Polarisierung erfüllt wachsende Ansprüche

In der Praxis
Mechatronik
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04/2005
Drehgeber
Polarisierung erfüllt
wachsende Ansprüche
Absolutgeber und kleinere Baugrößen im Vormarsch
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Aktuelle Drehgeber-Entwicklungen offenbaren die Polarisierung in anspruchsvolle Systeme und Low Cost-Produkte: Die Ansprüche der Maschinenbauer sorgen für den vermehrten Einsatz von Absolutgebersystemen einerseits und einfachen Inkrementalgebern oder Kunststoffgehäuseprodukten andererseits. Der Trend zu kleineren Systemen betrifft beide
Bereiche gleichermaßen. Dies belegen die neuen Produkte von Pepvon Christian Hoepner
perl+Fuchs, IVO, Heidenhain und Sick Stegmann.
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Der Drehgeber-Markt ist durch
mehrere Strömungen geprägt, die auch die
Neuentwicklungen der Hersteller bestimmen. Generelles Thema ist die Reduktion
der Größe. Daneben ist ein deutlicher
Trend zu Absolutgeber-Technik festzustellen. Speziell im Bereich Motor-Feedback
wird nach Lösungen verlangt, die sich als
Ersatz für Resolver eignen. Trotz des höheren Preises überzeugen hier vermehrt die
Vorteile absolut messender Gebersysteme.
Auf der anderen Seite verlangt der
Markt nach einfachen, preiswerten Dreh-
gebern, die sich für kostensensitive Anwendungsbereiche eignen. Mehrere Drehgeber-Hersteller greifen diesen Trend auf
und versuchen auf unterschiedlichen
Wegen, die Kosten pro Stück zu senken.
Immer ein Thema ist die Implementierung neuer Schnittstellen. Durch die zunehmende Internationalisierung des Drehgeber-Geschäfts müssen regional eingesetzte Feldbusse berücksichtigt werden,
speziell in Deutschland sind aller Augen
auf das Thema Ethernet gerichtet. Um die
herstellerneutrale BISS-Schnittstelle ist es
Die SH-Baureihe wird grundsätzlich mit
dem Gebersystem SKS 36 ausgerüstet.
Mit dem Motor-Feedback-System SKS 36 mit
integriertem Typenschild hat...
... Sick Stegmann die Voraussetzung für
kompaktere Motoren geschaffen.
Elaus
KompaktantriebReihe SH: Der SH-055 – der
kleinste der Baureihe –
konnte erst dank des neuen Motorfeedback-System
SKS 36 realisiert werden.
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bis jetzt dagegen eher noch ruhig geblieben. So berichtet ein Drehgeber-Hersteller,
anwenderseitig verlange bis jetzt kaum jemand diese Schnittstelle. Ein Grund liegt
darin, dass auf der Steuerungsseite bisher
kaum entsprechende Möglichkeiten der
Verarbeitung von BISS-Signalen bestehen.
Pepperl+Fuchs hat auf Basis von Inkremental-Drehgebertechnik neue Produkte
für preissensitive Anwendungen realisiert.
Diese Technologie bietet gegenüber kostspieligeren Absolutwertgebern kleine Baugrößen und schnelle Ausgänge. Beim Inkremental-Drehgeber muss die Abtasteinheit lediglich zwei um 90° phasenversetzte
Strichspuren und einen Nulldurchgang erfassen. Die Signale gibt sie als einfache Impulse an die Ausgänge weiter. Dagegen benötigen Absolutwert-Drehgeber heute bis
zu 16 Spuren für die Winkelposition und
bei entsprechenden Ausführungen ein
Multiturn-Getriebe zum Speichern der
Umdrehungszahl. Hinzu kommt Elektronik für Codegenerierung und Schnittstellen-Logik bzw. Feldbus-Anschaltung, was
deutlich größere Bauformen ergibt.
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Um im Niedrigpreis-Segment mithalten
zu können, lässt Pepperl+Fuchs die Spritzgießteile am ungarischen Standort fertigen. Außerdem bestehen die Codescheiben nicht aus Glas oder Kunststoff, sondern aus Nickelmetall. Diese sind in der
Fertigung kostengünstiger und bieten stabilere optische Achsen für hohe Auflösungen bei niedriger Temperaturempfindlichkeit. Ihre hohe Geschwindigkeit verdankt
die T-Line den schnellen Transistorausgängen, die Ausgangssignale praktisch verzögerungsfrei zur Verfügung stellen. Absolutwertgeber sind hier im Nachteil, da die
Codierung des Absolutsignals und die serielle Weiterleitung über SSI oder seriellen
Feldbus deutlich mehr Zeit beansprucht.
