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Industrielle Automation 5/2015

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Industrielle Automation 5/2015

01 Elektro-magnetischer

01 Elektro-magnetischer Drehgeber mit Profisafe/Profinet-Schnittstelle Dipl.-Ing. Andreas Meyer ist Produktmanager bei der TWK-ELEKTRONIK GmbH in Düsseldorf 01 Andreas Meyer 02 Perfektes Zusammenspiel Drehgeber mit Drehkranzfunktionalität setzen neue Maßstäbe in der Positions- und Geschwindigkeitsmessung Kommen Drehgeber an Spindeln oder Drehkränzen, z. B. eines Kranes oder Baggers zum Einsatz, sind schnell die Grenzen des technischen Machbaren erreicht. Ausgestattet mit einer Drehkranzfunktionalität lässt sich dagegen die direkte Einstellung der Zähne-Zahlen von Drehkranz und Drehgeberritzel realisieren. Dadurch können alle Übersetzungsverhältnisse realisiert und der Drehgeber exakt an den jeweiligen Drehkranz angepasst werden. 02 Mithilfe des spielausgleichenden Messzahnrad ZRS werden Bewegungen spielfrei auf den CANopen Safety-Drehgeber übertragen Beim Einsatz von Drehgebern am Drehkranz, zum Beispiel in mobilen Maschinen, greift im Allgemeinen ein am Drehgeber befestigtes Ritzel in einen großen Drehkranz. Eine Umdrehung des Drehkranzes führt zu mehreren Umdrehungen der Drehgeberwelle. Der Drehgeber soll trotzdem die Position des Drehkranzes im Messbereich von 0 bis 360° ausgeben und nach einer vollen Umdrehung des Drehkranzes wieder 0° anzeigen. Bei handelsüblichen Standard-Drehgebern sind in der Regel die Auflösung und die Gesamtschrittzahl programmierbar. Nach dem Erreichen der programmierten Gesamtschrittzahl beginnt der Messbereich wieder von vorne. Die, durch die Programmierung bestimmte, Umdrehungszahl (Gesamtschrittzahl/Auflösung) muss hierbei ganzzahlig sein. Bei endloser Drehung des Drehgebers in eine Richtung (nicht-reversierender Betrieb), wie dies bei Drehkränzen oft nicht ausgeschlossen werden kann, sind als Umdrehungszahlen sogar nur 2 n - Werte (1, 2, 4, 8, …) zulässig. Der Grund hierfür ist, dass der Positionswert, bei Umdrehungszahlen ungleich 2 n , am Ende seines absoluten Messbereichs einen „Sprung“ machen würde. Er würde frühzeitig, also schon vor dem Erreichen der Null-Position des Drehkranzes wieder auf 0 springen (Grafik 03). Oft sind die Übersetzungsverhältnisse zwischen Drehgeberritzel und Drehkranz jedoch nicht einmal ganzzahlig. Der Drehgeberwert muss dann beispielsweise nach 4,1 Umdrehungen, entsprechend einer Umdrehung des Drehkranzes, wieder bei 0 beginnen. Drehkranzfirmware erlaubt jegliche Übersetzungsverhältnisse Um den Anforderungen der Drehkranzapplikationen gerecht zu werden, hat TWK- Elektronik für ihre Drehgeber eine spezielle Drehkranzfirmware entwickelt. Mit dieser können, durch die anwenderseitig einstellbare Anzahl der Zähne von Drehgeberritzel und Zahnkranz, jegliche Übersetzungsverhältnisse realisiert werden. Durch eine besondere interne Logik entsteht am Ende des absoluten Messbereiches kein Sprung im Positionsverlauf (Bild 04/Grafik). Zudem besitzt der Geber eine interne Skalierung des Positionswertes. Parametriert wird bei diesem nun nicht mehr die gewünschte Auflösung bezogen auf die Geberwelle, sondern be zogen auf den Drehkranz. Da­ 14 INDUSTRIELLE AUTOMATION 5/2015

