Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sec.

• BlueBeam-Technologie verbessert die wesentlichen Eigenschaften inkrementeller
Drehgeber.

• Drehgeber-Serie ENI58IL bietet höhere Signalgüte, Genauigkeit und hohe elektrische
Robustheit bis in hohe
Drehzahlbereiche.

• Gefertigt im One-Piece-Flow-System ermöglicht hohe Produktvarianz als Standardlösungen mit schneller Lieferung
ab Losgröße 1.

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Farbwechsel bei Drehgebern: Blaue LED erweitern den Einsatzbereich optischer Standard-Drehgeber hinsichtlich Auflösung und Einsatzbedingungen. Pepperl+Fuchs

Inkremental-Drehgeber bilden die Brücke zwischen Mechanik und Elektronik. Sie liefern Werte für Drehbewegungen, Lage und Winkelgeschwindigkeiten. Realisiert wird dies mit einem zur Bewegung proportionalen und periodischen Signal realisiert. Dabei erfasst der Drehgeber pro Wellenumdrehung eine definierte Anzahl von Impulsen, woraus sich die Winkelposition bestimmen lässt. Die Messung der Periodendauer bzw. das Zählen der Impulse pro Zeiteinheit liefert wiederum die Geschwindigkeit einer Bewegung. Addiert man die Impulse ab einem Referenzpunkt, ist der Zählwert ein Maß für den überstrichenen Winkel oder die zurückgelegte Wegstrecke. Zweikanalige Drehgeber – das heißt mit um 90° phasenverschobenen Ausgangssignalen A und B – geben der nachgeschalteten Elektronik die Möglichkeit, die Drehrichtung der Welle zu erkennen und erlauben dadurch auch bidirektionale Positionieraufgaben. Dreikanalige Inkrementalgeber stellen zusätzlich einmal pro Umdrehung ein sogenanntes Nullsignal bereit.

Bei der optischen bzw. photoelektrischen Abtastung wird eine rotierende Codescheibe mit einem radialen Strichgitter als Maßverkörperung eingesetzt. Die Rotation der Codescheibe sorgt für eine periodische Modulation des Lichtstroms aus einer Sende-LED – dem bisherigen Stand der Technik entsprechend eine Infrarot-LED. Ein Sensorelement detektiert die Intensität und generiert ein proportionales elektrisches Signal.

Blaue LED – die Vorteile
der kürzeren Wellenlänge

In den Inkremental-Drehgebern ENI58IL mit Bluebeam-Technologie setzt Pepperl+Fuchs nun spezielle Blaulicht-LEDs ein. Der Vorteil: Blaues Licht hat bei gleicher Spaltbreite eine geringere Beugung im Vergleich zu dem längerwelligen
Infrarotlicht und kann deshalb die Striche der Codescheibe schärfer abbilden. In Verbindung mit den feineren und flacheren Strukturen aktueller Abtast-ASICs, ist die Eindringtiefe des blauen Lichts in den Chip geringer, das heißt energetischer. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Lichtquelle, so dass der Abtastchip viel schärfere Konturen erzeugt. Das Resultat ist eine erhöhte Auflösung von 5 000 Impulsen (Infrarot) auf 10 000 (Blau) bei einer Code-Scheibe mit 26 mm Durchmesser, eine verbesserte Signal-Amplitude und ein deutlich verringerter Flankenjitter: Die Toleranz der Phasenlage von Kanal A zu Kanal B verringert sich auf unter 10 %, was im Vergleich zu üblichen Infrarot-Drehgebern mehr als eine Verdopplung der
Signalgüte darstellt. Aus dem zuverlässigeren Tastverhältnis – die zeitliche Folge der Flankenwechsel von High (logisch 1) auf Low (logisch 0) – resultiert auch die deutlich höhere Auflösung.

Schwankt das Tastverhältnis, wird es vor allem bei hohen Geschwindigkeiten immer schwieriger Impulsvervielfachungen umzusetzen. Impulsvervielfachungen dienen der Erhöhung der Anzahl von auswertbaren Impulsen um bis zu Faktor 4. Hier ermöglicht die BlueBeam-Technologie absolute Genauigkeiten von 0,02° auch in Drehzahlbereichen bis 12000 U/min. Die maximale Ausgangsfrequenz der Drehgeber liegt bei 400 kHz und damit um bis zu 50 % höher als bei gängigen Drehgeber-Varianten.

Genauigkeit resultiert auch aus der Fertigung

Zur Genauigkeit tragen auch die mit der Bluebeam-Technologie möglichen engeren Fertigungstoleranzen bei. Dies geschieht in einer eigens dafür eingerichteten Fertigungslinie mit einem modernen One-Piece-Flow-System, bei der beispielsweise jede Codescheibe exakt justiert wird. Jeder Drehgeber hat verblockte Lagereinheiten. Das erlaubt dauerhaft hohe Lagerlasten und verhindert das Auspressen der Kugellager, was die zuverlässige Funktion und Lebensdauer erhöht. Auch in Bezug auf die Störsicherheit, sprich die EMV-Schutzbeschaltung, sorgt Pepperl+Fuchs für Funktionssicherheit. Im weltweiten Einsatz werden oft Anforderungen gestellt, die teilweise weit über die CE-Mindestanforderungen hinausgehen. Aus diesem Grund erfüllt die EMV-Schutzbeschaltung der Drehgeber-Elektronik im Vergleich zu Standard-Tests bis zu viermal höhere Pegel. So ist auch unter ungünstigen Bedingungen die zuverlässige Funktion der Drehgeber gegeben.

