Neue Anwendungsgebiete für Magnettechnologie

Magnetische Drehgeber mit der Präzision optischer Systeme
Eine neue Generation magnetischer Drehgeber bringt die Vorteile von Magnettechnologie in neue Anwendungsgebiete und ist in nahezu allen Fällen eine vollwertige Alternative zu optischen Systemen. Wie dies umgesetzt wurde, erklärt Dr. Michael Löken, Geschäftsbereichsleiter Posital Europa bei der Fraba-Gruppe.

Inwiefern sind die neuen magnetischen Drehgeber wirklich universell einsetzbar? Magnetische Drehgeber – egal ob absolut oder inkremental – sind ja bekanntlich aufgrund von Jitter und hohen Latenzzeiten für dynamische Anforderungen nicht geeignet.

M.Löken: Wenn Sie den heutigen Drehgebermarkt betrachten, stimmt das. Wir haben z.B. im Rahmen von Tests bei herkömmlichen magnetischen Drehgebersystemen Latenzzeiten zwischen 600µs und 1ms festgestellt. Bei unseren neuen magnetischen Ixarc-Encodern sieht das allerdings ganz anders aus.

Wo liegt der Unterschied?

M.Löken: Bisher übliche magnetische Systeme nutzen Signale, die von einem Hall-IC erzeugt werden, der auch gleich die Signalverarbeitung übernimmt. Solche Hall-ICs wurden jedoch ursprünglich nicht für Automatisierungsanwendungen entwickelt, sondern eher für vergleichsweise anspruchslose Aufgaben in der Automobilindustrie. Daher konnte man bisher das volle Potenzial dieser Technik nicht ausschöpfen. Dieses Prinzip haben wir nun geändert: wir lassen nicht mehr rechnen, wir rechnen selbst. Bei unseren neuen Drehgebern kommt ein Hall-Sensor ohne eigene digitale Signalverarbeitung zum Einsatz, der lediglich analoge Ausgangssignale erzeugt. Er besteht aus vier Hall-Elementen, die jeweils vierfach abgetastet werden – so entstehen 16 Rohsignale für einen Positionswert. Diese Rohsignale werden von einem 32-Bit-Mikrocontroller verarbeitet, der ganz andere Features für die Echtzeit-Datenauswertung bietet. So können nun z.B. etwaige physikalische Fehler, die im direkten Zusammenhang mit dem Hall-Signal stehen, herausgerechnet werden. Die eigentliche Herausforderung bei den neuen Drehgebern war für uns die Entwicklung einer geeigneten Signalverarbeitungs-Software, da gleichzeitig hohe Präzision und Dynamik gefordert waren. Mittels umfassender Tests und Simulationen ist uns dies gelungen.

Welche Leistungsmerkmale erreichen die magnetischen Drehgeber mit diesem Verfahren?

M.Löken: Sie bieten eine Auflösung je Umdrehung, die je nach Modell bei bis zu 16Bit liegt. Die Genauigkeit beträgt 12Bit. Die Drehgeber sind in der Lage, nahezu jitterfrei und praktisch ohne Latenzzeit den tatsächlichen Positionswert zu bestimmen – auch bei taktsynchronen Schnittstellen wie SSI oder Profinet. Die Latenzzeit konnten wir auf wenige µsec reduzieren. Die Drehgeber haben einen Durchmesser zwischen 36 und 58mm und sind mit Schutzarten bis IP69K erhältlich. Wir statten sie je nach Bedarf mit den verschiedensten Kommunikationsschnittstellen aus. Durch die neue Basis-Sensorik können wir zudem unser Produktportfolio um magnetische programmierbare Inkrementaldrehgeber erweitern, sodass wir nun die gesamte Bandbreite an Encoder-Lösungen abdecken.

Leisten die neuen magnetischen Drehgeber wirklich alles, was optische Systeme können?

M.Löken: Die neuen magnetischen Encoder sind in vieler Hinsicht den optischen Gebern ebenbürtig, und bei der Signalqualität werden Sie kaum noch Unterschiede bemerken. Dank der zahlreichen Vorteile der Magnettechnologie – denken Sie nur an die bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Umgebungsbedingungen wie etwa hoher Luftfeuchtigkeit bzw. Schocks und Vibrationen, oder die wesentlich kleineren Dimensionen – sind unsere Neuentwicklungen eine vollwertige und je nach Anwendungsgebiet sogar vorteilhaftere Alternative. Selbst da, wo wir anfangs noch Grenzen gesehen haben, verschwinden diese langsam: Dank ihrer dynamischen Performance können die neuen Drehgeber im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen magnetischen Drehgebern nun auch für die Motorregelung eingesetzt werden, wenn auch vorerst nicht im High-End-Bereich. Lediglich bei einigen wenigen Applikationen, in denen z.B. extrem starke Beschleunigungen auftreten, müssen wir aktuell noch Abstriche bei der Genauigkeit machen.

Was bedeutet das für optische Drehgeber?

M.Löken: In einer Vielzahl von Anwendungen können sie nun ohne Weiteres durch magnetische Drehgeber ersetzt werden. Ich möchte die optischen Modelle aber auch etwas in Schutz nehmen – auch hier haben wir schließlich einen hohen Standard hinsichtlich Genauigkeit und Schutzklassen erreicht, der in vielen Applikationen ständig unter Beweis gestellt wird. Und da die Entscheidung, eine Technologie durch eine neue zu ersetzen, letztendlich beim Kunden liegt, bieten wir unsere bewährten optischen Systeme selbstverständlich weiterhin an.

POSITAL - FRABA GmbH
http://www.fraba.de

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