Robust-Encoder: Multiturn zählen ohne Batterie und Getriebe

Maximale Verfügbarkeit, einfache und vielseitige Integration in mechanischer wie elektrischer Hinsicht sowie kompakte Abmessungen sind die Kernforderungen vieler Anwender, die es bei der Entwicklung der neuen Encoder-Baureihe zu berücksichtigen galt. Im Mittelpunkt stand der oft geäußerte Wunsch, die Robustheit magnetischer Multiturn-Encoder weiter zu erhöhen. Das betrifft einmal das Thema Temperatur, d.h. die Standfestigkeit von Batterien, und zum anderen die Schock- und Vibrationsfestigkeit – also den Aspekt der integrierten Bauteile, vor allem des mechanischen Getriebes. Die Herausforderung bestand darin, eine Lösung zu finden, um sowohl die Anzahl von Umdrehungen zu zählen und energielos und ohne Getriebemechanik zu erfassen. Den Lösungsansatz bietet ein magnetisches Funktionsprinzip, genauer gesagt die Wieganddraht-Technologie. Wieganddraht-Technologie: Draht ersetzt Batterie und Getriebe Basis der neuen Technologie ist ein Effekt, der Anfang der 70er-Jahre des vergangenen Jahrhunderts von John R. Wiegand entdeckt und nach ihm benannt wurde. Dabei handelt es sich um eine physikalische Erscheinung in homogenen, ferromagnetischen Drähten: Ändert sich die Stärke eines von außen wirkenden Magnetfeldes über ein bestimmtes Maß hinaus, erfolgt eine sprungförmige Ummagnetisierung des Drahtes. Diese schlagartige Richtungsumkehr der Magnetisierung induziert ihrerseits in einer z.B. um den Draht gewickelten Spule einen kräftigen Spannungsimpuls, der sensortechnisch ausgewertet werden kann. Der sogenannte Wieganddraht ist etwa ¼mm stark und besteht aus einer speziellen Legierung aus Kobald-Eisen-Vanadium. Der Mantel ist somit ein hartmagnetisches Metall, während der Kern weichmagnetische Eigenschaften besitzt. Mantel und Kern weisen dadurch eine unterschiedliche Magnetisierbarkeit auf. Überschreitet ein auf den Draht einwirkendes Magnetfeld eine bestimmte Stärke, kommt es zu der von Wiegand entdeckten, sprunghaften Ummagnetisierung des Kerns. Im A3M60-Encoder wird dies durch einen rotierenden Magneten erzeugt. Der hierbei entstehende Spannungsimpuls wird durch eine Spule im Encoder, die den Wieganddraht umgibt, erfasst und als Umdrehungen gezählt. Auf diese Weise wird auch die Drehrichtung erkannt sowie die für die Auswerteelektronik erforderliche Energie erzeugt. Anforderungen: Robuste Encoder mit hoher Verfügbarkeit Mit der Nutzung der robusten und energieautarken Wieganddraht-Technologie erfüllen die neuen Multiturn-Encoder von Sick das wichtigste Anliegen vieler Anwender: mehr Robustheit für eine hohe Verfügbarkeit. Gerade beim Einsatz im rauen Umfeld, z.B. in Palettiersystemen, in Zuführeinrichtungen, an Kranfahrzeugen, in Walzwerken, in Holzverarbeitungsmaschinen oder in der Verpackungstechnik, verbessern das berührungslose Messprinzip sowie der Verzicht auf eine Batterie und die beweglichen Teile eines Getriebes die Lebensdauer erheblich. Hinzu kommen Schutzart IP67, ein Betriebstemperaturbereich von -30 bis + 85°C sowie die Unempfindlichkeit gegenüber Betauung des Sensorelementes, die die Langlebigkeit der Encoder ebenfalls positiv beeinflussen. Mit der Verbesserung der Verfügbarkeit sinken gleichzeitig die Betriebskosten, denn der Aufwand für Wartung und Instandhaltung ist beim A3M60 gering. Außerdem bieten die Wieganddraht-Encoder eine höhere Fertigungseffizienz: Ein Magnet dient als \’Maßverkörperung\‘ für Single- und Multiturn; und die gesamte Sensoreinheit einschließlich der Auswertung befinden sich auf einer einzigen, automatisch bestückten Platine. Die Reduzierung der Bauteile im Geber verkürzt so die Fertigungszeit. Das alles bedeutet mehr Wirtschaftlichkeit und schnellere Verfügbarkeit – Merkmale, auf die Anwender von Encodern neben aller Robustheit ebenfalls großen Wert legen. Vielseitigkeit für unterschiedliche Applikationen integriert Damit der A3M60 in vielfältigen Applikationen eingesetzt werden kann, verfügt der Encoder über eine Auflösung von 14Bit Singleturn und 17Bit Multiturn. Die maximal mögliche Positionsbreite, die über das Profibus-DP-V2-Profil übertragen werden kann, beträgt somit 31Bit. Diese Schnittstelle ist bei diesen Encodern auf einer Platine im gleichen Gehäuse untergebracht; eine externe Bushaube ist also nicht erforderlich. Das gilt auch für die weiteren Schnittstellen, die für diese Baureihe derzeit in Vorbereitung sind. Auch durch seine kleine Bauform ist der Encoder vielseitig einsetzbar. Die kompakte Sensoreinheit hat einen Durchmesser von nur 36mm und ermöglicht eine platzsparende Integration. Gleiches gilt für die Einbautiefe: Mit nur 65mm können Antriebe möglichst kompakt konstruiert und die Encoder auch unter beengten Platzverhältnissen montiert werden. Das gilt gleichermaßen für alle Versionen mit ihren verschiedenen Aufsteck- und Hohlwellen-Durchmessern. Sind die Zeiten der optischen Encoder vorbei? Die Vorteile des Encoders mit Wieganddraht-Technologie liegen in der hohen Robustheit, der vielseitigen Einsetzbarkeit sowie seinem berührungslosen Funktionsprinzip. Die Zeiten optischer Single- und Multiturn-Encoder, z.B. der Baureihen AFM oder AFS, sind dennoch nicht vorbei. Auch sie haben ihre Daseinsberechtigung – wenn man z.B. an die Vorteile hinsichtlich Präzision und Geschwindigkeit denkt. Aber mit den neuen magnetischen Encodern bietet Sick \’best of both worlds\‘. Dadurch können die Anwender ihre Anforderungen noch flexibler abdecken. Je nach Applikation wählen sie zwischen optischer oder magnetischer Technologie, bestimmen die gewünschte Bauform und entscheiden sich unabhängig, welchen der verschiedenen Feldbusse Ethernet/IP, Profinet oder Ethercat sie an die Busschnittstelle der Encoder anschließen wollen.