Inkrementaldrehgeber mit Sinus-Cosinus-Ausgang

Die Ableitung der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl aus einer Kreisbewegung erfordert eine Bereitstellung mehrerer tausend Messwerte pro Sekunde an das Regelgerät. Aus der Differenz der verfügbaren Messwerte pro Zeiteinheit ist es dann möglich, die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit des Systems zu bestimmen. Werden zu solchen Zwecken Inkrementaldrehgeber eingesetzt, besteht die Möglichkeit, dass es zu Ungenauigkeiten bei der Messung kommt. Inkrementaldrehgeber verfügen in der Regel über die zu solchen Messungen erforderlichen Impulszahlen. Falls Antriebe jedoch mit sehr langsamen Drehzahlen betrieben werden – in manchen Fällen sogar mit einer Drehzahl von unter 1min-1 – müssen hochgenaue Drehgeber eingesetzt werden. Bei Regelungen in niedrigen Drehzahlbereichen von unter 60min-1 können Vibrationen in der Antriebswelle auftreten, die vermehrt durch Abbremsvorgänge durch die Motorsteuerung verursacht werden. Das führt zu Ungenauigkeiten bei der Ausgabe der digitalen Signale beim Einsatz von Inkrementaldrehgebern. Sinus-Cosinus-Drehgeber für hochdynamische Antriebe Eine Lösung bietet dem Anwender in solchen Fällen die Verwendung von Sinus-Cosinus-Drehgebern, deren Einsatz dort empfehlenswert ist, wo Anwendungen mit sehr niedrigen Drehzahlen zu finden sind. Niedrige Drehzahlen erfordern eine sehr große Anzahl an Messschritten pro Umdrehung. Deshalb hat sich dort der Einsatz von Sinus-Cosinus-Drehgebern als sinnvoll erwiesen. Bei diesen Drehgebern werden zwei um 90° gegeneinander phasenverschobene Sinussignale ausgegeben, die eine winkelabhängige Information enthalten. Aus dieser lässt sich durch Interpolation eine Information über die Lage mit einer viel höheren Auflösung ableiten, als es der Anzahl der Nulldurchgänge der Sinussignale entspricht. Analog zu Inkrementaldrehgebern wird auch bei Sinus-Cosinus-Drehgebern die \“grobe\“ Lageinformation aus den Nulldurchgängen der Sinus- und Cosinus-Signale gewonnen. Wird dann eine \“feine\“ Information über die Lage erforderlich, findet eine Berechnung über den Arcustangens statt. Wie genau die Information über die Lage dann letztendlich ist, hängt von der Qualität der im Drehgeber erzeugten Sinus-Cosinus-Signale ab. Platz sparende Montagetechnik Neben immer höheren Anforderungen an die Technik nimmt für den Anwender auch die Möglichkeit zur Rationalisierung eine immer größere Bedeutung ein. Der Wunsch nach einer rationelleren Kopplung von Antriebswelle und Drehgeber führte schon vor Jahren zur Entwicklung von Hohlwellen-Ausführungen. Aufgrund des anhaltenden Kostendrucks ist hier ein langfristiger Trend zu dem zügigen und Platz sparenden Montageprinzip erkennbar. Bei der Anbindung klassischer Vollwellen-Drehgeber an die Welle des Antriebs ist eine so genannte Wellenkupplung unverzichtbar. Sie gleicht den Wellenversatz aus und fängt Stöße und Schwingungen auf. Diese sind während des Betriebs nie ganz vermeidbar und würden zu einer Zerstörung des Sensors führen. Grundsätzlich sind bei der Montage von Vollwellendrehgebern mehr mechanische Bauteile im Spiel als bei der Hohlwellenmontage. Daraus resultieren einerseits ein höherer Montageaufwand sowie andererseits mehr Verschleiß und eine größere Belas­tung des Materials. Drehgeber mit Hohlwelle dagegen werden direkt auf die Antriebswelle gesteckt und dort mit Hilfe eines Klemmrings befestigt. Eine Drehmomentstütze verhindert ein Verdrehen des Geräts. Da Hohlwellendrehgeber vollkommen von der Welle getragen werden, können sie allen Bewegungen der Antriebswelle problemlos folgen. Ein Ausgleich des Wellenversatzes – wie es bei Vollwellengebern erforderlich ist – wird dadurch überflüssig. Aufwendige Kupplungskonstruktionen sind in diesem Fall nicht notwendig. Das ermöglicht dem dem Anwender kompaktere Konstruktionen. Grundauflösung von bis zu 100.000 Schritten Hochauflösende Inkrementaldrehgeber liefern dem Anwender durch Einsatz eines internen Interpolationsverfahrens eine Grund­auflösung von bis zu 100.000 Schritten. Sie generieren durch kundenseitige Auswertung der Flanken der Spuren A und B maximal 400.000 Flanken. Absolutwertgeber mit SSI-Schnittstelle und Bus­sys­temen wie CANopen, DeviceNet, Profibus oder Ethernet besitzen eine Gesamtauflösung von über einer Milliarde Messschritte. Der Inkrementaldrehgeber mit Sinus-Cosinus-Ausgang ergänzt diese Drehgeber von Pepperl+Fuchs. Mit Hilfe einer neuen Abtasttechnologie werden sehr genaue Sinus-Signale erzeugt. Sie ermöglichen den Einsatz des Geräts auch in Anwendungen mit geringen Drehzahlen. Der Sinus-Cosinus-Drehgeber RHS58 ist kompakt und kommt u.a. in Verpackungsmaschinen, Windkraftanlagen, der Aufzugstechnik oder bei Elektromotoren zum Einsatz. Kompaktes Format und Schutzklasse IP54 Mit einem Gehäuse im 58mm-Industriestandard sind für den Sinus-Cosinus-Drehgeber RHS58 Hohlwellendurchmesser von 10, 12 sowie 15mm verfügbar. Das robuste Gehäuse des Geräts mit der IP-Schutzklasse 54 ermöglicht dem Anwender Schutz vor mechanischen Belas­tungen sowie Feuchtigkeit und Staub. Als Auflösung kann der Kunde zwischen 1.024 und 2.048 Impulsen pro Umdrehung wählen. Ausgangsseitig steht dem Anwender ein Drehgeber zur Verfügung, der ein Sinus-Cosinus-Signal liefert und mit 5V betrieben wird. Die maximale Ausgangsfrequenz beträgt 200kHz. Der Arbeitstemperaturbereich reicht beim Sinus-Cosinus-Drehgeber RHS58 von -208C bis +808C. Eine weitere interessante Eigenschaft ist die Klemmung der Welle. Der Drehgeber bietet dem Kunden die Möglichkeit, in einem Gerät sowohl einen deckelseitige wie auch eine flanschseitige Klemmung zu nutzen. Damit stehen dem Kunden im Bereich der Hohlwellendrehgeber verschiedene Baugrößen, Auflösungen und Ausgangsvarianten für individuelle Anforderungen zur Verfügung. SPS/IPC/DRIVES 06: Halle 7A, Stand 210