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<H1>www.aud24.net : J. Heilmann, E. C. Reiff: "Getriebelose Multiturns für Aufsteckmontage"</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>17.04.2001</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>J. Heilmann, E. C. Reiff: "Getriebelose Multiturns für Aufsteckmontage"</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Einsparung von Verschleißteilen und erhöhte Betriebssicherheit</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailContent>Über die Montage eines Drehgebers macht man sich meist nur wenig Gedanken. Es lohnt sich jedoch durchaus, einmal die unterschiedlichen Montagemöglichkeiten miteinander zu vergleichen. Dadurch lassen sich zum einen Rationalisierungspotentiale erschließen und zum anderen die Anwendung auch unter praktischen und technischen Gesichtspunkten optimieren. <BR><BR>Einleitung<BR><BR>Drehgeber für die Hohlwellen-Montage sind auf den ersten Blick zwar etwas teurer als Ausführungen für die Wellenmontage, sie bringen letztendlich aber dennoch eine Kostenersparnis. Jetzt lassen sich diese Vorteile auch bei Multiturn-Absolutdrehgebern nutzen, die ohne konstruktiv aufwendiges Getriebe auskommen. Hier ersetzt hochintegrierte Elektronik verschleißanfällige Mechanik. Das ermöglicht kurze Bauformen bei nahezu beliebigem Hohlwellendurchmesser und die für den Feldbusanschluss notwendige Elektronik lässt sich ebenfalls noch in den kompakten Multiturns unterbringen.<BR><BR>Hauptteil<BR><BR>Zeit- und Kostenersparnis bei Montage und Austausch<BR>Baut man einen ‚normalen‘ Wellendrehgeber an Motor oder Getriebe an, braucht man zunächst zusätzliches Montagematerial: eine Adapterplatte, vier Abstandshülsen, eine Kupplung, und insgesamt neun Schrauben. Zuerst befestigt man den Drehgeber mit den drei kleineren Schrauben an einer Adapterplatte. Anschließend montiert man die steckbare Kupplung am Geber und fixiert sie mit zwei Schräubchen. Danach können die vier großen Schrauben durch die Adapterplatte gesteckt und die Abstandshülsen aufgesetzt werden. Erst jetzt lässt sich die komplette Einheit an Motor oder Getriebe befestigen. Wer geübt ist, braucht dafür ungefähr drei bis vier Minuten. Müssen Geber, Motor oder Getriebe später ausgetauscht werden, führt man die einzelnen Montageschritte in umgekehrter Reihenfolge aus, was in etwa wieder die gleiche Zeit beansprucht.<BR>Deutlich schneller und unkomplizierter funktioniert die Montage bei Hohlwellengebern. Zusätzlich zum Drehgeber braucht man hier nur zwei Befestigungsteile: Haltewinkel oder Blattfeder als Drehmomentstütze und eine Schraube zur Befestigung. Der Drehgeber wird dann einfach auf der Welle aufgesteckt und der Klemmring angezogen. Auch Ungeübte brauchen dafür nicht länger als etwa 60 Sekunden. <BR><BR>Geringer Platzbedarf und konstruktive Erleicherungen<BR>Drehgeber mit Hohlwelle verkürzen aber nicht nur die Montagezeit, sondern bringen noch weitere Vorteile: So beansprucht der direkt auf die Welle gesteckte Drehgeber deutlich weniger Einbauplatz Auch die Beschädigungsgefahr beim Transport der kompletten Antriebseinheit sinkt. Drehgeber für die konventionelle Wellenmontage werden häufig durch die relativ großen Hebelkräfte beschädigt, die entstehen, selbst wenn ein Antrieb innerhalb des Kartons umfällt. Auch bei Gabelstaplerbetrieb sind die weit herausragenden Wellendrehgeber gefährdet.<BR>In vielen Anwendungen bringt die durchgehende Hohlwelle zudem noch konstruktive Erleichterungen mit sich, z.B. wenn noch zusätzliche Komponenten an der Antriebseinheit montiert werden müssen. Damit der Antrieb bei einem Stromausfall von Hand bewegt werden kann, ist in einigen Anwendungen die Montage eines Handrades notwendig, z.B. in der Bühnentechnik oder bei Textilmaschinen, deren Material bei Stillstand entspannt werden muss, um Beschädigungen zu vermeiden. Das Handrad wird einfach hinter dem Geber auf der gleichen Welle angebracht. Dasselbe gilt sinngemäß auch für ein Lüfterrad.