Drehgeber Rundes Sortiment

Autor / Redakteur: Dr. Andre Schramm, Franz Forstner* / Gerd Kucera

Drehgeber können in der Applikation die dynamischen Eigenschaften, Genauigkeit und Zuverlässigkeit von Maschinentechnik, Antrieben und anderer Automatisierungstechnik entscheidend beeinflussen. Bei der technischen Typenauswahl ist dementsprechende Sorgfalt angebracht. Mit Verfügbarkeit der jüngsten Baureihe ROD/ERN 1000 und den entsprechenden absoluten Drehgebern trägt HEIDENHAIN der gestiegenen Nachfrage nach Drehgebern kleiner Baugröße Rechnung. Erweiterte Funktionalität, höhere Robustheit und Zuverlässigkeit erlauben die freie Wahl unter allen vom Hersteller unterstützten Schnittstellen bei identischem Anbau. So kann der Anwender verschiedene Abtastverfahren und Gebervarianten entsprechend ihrer Vorteile nutzen und die Variantenzahl reduzieren. Erweiterte Überwachungsfunktionen im Drehgeber erlauben eine automatische Maschinenabschaltung mit relativ einfachen Mitteln.

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( Archiv: Vogel Business Media )

In den letzten Jahren ist auf dem Weltmarkt für Drehgeber eine zunehmende Polarisierung des Angebots auf zwei grundlegende Baugrößen erkennbar. Während in Europa noch die höchsten Stückzahlen bei Gebern mit Außendurchmesser von rd. 56 mm erzielt werden, liegt der Fokus bei Drehgebern in Asien auf anderen Baugrößen. Dies begründet sich durch den zunehmenden Trend zur Miniaturisierung von Automatisierungseinrichtungen und den damit verbundenen immer enger begrenzten Einbaubedingungen.

Den gestellten Anforderungen wird HEIDENHAIN durch das Angebot eines möglichst durchgängigen Programms von Drehgebern gerecht. Das betrifft insbesondere das Abtastprinzip (fotoelektrisch, induktiv), die Schnittstelle (TTL, HTL, analog 1 VSS, EnDat, SSI) und die mechanische Ausführung (Welle, Flansch, Kupplung, Kabelausgang, Schutzklasse, Anbau) für eine Baugröße. Doch auch in Europa gibt es einen steigenden Bedarf an Drehgebern der Baugröße 35 mm, die zu einem großen Teil in Motoren mit kleinen Abmessungen zum Einsatz kommen. HEIDENHAIN hat daher das bestehende Produktspektrum dieser Baureihe überarbeitet und an die geänderten Anforderungen angepasst. Die Ziele für die Weiterentwicklung waren dabei insbesondere:

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  • Verkleinerung der Baugröße bei gleicher oder verbesserter Funktionalität,
  • Vereinheitlichung der Anbaumaße unter Beibehaltung der Kompatibilität zu existierenden Lösungen,
  • Erhöhung von Robustheit und Zuverlässigkeit und
  • System-Optimierung.

Reduzierung der Baugröße bei Steigerung der Funktionalität

Verglichen zu den Vorgängern wurde der Außendurchmesser von ursprünglich 36,5 auf 35 mm reduziert. Das dient insbesondere der Anpassung an die Märkte und einer höheren Flexibilität beim Einbau der Geber in industrielle Elektromotoren mit einem Kantenmaß ≤40 mm. Gleichzeitig wurde Wert auf eine möglichst kurze Baulänge gelegt. Da mit dieser Verkleinerung zusätzlich auch eine verbesserte Funktionalität (Genauigkeit, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, Reduzierung des Stromverbrauches, verbesserte Schnittstellen) realisiert werden sollte, war der Einsatz hochintegrierter Elektronik für Abtastung und Signalverarbeitung unumgänglich. Deren Entwicklung erforderte dabei erhebliches Systemwissen des Messgeräteherstellers.

