Traditionell arbeitet die Vielzahl der heute in der Industrie verwendeten Drehgeber mit einem optischen Wirkprinzip. Das Verfahren erlaubt eine hohe Auflösung der Messwerte und auch hohe absolute Genauigkeiten, birgt aber systembedingt auch Schwächen. Allein das Vorhandensein einer Glasscheibe als Maßverkörperung ist vielen Anwendern nicht robust genug, insbesondere wenn die Applikation hoher Schock und Vibrationsbelastung ausgesetzt ist. Zudem ist der optische Drehgeber wiederum systembedingt aufwändig im mechanischen Aufbau, da eine Vielzahl von Komponenten montiert und justiert werden müssen. Das führt dazu, dass diese Drehgeber eher im oberen Preissegment angesiedelt sind. Als Alternative kamen in den letzten Jahren vermehrt magnetische Prinzipien zum Einsatz. Durch den vergleichsweise einfachen Aufbau werden diese Systeme immer öfter in Anwendungen verwendet, in denen Robustheit Voraussetzung ist. Jedoch kamen bisher magnetische Drehgeber nicht an die Performance optischer Systeme hinsichtlich der Genauigkeit und Dynamik heran. Mit den neuen magnetisch basierten Drehgebern gehören diese Kompromisse der Vergangenheit an. Dazu wurde die Signalverarbeitung vom Sensor auf einen Mikroprozessor verlagert: Bei den neuen Drehgebern werden Hall-Sensoren ohne eigene digitale Signalverarbeitung genutzt, die lediglich analoge Ausgangssignale erzeugen. Ein solcher Hall-Sensor besteht aus vier Hall-Elementen, die jeweils vierfach abgetastet werden. Somit entstehen 16 Rohsignale für einen Positionswert die von einem 32-Bit-Mikrocontroller verarbeitet werden, der auch Möglichkeiten für die Echtzeit-Datenauswertung bietet. So können physikalische Fehler, die im direkten Zusammenhang mit dem Hall-Signal stehen, herausgerechnet werden. Mit der Entwicklung einer geeigneten Signalverarbeitungssoftware wurde ein Genauigkeits- und Dynamikbereich erschlossen, der auf dem Niveau optischer Drehgeber liegt und heute eine Genauigkeit von 12Bit (<0,1°) bei einer Auflösung bis 16Bit und Latenzzeiten von wenigen Mikrosekunden erreicht.
Drei mögliche Betriebsarten
Dank der leistungsstarken Mikrokontroller ist es naheliegend, auch eine Geräteserie anzubieten, die die erzeugten Signale bereits auswerten kann. Der Anwender braucht keine weitere Folge-Elektronik oder SPS, um die inkrementalen Impulsfolgen zu einer Funktion zu wandeln. Erstens sind sie als Inkrementalgeber einsetzbar. Sämtliche Parameter kann der Anwender dabei frei einstellen, z.B. die Auflösung zwischen zwei und 10.000 Impulsen pro Umdrehung. Auch als Zähler lassen sich die Geräte einsetzen. Hierbei sind u.a. Zählrichtung (vorwärts/rückwärts) und Schaltpunkte frei wählbar. Die dritte Betriebsart dient der Drehzahlüberwachung. Der Anwender stellt einen Drehzahlbereich ein, bei dessen Über- oder Unterschreitung die Ausgänge schalten. Somit arbeiten die Geber selbständig als Drehzahl- oder Stillstandüberwachungssysteme. Je nach eingestellter Anwendung ändert sich auch die Signalausgabe am Drehgeber: während im Encoder-Modus die Impulsfolgen ausgegeben, so werden in der Betriebsart ´Vorwahlzähler´ digitale Ausgänge bei Erreichen der Sollvorgabe geschaltet.
Teach-in über Display oder IO-Link
Sämtliche Funktionen und Parameter sind mittels Tasten und LED-Display am Gerät einstellbar. Im Betrieb zeigt das Display je nach eingestelltem Modus die aktuellen Impuls-, Zähl oder Drehzahlwerte an. Das Besondere: Durch die Zweifarbigkeit (Rot/Grün) erkennt der Anwender, ob sich die Maschine im Gut-Bereich befindet oder ob Grenzwerte überschritten sind. Zudem lässt sich das Display elektronisch um 180° drehen, was flexible Einbaulagen ermöglicht. Neben der Einstellung direkt am Gerät sind die Drehgeber auch per IO-Link parametrierbar. Der Kabelabgang bzw. der drehbare M12-Anschluss bei den Stecker-Geräten ist sowohl radial als auch axial nutzbar. Letztendlich reduziert sich also die Auswahl des passenden Drehgebers auf den passenden Flansch und die Welle – alles andere kann der Benutzer frei konfigurieren. Für Anwender, die das Gerät als Drehgeber nutzen und auf Tasten und Display verzichten wollen, steht eine Basic-Variante zur Verfügung, die ebenfalls per IO-Link einstellbar ist.
