16.04.2020

Expertenrunde Heavy-Duty-Drehgeber - Teil 1/2

Hart im Nehmen

Heavy-Duty-Drehgeber kommen dort zum Einsatz, wo raue Umgebungsbedingungen herrschen. Aber was definiert einen Heavy-Duty-Drehgeber genau und welche Trends gibt es dort? Um dies zu diskutieren, hat das SPS-MAGAZIN sieben Drehgeber-Hersteller (s. Kasten) eingeladen. Das Gespräch moderierte Dr. Johann Pohany, (Medidtcine).


Die Teilnehmer der Drehgeber-Expertenrunde 2020: (vorne, v.l.n.r.) Bastian Fitz (SPS-MAGAZIN), Arnold Hettich (Kübler), Christian Güntert (Pepperl+Fuchs), Ulf Stark (TWK), Thomas Brandenburger (Hübner Gießen); (hinten, v.l.n.r.) Steffen Günther (Baumer Hübner), Steffen Negeli (Wachendorff), Dr. Johann Pohany (Medidtcine), Peter Ebert (SPS-MAGAZIN), Jörg Paulus (Fraba)
Bild: TeDo Verlag GmbH

Was unterscheidet einen Heavy-Duty-Drehgeber von einem normalen Drehgeber?

n Thomas Brandenburger (Hübner Gießen): Der Drehgeber muss eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit haben. Da wir beim Heavy-Duty-Drehgeber zudem über extreme Umgebungsbedingungen reden, liegt der Hauptunterschied in der mechanischen Robustheit. Wir wissen aus Erfahrung, dass ein Drehgeber auch schon mal als Steighilfe herhalten muss. Natürlich geht es aber auch um IP-Schutzarten sowie die mechanische Robustheit von Dichtungen, Kabelanschlüssen bis hin zur EMV.

n Jörg Paulus (Fraba): Heavy Duty wird in jeder Industrie ein bisschen anders verstanden. Wenn ich im Offshore-Bereich oder Stahlwerk bin, geht es tatsächlich um Robustheit, aber auch in der Lebensmittelindustrie werden Heavy-Duty-Drehgeber eingesetzt.

n Steffen Günther (Baumer Hübner): Letztendlich geht es um Leistungsreserven, die man mit einem Heavy-Duty-Drehgeber bieten kann. Viele dieser Reserven basieren dabei auf den Erfahrungen der Hersteller.

n Christian Güntert (Pepperl+Fuchs): Die Auslegung der Drehgeber für Temperaturen, z.B. in einem Stahlwerk, geht nicht nur mit der Auslegung des Gehäuses einher, sondern auch mit der integrierten Elektronik und dem Material aus dem die Codescheibe bei einer optischen Abtastung besteht.

n Arnold Hettich (Kübler): Heavy-Duty-Produkte sind in einem weiten Temperaturbereich einsetzbar und eine hohe Schutzart ermöglicht den Einsatz auch unter den widrigsten Bedingungen. Unser Slogan lautet Heavy-Duty-Safety-Lock-Design, also den Lageraufbau noch robuster zu machen als bei kompakten 58mm-Drehgebern.

n Ulf Stark (TWK): Wir machen bereits seit vielen Jahre Heavy-Duty-Geber für Applikationen im Grenzbereich, z.B. für Unterwasseranwendungen bis zu 3.000m Tiefe. Dort kommt es letztendlich auf Details an, ob z.B. eine Kabelspezifikation oder ein Dichtring in dieser Tiefe noch funktioniert.

n Steffen Negeli (Wachendorff): Zuverlässigkeit ist bei Heavy-Duty-Drehgebern der entscheidende Punkt, also die Ausfallzeiten minimieren. Das Wichtigste ist es, Erfahrungen zu sammeln, um für die jeweilige Branche die passenden Produkte zu haben.