Ein weiteres Ziel dieser Entwicklung war es, durch standardisierte Anbaumaße einen einfachen Austausch von Drehgebern innerhalb der Baureihe zu ermöglichen, sodass der Kunde entsprechend den unterschiedlichen Anforderungen ein passendes Gerät auswählen kann. Zum Beispiel Drehgeber mit fotoelektrischer Abtastung für höhere Genauigkeit, Drehgeber mit induktiver Abtastung für Standardapplikationen mit größtmöglicher Robustheit.

Der standardisierte Anbau bei der Baureihe ROD/ERN 1000 wird für den Kunden durch eine Vielzahl von verfügbaren Schnittstellen noch wesentlich vereinfacht.

Um eine höhere Zuverlässigkeit und Robustheit der Drehgeber zu erreichen, wurde einerseits die Vibrationsfestigkeit optimiert und andererseits die Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung verbessert. Bei der neuen Baureihe ließ sich die erhöhte Vibrationsfestigkeit durch eine Optimierung der maßgeblichen Komponenten wie etwa der Statorkupplung mit CAE-Werkzeugen, (FEM-Analyse) erreichen.

Andere Abtastprinzipien (etwa induktiv) bei absoluten Drehgebern reduzieren den Einfluss von Verschmutzungen auf die Signale. Verschiedene Abtastverfahren sind dabei durch unterschiedliche Vor- und Nachteile gekennzeichnet, die sie für unterschiedliche Anwendungen prädestinieren. Sind nun diese Abtastverfahren für gleiche Anbaumaße verfügbar, kann das für den jeweiligen Zweck besser geeignete Abtastverfahren eingesetzt werden ohne die kundenseitige Aufnahme anpassen zu müssen. Damit erzielt man eine höhere Flexibilität zu minimalen Kosten (siehe Tabelle).

Erweiterte Diagnosefunktionen des Drehgebers erlauben es, frühzeitig auf Störungen zu reagieren. So werden bei der neuen Baureihe Fehlfunktionen wie Kabelbruch oder Ausfall der Lichtquelle (bei Drehgebern mit photo-elektrischer Abtastung) überwacht und signalisiert. Damit kann zum Beispiel eine automatische Maschinenabschaltung realisiert werden. Weiterführende Diagnosefunktionen wie Arbeitstemperaturüberschreitung und Verschmutzungswarnung sind bei absoluten Drehgebern über die EnDat 2.2-Schnittstelle verfügbar.

Für eine konstante Fertigungsqualität bei konkurrenzfähigen Kosten ist eine Automatisierung von Fertigungsprozessen notwendig. Eine Automatisierung ist aber nur bei einem Portfolio von großen Stückzahlen durchführbar, da eine hohe Auslastung der Fertigungslinie erzielt werden muss. Während bei Drehgebern mit größeren Gehäusedurchmessern schon seit geraumer Zeit eine automatische Endmontage erfolgt, wird dies jetzt auch mit der aktuellen Version dieser Baureihe möglich sein.

Dazu wurde das Design der Drehgeber entsprechend auf eine automatisierte Montage hin optimiert. Der Schritt hin zur Automatisierung ist ein wichtiger Meilenstein um den Standort Deutschland zu erhalten und auszubauen.

Neben der Automatisierung der Fertigung liegen weitere Potentiale in der Elektronik. Dabei geht es neben der Reduzierung der Kosten, um die Integration von zusätzlichen Funktionen, dies kann durch die bereits erwähnte Entwicklung von ASICs insbesondere bei großen Stückzahlen erreicht werden. So ermöglichen ASICs, wie sie hier eingesetzt werden, eine Integration der bisher im Umrichter (auf Anwenderseite) durchgeführten Interpolationsfunktionalität in den Drehgeber und damit eine deutliche Kosteneinsparung und Erhöhung der Störsicherheit im Gesamtsystem.

HEIDENHAIN, Tel. +49(0)8669 310

*Dr. Andre Schramm und Franz Forstner arbeiten im Produktmarketing für Drehgeber bei der DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH, Traunreut.

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