Nonius-Absolutwertgeber für die Antriebspositionierung

Das Messprinzip der Absolutwertgeber von Lenord + Bauer basiert auf der magnetischen Abtastung einer ferromagnetischen Maßverkörperung, die eine hohe Präzision und Genauigkeit magnetischer Absolutwertgeber ermöglicht. Die Codescheibe trägt drei Spuren, die jeweils der Noniusregel folgend unterschiedliche Stegzahlen haben. Die Spuren werden mittels Giant-Magneto-Resistance-(GMR)-Elementen abgetastet und erzeugen Sinussignale, deren Phasen mit den Stegen korrespondieren. Aus der eindeutigen Phasenbeziehung der Sinussignale zueinander wird mittels Nonius-Berechnung die Absolutposition bestimmt, da der auf 360° eindeutige Phasenversatz die Ermittlung einer Absolutposition ermöglicht. Dieses Verfahren ist anderen magnetischen Absolutwertgebern, die nur die Feldlinienorientierung eines Stabmagneten abtasten können, überlegen. Nonius-Maßverkörperung Das Oberflächenprofil der ferromagnetischen Codescheibe wird mittels konventioneller Belichtungs- und Ätzverfahren erzeugt, wobei die kleinsten relevanten Strukturgrößen im Bereich einiger 10 bis 100µm liegen – bei einem Stegscheibendurchmesser von ca. 50mm. Diese Strukturgrößen werden durch moderne Verfahrenstechniken aus der Halbleitertechnik beherrscht. Bei diesen Verfahren wird die gesamte Oberflächenstruktur der Stegscheibe in einem Schritt erzeugt, wodurch eine hohe Maßhaltigkeit, Strukturtreue und Homogenität erreicht werden. Relevante Strukturgrößen auf der Stegscheibe können deutlich größer dimensioniert werden. Die metallischen Stegscheiben sind daher unkritisch in der Handhabung. Für die Abtastung der Noniusscheiben wurden Sensoren eingesetzt, die den Giant-Magnetor-Resistance-Effekt (dt. Riesenmagnetowiderstand, GMR) nutzen. Der GMR-Effekt ist ein Grenzschichteffekt, der durch eine symmetrische Magnetfeldmodulation relativ zu dessen parallelen Grenzschichten in einer symmetrischen Änderung des elektrischen Widerstandes resultiert. Die auch von Computerfestplatten bekannten GMR-Sensorelemente weisen eine hohe Empfindlichkeit und Linearität auf. Sie sind kompakt gebaut und haben einen geringen Temperaturdrift. Lenord + Bauer realisierte den grundsätzlichen Aufbau eines Magnetkreises zur Abtastung einer magnetisch passiven Maßverkörperung durch einen Stützmagneten, ein Sensorelement und eine Maßverkörperung. In einem Abstand von wenigen 100µm sind Maßverkörperung und Sensorelement zueinander angeordnet, sodass das Oberflächenprofil der rotierenden Maßverkörperung das permanente Magnetfeld des Stützmagneten moduliert. Jeder Magnetkreis erzeugt in Kombination mit den Spuren der Stegscheibe Sinussignale mit abweichender Phasenlage. Ein hochintegriertes ASIC führt neben der Nonius-Auswertung auch den Abgleich der GMR-Sensoren elektronisch durch. Mechanische Fertigungstoleranzen werden so ohne manuelles Eingreifen abgeglichen. Der GEL 235 errecht in der Serie eine Genauigkeit von besser 0,1° bzw. 11Bit und bei selektierten Geräten eine Genauigkeit bis zu 13Bit bzw. 0,04°. Durch die hohe Gesamtauflösung von 28Bit (16Bit Singleturn/12Bit Multiturn) werden Bewegungsprozesse sicher erfasst. Der Anwender profitiert von einer dynamischen Regelung und der hoch reproduzierbaren Signalqualität. Mithilfe dieses magnetischen Messprinzips leiden die \’Nonius-Absolutwertgeber\‘ nicht unter Alterungseffekten. Bei wechselnden Umgebungstemperaturen, Feuchteschwankungen, starke Vibrationen usw. können die Geber dauerhaft eingesetzt werden. Eine hohe Auflösung und Genauigkeit, die man sonst nur von optischen Gebern kannte, sind durch diese Innovation vorteilhaft mit den Eigenschaften der langlebigen und robusten magnetischen Absolutwertgebern kombiniert