Macht ein großer Lagerabstand bereits einen Heavy-Duty-Geber aus?

n Hettich: Ein großer Lagerabstand alleine macht keinen Heavy-Duty-Drehgeber aus. Aber natürlich ist der Aufbau der Lagerbaugruppe mitentscheidend, ob ein Drehgeber in einer Heavy-Duty-Applikation zuverlässig eingesetzt werden kann oder nicht.

n Negeli: Die Lagerung ist bei Heavy-Duty-Gebern, wenn man auf den Mechanikaspekt schaut, sehr wichtig. Wir haben daher einen Lagerpaket-Prüfstand konzipiert, bei dem wir das komplette Lagerpaket bzgl. der Lasten und der Lebensdauer vorab testen.

n Stark: Gerade im Bereich der Lager geschieht bei den Patenten derzeit sehr viel. Die Drehgeberhersteller sollten diese Entwicklungen sehr genau verfolgen.

n Güntert: Ein größerer Lagerabstand alleine macht keinen Heavy-Duty-Drehgeber aus, aber die Produkte sollten einen ausreichenden Puffer haben, was die Belastung der Lager angeht.

n Günther: Grundsätzlich ist die Leistungsfähigkeit eines Heavy-Duty-Drehgebers nicht alleine abhängig von großen Lagerabständen, aber es hilft ungemein. Zum einen sind Sie beispielsweise bei Kombinationen baulich gezwungen eine zweiseitige Lagerung einzusetzen. Zum anderen ist eine Durchgängigkeit im Portfolio wichtig, z.B. hinsichtlich der Biegebelastung auf die Geberwelle. Wir tun uns aber derzeit sehr schwer mit der Vergleichbarkeit unterschiedlicher Hersteller. Wir haben anhand der Datenblätter nachgerechnet, was am Markt bzgl. Lagerbelastungen verfügbar ist. Einige Hersteller berechnen z.B. ihre axiale und radialen Lasten unter Vernachlässigung der jeweils anderen Last. Andere betrachten kombinierte Lasten, das heißt es gibt völlig unterschiedliche Möglichkeiten, seine Werte entsprechend zu berechnen.

n Brandenburger: Auch wir haben beide Strukturen im Programm, das heißt also auch beidseitige Lagerung, insbesondere bei den großen Gebern. Damit sind auch Kombinationen mehrerer Geber möglich, die eine Menge leisten können. Der Lagerabstand ist aber nur ein Kriterium von vielen. Wichtig ist, die Dimensionierung der Kugellager von der Anwendung her auszulegen. Größere Kugellager können größere Kräfte aufnehmen. Aber auch das in einem Lager eingesetzte Schmiermittel hat einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer eines Drehgebers.

Wo fängt Heavy Duty überhaupt an?

n Paulus: Für uns fängt Heavy Duty dort an, wo Wind und Wetter eine Rolle spielen, z.B. bei mobilen Maschinen oder Windkraftanlagen im Offshore-Bereich. Bei Salzwasserumgebungen brauche ich auch Heavy-Duty-Funktionalitäten mit entsprechenden Gehäusebeschichtungen.

n Negeli: Heavy Duty wird immer dann benötigt, wenn spezielle Anforderungen zu erfüllen sind, z.B. eine elektronische Stabilität gegenüber Spannungsspitzen wie z.B. bei Krananlagen, bei denen kurzfristig Überspannung auftreten kann. Dort sind dann Heavy-Duty-Geber gefragt, da ein normaler Geber diese Umgebungsbedingungen nicht erfüllt.

n Stark: In der Windenbranche wird eine Gebrauchsdauer von 20 Jahren gefordert, aber es gibt Applikationen, dort müssen Geber auch 'nur' fünf Jahre funktionieren und dennoch hat das Produkt seine Aufgabe erfüllt. Bei der erwähnten Unterwasserapplikation mussten die Geber nur ein Jahr laufen.

n Güntert: Wichtig ist, bereits im Vorfeld die Beratung zu suchen, um herauszufinden, was die genauen Anforderungen des Kunden sind. Das kann eine Heavy-Duty-Variante sein, aber auch ein Standarddrehgeber, der aggressivere Medien wie Reinigungsmittel oder höhere Wellenbelastungen aushalten muss.

n Hettich: Was bisher noch nicht genannt wurde sind Großmotoren und Generatoren. Auch dort sehen wir Heavy-Duty-Geber. Bei uns sind alle Drehgeber-Baureihen auf Robustheit ausgelegt - immer im Verhältnis zu der Größe. Von Heavy Duty sprechen wir ab einer Baugrößen von mehr als 58mm Außendurchmesser, da erst dort die robusten Lagereinheiten reinpassen.

Bei Functional Safety wollen Anwender oft erst einen SIL3-Geber. Dann stellen sie fest, dass diese mehr kosten und man relativ unflexibel ist, wenn sich die Applikation ändert. Besteht bei Heavy-Duty-Drehgebern die Möglichkeit, anstatt eines Functional-Safety-Zertifikats die gesamte Lösung nach Functional-Safety-Richtlinien zu designen, allerdings ohne eine Zertifizierung?

n Paulus: Beide Lösungen - mit bzw. ohne Zertifierung - haben ihre Vorteile. Mit einem fertig zertifizierten Drehgeber muss ich kein Anwendungs-Knowhow haben. Mit redundanten Systemen dagegen kann ich deutlich besser reagieren und definieren, wann ich in einer Gefahrensituation bin.

n Günther: Gerade im Heavy-Duty-Bereich ist es so, dass Kunden möglichst wenig unterschiedliche Varianten in ihrer Applikation wollen. Daher sehen wir durchaus den Bedarf, nachdem die ersten Diskussionen um SIL3 in der Realität angekommen sind, auch Safety-on-Demand zu machen. Also Produkte, die der Kunde schon kennt und denen er vertraut, um sie mit Zusatzmodulen zu kombinieren, damit er eine zertifizierte Drehzahl bzw. Position bekommt. Wir sehen den Bedarf an SIL3-Drehgebern, aber in der Realität überwiegt derzeit noch bei den meisten Projekten SIL2. Dennoch muss man SIL3-Lösungen im Portfolio haben, um beim Kunden berücksichtigt zu werden.

n Güntert: Auch der Großteil unserer Anfragen bezieht sich eher auf SIL2-Geber.

n Brandenburger: Wir haben vor zehn Jahren entschieden, dass wir in den Zertifizierungsbereich gehen, obwohl es damals schon eine Menge an redundanten Lösungen gab. Wir haben sowohl SIL2- als auch SIL3-Lösungen und in der Tat wird SIL2 deutlich mehr nachgefragt. Bei manchen Anwendungen haben wir sogar beides, z.B. am Kranhubwerk. Zertifizierte Subsysteme vereinfachen Projektierung und Abnahme enorm. Wer mit seiner Sicherheitsfunktion zusätzlich unabhängig von der SPS sein möchte, findet bei uns Drehgeber mit sicherheitszertifizierten Drehzahl- und Positionsschaltern.

n Hettich: Für Baugrößen größer 58mm haben wir derzeit noch keine Safety-Geber im Programm. Wir setzen bei Heavy-Duty-Drehgebern beim Thema funktionale Sicherheit mehr auf lagerlose Drehgeber. Dort kann man bereits heute schon mit zwei Sensorköpfen ein redundantes System realisieren. Bei Heavy-Duty-Drehgebern geht es aber oft nicht um große Stückzahlen. Wenn man dann eine komplette Drehgeberfamilie zertifizieren muss, fehlt meist der Business Case, um die Kosten auch wieder rein zu holen.

Teilnehmer

n Steffen Günther, Leiter Business Unit Heavy Duty Encoder, Baumer Hübner

n Jörg Paulus, General Manager, Posital EMEA, Fraba

n Thomas Brandenburger, Head of Marketing & Product Management, Hübner Gießen

n Arnold Hettich, Produktmanager Positions- und Bewegungssensorik, Kübler

n Christian Güntert, Leitung Produktmanagement Drehgeber, Pepperl+Fuchs

n Ulf Stark, Leitung Technisches Büro, TWK

n Steffen Negeli, Produktmanager, Wachendorff

n Moderator: Dr. Johann Pohany, Geschäftsführer, Medidtcine

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