durch ist es möglich die Position des Drehkranzes direkt in Winkelgrad zu erhalten. Die Auflösung kann je nach Übersetzungsverhältnis bis zu 1/1 000° betragen. Standard-Drehgeber und Drehkranzgeber im Vergleich Im ersten Beispiel wird ein Standard-Drehgeber (max. Aufösung 8 192 Schritte, max. Gesamtschrittzahl 33 554 432) mit dem Übersetzungsverhältnis 5:1 beschrieben. Die Drehgeberprogrammierung beträgt: Auflösung: 8 192 Schritte, Gesamtschrittzahl 40 960 Schritte (entspricht 5 Umdrehungen). Man erkennt, dass ein Messbereich von fünf Umdrehungen nicht „glatt“ in den gesamten absoluten Messbereich des Drehgebers mit seinen 4 096 Umdrehungen (entsprechend 33 554 432 Gesamtschrittzahl) hinein passt. Vor dem absoluten Nullpunkt des Gebers bleibt nur noch eine Umdrehung (also 8 192 Schritte) übrig. Danach fängt er unweigerlich wieder bei 0 an (Bild 03/Grafik). Anders beim Geber mit Drehkranzfirm ware, hier sorgt die interne Logik dafür, dass die Geberposition am Ende des absoluten Messbereiches keinen Sprung macht. Das zweite Beispiel beschreibt einen Drehkranzgeber mit folgender Drehgeberprogrammierung: Übersetzungsverhältnis 5:1, Auflösung Position 36 000. Die gewünschte Aufösung des Drehkranzes ist im Drehgeber einstellbar. Wählt man wie hier z. B. eine Aufösung von 36 000 Schritten, so entspricht jeder Schritt 0,01°. Die Drehkranzposition hätte also eine Aufösung von 1/100 Grad (Grafik 04). Zusätzlich zum Positionswert ermittelt der Drehkranzgeber auch die Geschwindigkeit des Drehkranzes und gibt sie in der Einheit Grad/Zeitbasis aus. Diese lässt sich ebenfalls in Aufösung und Zeitbasis frei skalieren. Mit Profisafe über Profinet SIL2 zertifiziert Drehgeber mit Drehkranzfirmware sind mit CANopen- (Modell NOCN) und Profinet-Schnittstelle (Modell TRT) verfügbar (Bild 01). Für sicherheitstechnische Anwendungen existieren SIL2 und Performance Level D zertifizierte Versionen mit CANopen-Safety beziehungsweise Profisafe über Profinet- Protokoll. Das Modell NOCN ist zusätzlich mit Schaltausgängen lieferbar und kann so die Funktion eines Nockenschaltwerks übernehmen. Als Ausgabewerte liefert der Drehgeber dann die Position des Drehkranzes in Grad (Aufösung einstellbar) sowie dessen Geschwindigkeit in Grad/Zeit einheit (Zeiteinheit einstellbar). Alle Modelle sind sowohl im Aluminiumals auch im Edelstahlgehäuse lieferbar und bieten einen Arbeitstemperaturbereich von - 40…+ 85 °C. Über das als Zubehör erhältliche spielfreie Zahnrad ZRS lässt sich die Positionserfassung besonders elegant realisieren (Bild 02). Das aus speziellem dauerelastischem Kunststoff gefertigte Zahnrad gewährleistet, dass die Flanken eines Zahnes ständig am zu vermessenden Zahnrad anliegen. Eine Verfälschung des Messsignals beim Wechsel zwischen Vor- und Rückwärtsdrehen wird so verhindert. Foto: Schmuckbild Fotolia www.twk.de UNSER HERZ SCHALLT ULTRA. 03 Grafik: Standard-Drehgeber Dipl.-Ing. Oliver Liedtke Entwicklung Gehäusekonstruktion 04 Grafik: Drehkranz-Drehgeber Seit 25 Jahren entwickeln unsere Ingenieure Ultraschallsensoren für die industrielle Automatisierungstechnik. Zum Beispiel unseren Alleskönner mic+ mit Digitaldisplay. Feiern Sie unser Jubiläum mit uns und besuchen Sie uns vom 24.-26.11.2015 auf der SPS/IPC/DRIVES in Nürnberg. Halle 7A, Stand 7A-401. microsonic.de

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