worden. Merkmale der Standard-Baureihe Die Sensorik der Baureihe GEL 235 hat eine hohe Auflösung und Genauigkeit und enthält ein mechanisches Getriebe. Durch intelligente Aufbau- und Verbindungstechnik ist daraus ein kompakter Standard-Drehgeber entstanden. Mit einer maximalen Auflösung von bis zu 28Bit (65.536 Schritte pro Umdrehung und 4.096 Umdrehungen) sind diese Systeme für viele Anwendungsfälle geeignet. Ausgestattet mit Standardschnittstellen wie SSI, Profibus und CAN­open entsprechen sie den Erwartungen der heutigen Automatisierungswelt. Die Feldbusschnittstellen werden modular in der bewährten Bushaubentechnik ausgeliefert. Nach und nach werden die etablierten Feldbussysteme um die neuen Schnittstellen Ethercat, Profinet und andere Schnittstellen erweitert. Schnittstellenoptimierte Varianten Getrieben durch anwendungsspezifische Anforderungen entwickelte Lenord + Bauer einige Drehgeber-Varianten, die von der oben beschriebenen Standard-Baureihe abweichen. Basierend auf Nonius-Technologie wurden Gehäusebauformen verändert sowie weitere Schnittstellen entwickelt. Das in der Standard-Baureihe GEL 235 verwendete Getriebe wurde beispielsweise durch einen batteriegepufferten Zähler ersetzt. Dieser Zähler bietet bis zu 12Bit (4.096 Umdrehungen) und kann je nach Bedarf auf mehr Umdrehungen erweitert werden. Die Spannungs- und Stromschnittstelle wurde mit Intelligenz versehen. So ist es möglich, den Messbereich flexibel in Bezug auf das Ausgangssignal zu programmieren. Meist sind diese Systeme in Edelstahlgehäusen untergebracht. Somit wiederstehen sie rauen äußeren Einflüssen, die beispielsweise bei mobilen Arbeitsmaschinen Gang und Gäbe sind. Zudem verfügen sie über eine kompakte Bauform und bieten grundsätzlich M12-Steckverbindungen. Bauraumoptimierte Varianten Da mangelnder Bauraum für viele Drehgebersysteme eine kritische Größe ist, entstand die Idee einen flachen Einbaugeber zu konstruieren. Der hierdurch entstandene GEL 2310 zählt zu den flachsten existierende Absolutwertgebern am Markt. Der Drehgeber bietet 16Bit (65536 Schritte) Auflösung auf 360° bei einer absoluten Genauigkeit von <0,1°. Er besitzt eine Durchgangshohlwelle mit 15mm Wellendurchmesser und einen radialen Kabelabgang. Alternativ kann der Drehgeber mit offenen Lötkontakten ausgeliefert werden, um die Integration beim Anwender zu ermöglichen. Die Bauhöhe des Drehgebers bemisst 15mm. Dadurch ist es sogar möglich, zwei dieser Systeme miteinander zu kombinieren und dadurch ein redundantes Gebersystem mit zwei komplett galvanisch getrennten Einheiten zu erhalten. Der verwendete Bauraum ist somit noch immer geringer, als der eines normalen Standarddrehgebers. Die Ausgabe der Positionsdaten erfolgt über die SSI-Schnittstelle. Zusätzlich zum digitalen Positionssignal kann auch ein analoges sin/cos-Signal ausgegeben werden. Stegscheibentechnologie setzt sich durch Nach der Einführung der Nonius Stegscheibentechnologie vor drei Jahren haben sich die damit ausgerüsteten Produkte erfolgreich im Markt etabliert. Vor allem die Flexibilität der Basissensorik hat sich bei der Umsetzung von anwendungsspezifischen Projekten als Vorteil erwiesen. Dadurch konnten neben dem GEL 235 als Standardversion weitere schnittstellen- und bauraumoptimierte Varianten realisiert werden. Neben absoluten Drehgebern konnte mit der Stegscheibentechnologie ein inkrementeller Drehgeber entwickelt werden, der auf der SPS/IPC/Drives in diesem Jahr vorgestellt wird. Die magnetische Abtastung einer ferromagnetischen Stegscheibe kombiniert hohe Präzision und Genauigkeit mit hoher Robustheit. Für Kunden existiert damit ein Lösungsansatz, mit dem vormals existierende Prob­lemfelder eliminiert werden können. SPS/Drives/ICP: