Der induktive Linearsensor TF1, der in Standardlängen von 100 bis 1 000 mm erhältlich ist, arbeitet nach dem berührungslosen Novopad-Verfahren: Dadurch ist der Sensor unempfindlich gegenüber Magnetfeldern, die von großen Motoren, Hydraulikventilen oder Frequenzumrichtern erzeugt werden, denn die Position wird nicht über einen magnetischen, sondern über einen induktiven Positionsgeber erfasst. Dieser arbeitet verschleißfrei und besitzt eine gute elektromagnetische Verträglichkeit. Kurze Totzonen am Weganfang und -ende sorgen für die Ausnutzung eines Messbereichs von 400 mm ─ ein Vorteil vor allem bei beengten Einbauverhältnissen.
Technik im Detail
Novopad-Verfahren
Der induktive Linearsensor besteht aus einem Sende- und Empfangsspulensystem, das im Sensor auf einer gemeinsamen Leiterplatte aufgebracht ist sowie einem separaten Positionsgeber, der auf dem bewegten Bauteil darüber befestigt ist. Dieser aktive Positionsgeber wird durch ein hochfrequentes Wechselfeld gespeist, das die rechteckige Sendespule erzeugt. Entsprechend der Position induziert der Positionsgeber Spannung in das Empfangsspulensystem. Die Sinus-/Cosinusstrukturen des Empfangsspulensystems sind in eine Grob- und Feinspur unterteilt, wobei die Grobspur die ungefähre Lage des Positionsgebers erfasst. Die Feinspur bestimmt dann die genaue Position. Die Phasenbeziehung der Spannung ist das Maß für die aktuelle Position des Positionsgebers und wird von der Elektronik in ein lineares Positionssignal umgerechnet.
Der Sensor selbst misst 455 mm, der zugehörige Positionsgeber ist in Messrichtung 50 mm lang. Weiterhin zeigt der Linearsensor ein gutes dynamisches Verhalten und eignet sich dadurch für schnelle Positionieraufgaben: Die Update-Rate des Messsystems erreicht 10 kHz bei einem Schleppfehler von 0,2 ms. Bei der Regeldynamik gibt es auch bei raschen Bewegungswechseln wie abruptes Bremsen oder Anfahren kein nennenswertes Überschwingen.
Gleichzeitig arbeitet der Sensor mit einer Auflösung von bis zu unter 1 µm. Das Messsignal gibt er als analoges Strom-/Spannungssignal, digital über SSI- beziehungsweise IO-Link oder über eine CANopen-Schnittstelle aus. In Planung ist noch eine Ethernet-Schnittstelle. Zum Abgleich von Start- und Endposition sowie zum Setzen der Bewegungsrichtung besitzt die Analogvariante eine Teachfunktion. Typische Anwendungen finden sich bei Linearantrieben, Spritz- und Druckgussmaschinen, bei Pressen und Stanzen in der Blechbearbeitung, in Verpackungs- oder Holzbearbeitungsmaschinen oder bei der Positionserfassung an schnellen Bewegungseinheiten in Fertigungslinien.
Durch ein Metallgehäuse geschützt, ist der Linearsensor mit einer Breite von 35 mm und einer Höhe von 25 mm zudem flach gebaut. Verschiebbare Befestigungsklammern oder Nutensteine mit handelsüblichen Muttern erleichtern die Montage. Zusätzlich wird ein seitlicher Versatz von bis zu 4 mm toleriert. Anwender können zwischen einem geführten Positionsgeber zur Ankopplung an Schubstangen oder einem freien Positionsgeber für eine mechanisch entkoppelte Fixierung wählen. Beim Arbeitsabstand beträgt der Spielraum ebenfalls 4 mm. Der Sensor ist schock- und vibrationsunempfindlich und deckt einen Temperaturbereich von -40 bis 85 °C ab. Zwei LEDs am Gerät signalisieren den jeweiligen Betriebszustand.
Neu: IO-Link-Schnittstelle
Positionssensoren erobern immer neue Einsatzbereiche. Hier das Innenleben eines potentiometrischen Sensors. Novotechnik
Außerdem zeigt Novotechnik magnetische Sensoren der Baureihe RFC-4800, die einen Drehwinkel von 360° mit einer Auflösung von bis zu 14 Bit erfassen. Neu ist, dass es diese berührungslosen Sensoren nun auch mit IO-Link-Schnittstelle gibt, was Vorteile in der Praxis bringt: Die Punkt-zu-Punkt-Verbindung bietet Feldbus-Funktionalität und ermöglicht die durchgängige Kommunikation bis in die Sensorebene. Bei der Inbetriebnahme können Anwender Parameter wie Nullpunkt oder Drehrichtung verändern.
Neben der reinen Positionsinformation lassen sich weitere Informationen, wie Status- oder Diagnosemeldungen, austauschen, wodurch Anwender Fehler im Regelkreis lokalisieren können. Da die Einstellparameter zentral in der Steuerung abgelegt sind, ist die Wiederinbetriebnahme und Parametrisierung nach einem Austausch eines Sensors in Sekundenschnelle möglich.
Im 36-mm-Gehäuse
Auch bei kontaktlosen Drehgebern zeigt das Unternehmen Neues: Mit den Single- und Multiturngebern der Baureihe RSB-3600 beziehungsweise RMB-3600 stehen nun robuste Ausführungen im 36,5 mm durchmessenden Vollmetallgehäuse und langlebigen Kugellagern zur Verfügung. Die Drehgeber gibt es in unterschiedlichen Versionen mit Voll- oder Hohlwellen sowie in einer Heavy-Duty-Ausführung mit Schutzart IP69k.
Sie eignen sich daher für unterschiedliche Industrieanwendungen: etwa für Blechbearbeitungs- und Verpackungsmaschinen oder für den Einsatz in Fertigungslinien in der Automatisierungstechnik. Die Messwerte gibt der Drehgeber als analoge Strom- oder Spannungswerte aus, digital über eine Inkremental- oder eine SSI-Schnittstelle. Eine CANopen-Schnittstelle soll in Kürze folgen. Außerdem stehen ein- und mehrkanalige – also auch vollredundante – Ausführungen zur Wahl, die sich für Drehzahlen bis 12 000 min-1 eignen.
Die Drehgeber arbeiten nach dem Novohall-Verfahren: Im Singleturnbereich messen sie über 360° mit einer Auflösung bis zu 14 Bit. Der Multiturn kann bis zu 16 Umdrehungen (zukünftig bis zu 40 Umdrehungen) erfassen, wobei er ein patentiertes Verfahren nutzt, das auf dem GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance) basiert. Zusätzlich zum Drehwinkelsignal im stromlosen Zustand ohne Pufferbatterie und ohne Getriebe zählt und speichert der Multiturn die Umdrehungen. Er liefert absolute Positionswerte und stellt den Messwert als True-power-on-System sofort nach dem Start zur Verfügung.
Technik im Detail
Novohall-Verfahren
Wird ein Hall-Element von einem Strom durchflossen, liefert es eine Spannung quer zum Stromfluss, sofern ein Magnetfeld senkrecht zu beiden einwirkt. Da diese Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke verläuft, ist es möglich, durch Anbringen eines Positionsmagneten auf einer drehbaren Welle, eine berührungslose Winkelmessung zu realisieren. Durch Kombination mehrerer Sensorelemente und Integration der kompletten Signalverarbeitung in wenigen Bauelementen sind komplexe Systeme auf kleinem Bauraum möglich. Die Systeme arbeiten weitgehend alterungsunempfindlich und unabhängig von Feldstärkenschwankungen der Gebermagnete. Kontaktlose, wellengeführte sowie berührungslose Systeme ohne mechanische Wellenanbindung ermöglichen die Messung über 360° oder mehrere Umdrehungen.
SPS IPC Drives 2015 – Halle 4A, Stand 125
Stefan Sester
Ellen-Christine Reiff
(mns)
