgen Impulse aus einem Wiegand-Draht für Energie. Während der klassische Wiegand-Harvester beim Vollwelleneinsatz mit einem zentralen Permanentmagneten operiert, musste für das Hohlwellen-Design ein komplett neues Setup gefunden werden. Über Feldtests und Magnetfeldsimulation wurde eine Lösung mit vier Diametralmagneten entwickelt, die gleichmäßig im Rotor platziert wurden. Die vier Magnete sorgen für ein stabiles Magnetfeld, das der im Stator installierte Wiegand-Sensor detektieren und nutzen kann. Mit jeder 360°-Rotation des externen Magnetfeldes erzeugt der Wiegand-Draht einen Spannungsimpuls und versorgt die Zählelektronik. Der Multiturn-Zähler verfügt über einen 43Bit-Speicher für einen Messbereich von fast neun Billionen Umdrehungen.

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