Mit der Robustheit, Langlebigkeit und der Funktionssicherheit einher gehen die hohe Schock- und Vibrationsresistenz. Sie ist weniger ein Resultat der speziellen Fertigung, als ein genereller Vorteil der Bluebeam-Technologie: Bei blauem Licht sind die Signale auch unter hohen mechanischen Einwirkungen stabiler, da die Abtastung größere Schwankungen verzeiht.

Die Erschütterungsfestigkeit (Schock 300 g (6 ms) und Vibration 30 g zwischen 10 und 2 000 Hz) entspricht zwar nominal dem Marktstandard; ist in Anbetracht der Präzision von ± 0,02° durchaus bemerkenswert. So tragen die ENI58IL-Drehgeber in jeder Hinsicht zu einer hohen Prozesssicherheit, zur Vermeidung von Maschinenstillständen, respektive zu einer erhöhten Anlagen­verfügbarkeit bei.

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Zum Start der Baureihe sind alle relevanten Standard-Flansche und Wellen verfügbar. Pepperl+Fuchs

Losgröße 1 ohne lange Lieferzeiten realisiert

Ein weiteres Resultat der One-Piece-Flow-Fertigung ist die schnelle Verfügbarkeit trotz einer hohen Variantenvielfalt mit einem vollständigen Portfolio an Industrie-Standard-Drehgebern. Denn die Baureihe ENI58IL wurde mit neuem Design auf Basis einer modularen Produkt-Architektur entwickelt.

Das Standardgehäuse besteht aus einem seewasserbeständigen Aluminium mit 58 Millimeter Durchmesser. Es gibt Varianten mit Voll-, Hohl- und Steckwelle sowie unterschiedliche Flanscharten für den internationalen Einsatz. Alle Wellen-Typen sind mit Klemm-, Synchro- oder Quadratflansch sowie mit allen gängigen axialen und radialen Gerätesteckern (M23, M12- oder MS-Stecker) beziehungsweise Anschlusskabeln erhältlich. Eine Besonderheit der Inkrementalgeber ist deren universelle Ausgangstreiber (5-30 V) in Form einer TTL-/HTL-Kombi-Schnittstelle. Mit ihr lässt sich jeder Drehgeber den spezifischen Anforderungen einer Applikation anpassen.

Aufgrund der One-Piece-Flow-Fertigung steht dieses Produktportfolio schon ab Stückzahl 1 innerhalb kürzester Zeit zur Verfügung – in der Regel innerhalb von 1 bis 3 Tagen nach Bestellung. Mit der Produkt- und Schnittstellenvielfalt lässt sich nahezu jeder Applikationswunsch bis in höchste Drehzahlbereiche aus einer Standard-Baureihe generieren. Darüber hinaus sind auf Basis der bereits vorhandenen hohen Produktvarianz auch kundenspezifische Entwicklungen schnell zu realisieren.

Mehr Präzision bringt mehr
Effizienz

Die Bluebeam-Technologie bietet die derzeit höchste am Markt verfügbare Signalgüte bei Inkremental-Drehgebern. Die daraus resultierende hohe Genauigkeit und Prozesssicherheit hilft in Applikationen die Toleranzen zu verringern und den Wirkungsgrad zu verbessern. In einer Vielzahl von Anwendungen lässt sich so durch einen erhöhten System-Output und entsprechende Kostenreduktion die Effizienz steigern. Dies gilt vor allem dort, wo die Anforderungen an die Dynamik zunehmen. Typische Anwendungsfelder für die ENI58IL sind Motor-Feedback-Systeme für Asynchronmotoren – auch bei Drehzahlen von 12 000 Umdrehungen.

Die Robustheit der Drehgeber, vor allem in Bezug auf Schock und Vibration sowie EMV, spiegelt deren Einsatz in Winden­regieanlagen wider. Hier stellen die Inkremental-Drehgeber Daten zur Regelung des Pitchsystems zur Verfügung, unter anderem die Rotordrehzahl und Position der Rotorblätter. Die Information in welcher Position sich die Rotorblätter befinden dient dem Regelkreis, um jedes einzelne Blatt dynamisch in oder aus dem Wind zu drehen. So wird die Drehzahl des Rotors beeinflusst und optimal in der Nenndrehzahl gehalten. In solchen und ähnlichen Applikationen tragen die Inkremental-Drehgeber ENI58IL maßgeblich dazu bei, die Anlagenperformance zu verbessern – und das aus einem Standard-Baukasten heraus.

Autor

Stefan Horvatic,

Leiter Produktmanagment Drehgeber
bei Pepperl+Fuchs in Neuhausen ob Eck.