Kleinster Vertreter der T-Line ist der
Vollwellen-Drehgeber TVI40 mit einem
Gehäuse-Durchmesser von 40 mm und
Wellendurchmessern zwischen 6 und 8
mm. Der nächstgrößere Drehgeber TVI50
hat einen Gehäusedurchmesser von 50
mm und eine Länge von 39 mm. Er ist
ebenfalls mit Vollwelle ausgestattet. Auflösungen bis 1024 Striche stehen zur Verfü-
gung. Der TVI 58 mit Standarddurchmesser 58 mm ist als Vollwellenmodell und in
der Version THI58 als Hohlwellenmodell
erhältlich. Bei beiden Typen reicht die Auflösung bis 1500 Impulse pro Umdrehung.
Die Inkremental-Drehgeber der T-Line
benötigen Versorgungsspannungen im Bereich von 4,75 bis 26,4 V und liefern Ausgangsfrequenzen bis 100 kHz. Am Ausgang stehen die Signale der Spuren A, B
und Nulldurchgang sowie deren invertierte Werte zur Verfügung. Alle Ausgänge
sind kurzschlussfest und bis 30 mA belastbar. Neben den schnellen Gegentakt-Endstufen gibt es als 5-V-Varianten alternativ
auch Ausführungen mit den seriellen
RS422-Schnittstellen.
IVO stellt zur SPS/IPC/DRIVES Drehgeber mit neuen Schnittstellen vor. Speziell
für Nordamerika wächst die Bedeutung
von DeviceNet. Die Profibus-Schnittstelle
hat IVO zu Profibus-DP V2 erweitert. Neben weiteren Feldbus-Schnittstellen wird
besonders das Thema Ethernet für Interesse an den IVO-Gebern sorgen: Das Unternehmen hat sich gemeinsam mit einem
zu 99 Servoachsen - ausgelesen und die jeweilige Komponente identifiziert. Zum anderen ermöglicht das elektronische Typenschild in Verbindung mit dem Parameter- und dem EchtzeitProzessdatenkanal der Hiperface-Parameterschnittstelle unter anderem per Intra- oder
Internet einen jederzeitigen ´Ferneinblick´ in
die Maschine bis hinab zur Motorwelle. Dies
erleichtert die Wartung und Diagnose der
weltweit im Einsatz befindlichen Maschinen
erheblich und vermeidet Kosten bei eventuell
unnötigem Servicesupport vor Ort.“
Technik im Detail
Ferneinblick bis hinab zur Motorwelle
Die Elau AG wird das Motor-Feedback-System
SKS 36 von Sick Stegmann zukünftig generell
bei seinen Pacdrive-Antrieben einsetzen. Das
Unternehmen hat sich bei seinen Motoren bereits seit langem für den Einsatz von Gebern
anstatt von Resolvern entschieden. Dies hat
sich für die anspruchsvollen Servo-Lösungen
des Unternehmens im Bereich Verpackungsmaschinen als der richtige Weg erwiesen. Dr.
Thomas Cord, Vorstandsvorsitzender von
Elau, begründet die Entscheidung für das
neue, deutlich kleinere Gebersystem von Sick
Stegmann: „„Zunehmend wichtiger sind kleine Bauformen, um durch kurze Antriebsabmessungen den Trend zu kompakten Verpakkungsmaschinen zu unterstützen. Unser neuer Kompaktantrieb SH-055 – der kleinste der
Baureihe – konnte erst mit dem Motorfeedback-System SKS 36 realisiert werden.“
Ein weiterer Aspekt ist neben der hohen Auflösung und der digitalen Schnittstelle das
elektronische Typenschild des Gebers. Jeder
SKS 36 verfügt über ein Eprom zur automatischen Reglerparametrierung. „Dies bringt einen zweifachen Nutzen“ stellt Cord heraus.
„Zum einen werden bei jedem Maschinenstart
alle Typenschilder – zum Beispiel die von bis
Induktiv: Absolutdrehgeber
EQI 1100 als Single- und
Multiturn (Heidenhain).
Noch dieses Jahr: EtherCatAbsolutdrehgeber (IVO).
T-Line: Inkremental-Geber
verschiedener AnschlussGrößen (Pepperl + Fuchs).
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der Automatisierungstechnik benötigen Servoantriebe Drehgeber oder Resolver als Feedbacksystem für
die Positions- und Drehzahlregelung. Heidenhain
sah sich hier immer häufiger Forderungen nach absolut messenden Geräten
in Multiturn-Ausführung
konfrontiert. Verlangt wurden Geräte, die preiswert
„Alle IVO-Absolut„Der kompakte SH- und ähnlich robust wie Resolver sind, dabei aber zudrehgeber werden
055 war erst mit
sätzlichen Nutzen bieten.
auf neueste Elektro- dem Motorfeedback Vorrangig verlangten die
Anwender nach einer diginik umgestellt”
SKS 36 möglich.”
talen Schnittstelle zur
Heinrich Greiner,
Dr. Thomas Cord, Übertragung eines hochMarketing-Leiter, IVO
Vorstandsvorsitzender, Elau
aufgelösten absoluten Positionswertes.