<BR><BR>Touchless-Encoder-Prinzip ersetzt mechanisches Getriebe<BR>In der Vergangenheit ließen sich all diese Vorteile der Hohlwellen-Montage zwar bei Singleturn-Gebern, nicht jedoch bei Multiturns nutzen. Der Grund hierfür ist einleuchtend, denn die normalerweise bei Multiturn-Drehgebern eingesetzten mechanischen Getriebe machen eine integrierte Hohlwelle schwer realisierbar, wenn nicht gar unmöglich. Die Geber werden sehr groß, weil das Getriebe entsprechend angeordnet sein muss. Eine Anpassung an unterschiedliche Wellendurchmesser ist damit nicht möglich. Die Untersetzung bei großem Durchmesser der Eingangswelle ist ein echtes konstruktives Problem. Die erste Getriebestufe, die auf die Hohlwelle greift, ist außerdem sehr hoher Beanspruchung ausgesetzt. Hochdynamische Anwendungen sind dadurch praktisch nicht realisierbar. <BR>Elegant gelöst wurden diese Probleme dagegen bei Multiturns von IVO, die ganz ohne Getriebe auskommen. Verschleißanfällige Mechanik ist hier durch hochintegrierte Elektronik ersetzt. Bei diesem patentierten ‚Touchless Encoder‘-rinzip zählt ein spezieller IC die Umdrehungen. Beim Layout der Platinen lassen sich im Gegensatz zu mechanischen Getrieben ohne weiteres beliebige Hohlwellendurchmesser bis 50,8 mm (2 Zoll) berücksichtigen. Dadurch ist im Bedarfsfall sogar eine Materialzuführung durch die Hohlwelle möglich. Das elektronische Verfahren bringt aber noch eine ganze Reihe weiterer Vorteile mit sich.<BR><BR>Praxisgerechte Zusatzfunktionen<BR>Die Stromaufnahme ist so gering, dass das System über viele Jahre hinweg von einer Lithiumzelle gespeist werden kann. Verwendet werden dabei die gleichen Zellen wie sie die Medizintechnik für Herzschrittmacher einsetzt. Belastet wird diese Spannungsquelle nur bei abgeschalteter Versorgungsspannung der Geber. Die typische Lebenserwartung einer solchen Batterie bei Dauerbelastung wird mit 12 Jahren angegeben, die Erfahrungen in der Praxis lassen bei üblichen Umgebungstemperaturen (20 °C) jedoch eher 20 Jahre Lebensdauer erwarten. Über die Batteriespannung ist jederzeit eine Aussage über die zu erwartende Restlebensdauer möglich. Monate vor einer möglichen Batterieentladung wird ein Diagnoseausgang gesetzt, was den rechtzeitigen Austausch im Rahmen einer Maschinenwartung ermöglicht. <BR>Mechanische Getriebe dagegen fallen ohne Vorwarnung aus. Häufige Ursache dafür sind Verschmutzungen durch den bei längeren Betriebszeiten unvermeidlichen Abrieb. Bei der elektronischen Variante ist das selbst bei hohen Drehzahlen (bis 10 000 U/min) nicht zu befürchten. Dadurch sind die elektronischen Multiturns selbst für hochdynamische Antriebe geeignet. <BR>Gleichzeitig bieten die elektronischen Multiturns interessante Zusatzfunktionen: Der zusätzliche Ausgang zur Drehzahlüberwachung beispielsweise kann einen Drehzahlwächter ersetzen. Über die elektronische Nullpunktanpassung lässt sich der Drehgeber schnell und unkompliziert an die tatsächliche Maschinenposition anpassen. Neben dem Absolutwert kann der Geber auch ein Inkrementalsignal ausgeben. In diesem Fall kann man sich beispielsweise für die Drehzahlregelung einen zusätzlichen Inkrementalgeber sparen und hat gleichzeitig eine quasi-redundantes Abtastung.<BR><BR>Schock- und schüttelfest<BR>Auch extreme oder schwankende Umgebungstemperaturen im Bereich von -20 °C bis +80 °C beeinträchtigen die Funktion der getriebelosen Multiturns nicht. In puncto Schock- und Schüttelfestigkeit erfüllen die elektronischen Multiturns ebenfalls höchste Anforderungen. Die Werte liegen bei 200 m/s2 während 6 ms und sind damit doppelt so hoch wie sonst bei solchen Geräten üblich. Zusätzliche Schockmodule kann man sich dadurch sparen. <BR>Die Winkelposition wird über die bewährte optoelektronische Methode erfasst, allerdings kommen die IVO-Multiturns mit nur einer einzigen LED aus. Die Erwärmung ist dadurch deutlich geringer, als wenn - wie in der Regel üblich - vier LEDs im Einsatz sind. Ein integriertes Opto-ASIC dient zur Abtastung der Glasscheibe und überwacht viele Funktionen des Gebers, wie z.B. Einschrittigkeit des Codes und den Zustand der LED. Die Lichtstärke der LED wird permanent nachgeregelt; die natürliche Alterung kann so ausgeglichen werden. <BR>Die elektronischen Multiturn-Drehgeber liefern Codeworte von 24 bzw. 25 Bit, wobei 12 bzw. 13 Bit für Winkelinformation und 12 Bit für Umdrehungszahl verwendet werden. 4096 Umdrehungen mit einer Auflösung von 4096 bzw. 8192 Winkelschritten pro Umdrehung sind so realisiert. Die Absolutdrehgeber können Drehzahlen bis zu 6000 Umdrehungen pro Minute erfassen und intern mit einer Frequenz von 800 kHz verarbeiten. Elektronische Multiturns für die Hohlwellen-Montage gibt es mit SSI-Schnitstelle oder zum direkten Anschluss an alle gängigen Bussysteme, z.B. Interbus-S, Profibus, CANopen, DeviceNet, Suconet etc.<BR></TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:54 Uhr aktualisiert</I></P>
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