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Drehgeber für härteste Bedingungen

: Pepperl+Fuchs


Es gibt Anwendungen, die extreme Anforderungen an die Bewegungssensorik stellen, etwa in mobilen Maschinen oder in Prozessanlagen in Außenbereichen der Energie- und Versorgungswirtschaft. Für solche Bereiche sind die neuen Drehgeber-Baureihen ENA42HD und ENA36HD von Pepperl+Fuchs eine passende Lösung. Mit magnetischer Abtastung hoch präzise, sind sie zuverlässig und kompakt zugleich.

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Die Heavy-Duty-Baureihe ENA42HD in robustem V4A Edelstahl-Gehäuse.

Die Heavy-Duty-Baureihe ENA42HD in robustem V4A Edelstahl-Gehäuse.

Die vielfältigen Einsatzfälle für Drehgeber in mobilen Maschinen reichen von Arbeitsmaschinen in der Land- und Forstwirtschaft über Baumaschinen wie Bagger oder Bohrfahrzeuge bis hin zum Mobilkran, Müllwagen oder Feuerwehrfahrzeug. Werden in Steuerungssystemen genaue Werte über Positionen, Auslenkwinkel oder Geschwindigkeiten für ein sicheres und effizientes Arbeiten benötigt, sind Drehgeber entscheidende Bausteine. Dies gilt ebenso für Prozessanlagen der Energie- und Versorgungswirtschaft, von der Windenergiegewinnung bis zur Wasseraufbereitung. Die vielfältigen Einsatzfälle für Drehgeber in solchen Bereichen haben in der Regel eines gemeinsam: sie müssen unter oft extremen Umgebungsbedingungen im Outdoor-Einsatz zuverlässig funktionieren. Wie kaum ein anderer Einsatzbereich belasten Staub, Schmutz, Hitze, Kälte, Schockeinwirkungen, starke Vibrationen, Feuchtigkeit, Spritzwasser usw. Mechanik und Elektrik, da vor allem die Sensorik.

Wo solche Bedingungen an der Tagesordnung sind, kommen Heavy-Duty-Drehgeber mit magnetischem Abtastprinzip zum Einsatz. Dieses kommt ohne mechanisches Getriebe aus und arbeitet berührungslos, nahezu verschleißfrei. Deshalb sind magnetische Drehgeber erste Wahl, wenn es hart zur Sache geht. Die Heavy-Duty-Baureihen ENA42HD und ENA36HD von Pepperl+Fuchs bieten mit ihrer evolutionären Magnetfeld-Technologie einen entscheidenden Fortschritt: Magnetische Drehgeber mit bewährtem Konstruktionsprinzip erreichen Genauigkeiten bis 1°, die neue Magnetfeld-Technologie von Pepperl+Fuchs ermöglicht Genauigkeiten bis unter 0,1°. Dabei sind, etwa beim ENA42HD, Singleturn-Auflösungen bis zu 16 Bit und Gesamtauflösungen bis zu 32 Bit möglich.

Eine Technologie überschreitet Grenzen

In den Absolutwert-Drehgebern
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kommt ein Zwei-Achsen Hall-Sensor zum Einsatz. Ein rotierendes Magnetfeld erzeugt ein Sinus- bzw. Kosinussignal. Dieses wird durch den internen Prozessor bearbeitet, sodass der Prozesswert dem Ausgangswert eines Absolutwert-Drehgebers mit optischer Abtastung gleicht. Mit einem zusätzlichen Wiegand-Sensor wird daraus ein Multiturn-Absolutwert-Drehgeber.

Ein über dem Wiegand-Sensor rotierendes Permanent-Magnetfeld erzeugt im Kern des Wiegand-Sensors einen Wechsel der Magnetfeldrichtung. Dies führt zu einer Induktionsspannung in der darüber gewickelten Spule. Somit steht immer bei Magnetfeldrichtungswechsel, also jeweils zwei Mal pro Umdrehung, Energie zur Verfügung. Diese dient der elektronischen Zählung der Umdrehungen und zur Speisung der Elektronik, die dadurch ohne Batterie auskommt. Die Drehgeber bleiben unabhängig von Spannungsausfällen und bieten vollkommene Datensicherheit. Dies trägt wesentlich zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und gleichzeitig zur Reduktion von Wartungs- und Servicearbeiten bei.

Der integrierte Wiegand-Sensor ersetzt allerdings nicht nur anfällige mechanische Getriebe, er spart auch Platz und ermöglicht damit die Realisierung einzigartig kompakter Drehgeber. Die hoch entwickelte Technologie findet sogar in den 42 bzw. 36 mm kleinen Gehäusen der neuen Baureihen Platz. Im Fall der ENA42HD Absolutwert-Drehgeber handelt es sich um ein Edelstahlgehäuse (V4A). Auch Flansch und Welle sind aus Edelstahl gefertigt. Besonders bemerkenswert ist dabei die maximale Wellenbelastung mit axial und radial 270 N. Die noch kompakteren ENA36HD haben ein robustes Aluminiumgehäuse. Auch hier ermöglicht die ebenfalls aus Edelstahl gefertigte Welle eine maximale Wellenbelastung von 180 N.

Beide Drehgeberausführungen bieten Schutzart IP68 /
IP69K und erfüllen Standards, die weit über die für herkömmliche Sensoren geltenden Normen hinausgehen. Dazu gehört, dass Pepperl+Fuchs diese Drehgeber zahlreichen Umgebungsprüfungen unterzieht, wie Wassereintrittsprüfungen, umfassenden Feuchtigkeitsprüfungen und wiederholten Temperaturzyklen. Zudem erfolgen Salznebeltests und viele weitere Prüfungen von Stoß- und Vibrationstests bis hin zu Langzeiteinlagerungen unter erschwerten Temperaturbedingungen.

Ideal zugeschnitten

Die Heavy-Duty-Drehgeber sind auch in Bezug auf die verfügbaren Schnittstellen für die Einsatzgebiete wie etwa im Mobile Equipment zugeschnitten. Neben der SSI-Schnittstelle sind CANopen sowie das von der Society of Automotive Engineering (SAE) entwickelte SAE J1939 verfügbar. Dieses Protokoll arbeitet auf dem Physical Layer mit CAN High-Speed nach ISO 11898. Es wird in der Steuergerätekommunikation in Nutzfahrzeugen eingesetzt und bildet ein Netzwerk, das die jeweiligen Steuergeräte verbindet. Daneben dient SAE J1939 zur Beschreibung internationaler Standards wie NMES 2000 (Marine) und ISO 11783 (ISOBUS für Landmaschinen).

Für J1939 hat SAE den CAN-Nachrichten-Identifier auf 29 Bit erweitert und dazu CAN Bausteine und Protokollimplementierungen entwickelt. „Dieses Protokoll ergibt zusammen mit einer magnetischen Abtastung und in Kombination mit einem Heavy-Duty-Gehäuse den perfekten Drehgeber für härteste Einsatzbedingungen“, resümiert Nils Schlemmer, Produktmanager bei der Pepperl+Fuchs Drehgeber GmbH.

Die Heavy-Duty-Baureihe ENA42HD in robustem V4A Edelstahl-Gehäuse.



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