Als Antwort auf diesen Bedarf hat HeiSteuerungsbauer und Maschinenhersteldenhain daher die induktiven Drehgeber
lern fürs erste für EtherCat entschieden.
der Baureihe EQI 1100 entwickelt. Die GeAnsonsten ist bei IVO die Umstellung
räte wurden teilweise schon vorgestellt,
des kompletten Absolutgeber-Portfolios
sind aber erst jetzt auch lieferbar. Neben
auf eine neue Elektronik in Vorbereitung:
der Ausführung ECI 1116 als Singleturn
Ein neuer Abtast-IC verfügt über zusätzlimit 65.536 Messschritten pro Umdrehung
che Funktionen in Singleturn-Bereich. Der
(16 Bit), steht mit dem EQI 1128 auch eine
soll nun im Rahmen einer neuen GeberMultiturn-Ausführung mit 4.096 unterElektronik generell Verwendung finden.
Der Markt fordert absolut messende
Geräte in Multiturn-Ausführung
scheidbaren Umdrehungen (12 Bit) zur
Verfügung. Die Gesamtauflösung bei diesem Geber beträgt damit 268.435.456 Positionen (28 Bit). Mit Getriebe ergibt sich
eine Gerätebaulänge von 28 mm bei einem
Außendurchmesser von 38 mm.
Mit dem Motorfeedback-System SKS 36
hat Sick Stegmann die Voraussetzung für
kompaktere Motoren geschaffen. Motorfeedback-Systeme sind eine Mischung aus
inkrementalen und absoluten Drehgebern.
Ihr Absolutwert dient der Kommutierung
und Rotorlageinformation beim Einschalten eines Antriebes, danach zählt das Gebersystem inkremental über Sinus-/Cosinussignale weiter.
Durch Mini-Disc-Technologie konnte
der Gehäusedurchmesser des 60 g schweren Geräts auf 36 mm beschränkt werden.
Die Bauhöhe ohne Welle beträgt 37 mm.
Hier fand keineswegs eine Miniaturisie-
Webguide
www.heidenhain.de
Heidenhain
www.ivo.de
IVO
www.pepperl-fuchs.com
Pepperl+Fuchs
www.stegmann.de
Sick Stegmann
www.elau.de
Elau
Direkter Zugriff unter www.antriebspraxis.de
Code eintragen und go drücken
ap0168
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Dieser IC sorgt primär für höhere Auflösungen im Singleturn-Bereich und verfügt
außerdem gleich über mehrere Schnittstellen-Protokolle: SSI, sin/cos und Biss
sind damit gleichermaßen realisierbar.
Auch äußerlich wirkt sich die neue GeberElektronik aus, die Geber fallen durch die
höhere Integration der elektronischen
Schaltungen etwas kürzer aus. Erweiterungen plant IVO zudem in der Kunststoffgeber-Linie. Die Geräte vereinen eine hohe
Funktionalität mit einem interessanten
Preis/Leistungs-Verhältnis.
Heidenhain hat bereits vor über einem
Jahr die Weiterentwicklung seiner EndatSchnittstelle zur Version 2.2 bekannt gegeben. Mittlerweile kann das Unternehmen
in der Lage, konkrete Produkte mit dieser
Schnittstelle anbieten. Ansonsten weht
auch bei Heidenhain der Wind in Richtung
Absolutgeber-Technik: In der Robotik und
rung üblicher Drehgeber-Konzepte statt,
vielmehr basiert das Gerät auf einem
grundsätzlich anderen Systemaufbau.
Auffälligstes Merkmal dieses Aufbaus ist
die sehr kleine Codescheibe. Sie lässt eine
Arbeitsdrehzahl von 12000 Umdrehungen/Minute und eine maximale Winkelbeschleunigung von 5 x 10 5 rad/s2 zu. Der
Radius der Codespur beträgt 2 mm, wodurch eine holistische Abtastung möglich
ist. Die von herkömmlichen Systemen bekannten Exzentritätsfehler von Codescheibe, Kugellager und Welle treten hier nicht
auf. Auf der Codescheibe befinden sich
128 Striche. Ein speziell entwickelter Opto-Asic tastet diese so ab, dass Sinussignale
mit hoher Linearität und Interpolierbarkeit
entstehen. Als Lichtquelle dient eine in der
Welle montierte Infrarot-LED.
Jedes SKS 36 verfügt über ein Eprom als
elektronisches Typenschild zur automatischen Reglerparametrierung. Motorkenndaten, Serien- und Artikelnummern sowie
weitere Daten, die im Service- oder Austauschfall schnell helfen, werden hier
hinterlegt und zur selbstständigen Einstellung des Reglers auf die Parameter des Motors genutzt. Ein Feedback-System wie das
SKS 36 mit seinem elektronischem Typenschild und integrierter Hiperface- Schnittstelle kann damit als Informationslösung
für die komplette Antriebssteuerung dienen. Diesen Vorteil sieht man auch bei
dem auf Verpackungstechnik spezialisierten Automatisierer Elau. Das Unternehmen realisierte auf Basis des Motor-Feedback-Systems den Kompaktantrieb SH055, dem kleinsten Motor einer Elau-Servo-Baureihe.
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