Autarkie ist machbar

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Drehgeber – Bei zahlreichen industriellen Anwendungen ermöglichen batterie- und getriebelose absolute Multiturn-Drehgeber mit EnDra-Technologie einen komplett wartungsfreien Betrieb.

29. April 2013

Einer der vielseitigsten Sensortypen bei industriellen Anwendungen sind Drehgeber, mit denen sich viele verschiedene Messaufgaben realisieren lassen. Entsprechend den jeweiligen Anforderungen, etwa Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse, geringer Bauraum, hohe Auflösung, schnelle Auswertung oder einfache Montage, kommen dabei verschiedene Systeme zum Einsatz. Allen Typen gemeinsam ist, dass die Sensorik die Bewegung einer Antriebswelle erfasst. Zu unterscheiden ist dabei vor allem zwischen inkrementalen Drehgebern, die eine Folge von rechteck- oder sinusförmigen Signalen senden, sowie absoluten Drehgebern, die einen konkreten Positionswert ausgeben, wobei noch unterschieden wird zwischen Singleturn-Drehgebern, die maximal eine einzelne Umdrehung erfassen können, und Multiturn-Drehgebern für mehrere Umdrehungen. Ausgegeben werden die Messwerte bei absoluten Drehgebern in den meisten Fällen über Standardprotokolle wie CANopen, SSI, Profibus oder EtherCat.

Die Wahl des optimalen Drehgebers hängt dabei von einer Vielzahl von Faktoren ab, weiß Markus Caspari, Category Manager bei dem Industriekomponenten-Distributor Distrelec Schuricht in Bremen: »Welche Technologie und Schnittstelle eingesetzt wird und welcher Drehgebertyp die gestellte Messaufgabe am besten erfüllt, entscheidet die jeweilige Anwendung.«

Um etwa in der Verpackungsindustrie die Rückverfolgbarkeit des Verpackungsinhalts sicherzustellen, bringen Inkjet-Markiersysteme im kontinuierlichen Betrieb Chargennummern sowie Abfüll- und Mindesthaltbarkeitsdaten an definierten Stellen der Verpackung auf. Gesteuert und positioniert wird die Druckereinheit des Markiersystems dabei durch eine Lichtschranke in Verbindung mit einem Absolutwert-Drehgeber. Die Lichtschranke erkennt das zu bedruckende Teil, der Drehgeber gibt die Position des Druckbeginns vor.

Raue Einsatzbedingungen

Andere Anforderungen stellt zum Beispiel der Einsatz in einem mobilen Autokran: Eine solche Anwendung benötigt Messsysteme, die nicht nur den Drehwinkel des Turms, sondern auch die Auszugslänge des Kranarms und der Stützen zuverlässig messen. Aus der Kombination dieser Werte mit anderen Parametern kann ein Sicherheitssystem den Bediener vor Überlastbereichen warnen oder Überlastsituationen automatisch verhindern. Zur Messung von Winkelpositionen dienen hier in der Regel Absolutwertgeber mit Singleturn. Dabei genügt zwar eine mittlere Genauigkeit, allerdings erfordert der Einsatz im Freien in diesem Fall einen besonders robusten Geber mit einem weiten Einsatztemperaturbereich. Eine hohe Schutzart ist hier zudem auch wegen der Reinigung mit Dampfstrahlern erforderlich. Außerdem sind je nach der Anflanschung an den sich drehenden Turm die zulässigen Lagerlasten zu berücksichtigen.

Vielfalt durch Multiturn

Für Messungen, die über eine einzelne Umdrehung hinausgehen, etwa aufgrund einer Untersetzung mittels Getriebe, werden Absolutwertgeber mit zusätzlicher Multiturnfunktion eingesetzt. So werden beispielsweise Windkrafträder oder komplexere Solaranlagen mit Hilfe von Drehgebern optimal in die richtige Position zum Wind oder zur Sonne ausgerichtet, erzählt Distrelec-Manager Caspari und erläutert: »Dabei misst man die Positionen direkt am Motor über die Umdrehungen der Antriebswelle, was den Installationsaufwand erheblich reduziert.«

Neben einer hohen Staubbeständigkeit, etwa bei Einsätzen in Wüsten, oder einer guten Salzwasserresistenz bei Anwendungen in Offshore-Anlagen benötigen Drehgeber oft auch einen erhöhten elektrischen Schutz gegen Überspannung. Deshalb sollten sie aufgrund der rauen klimatischen Bedingungen idealerweise keine Batterien oder anfällige mechanische Teile enthalten.

Wartungsfrei und zuverlässig

Diese Anforderung erfüllen die neu entwickelten Absolutwertgeber der Baureihe WDGA des Automatisierungstechnikspezialisten Wachendorff aus dem südhessischen Geisenheim, welche ohne Batterie und Getriebe auskommen. Um die Anzahl der Umdrehungen und die Drehrichtung zu erfassen, benötigen diese wartungsfreien und energieeffizienten Drehgeber kein mechanisches Getriebe, sondern nutzen die patentierte EnDra-Technologie (Energiedraht). Dabei induziert ein rotierender Permanentmagnet in einer Drahtspule so viel Energie, dass die Informationen »Umdrehungszahl« und »Drehrichtung« an jeder Position in die Auswerteelektronik übertragen werden. Eine externe Energiezufuhr, zum Beispiel über eine Batterie, ist hierfür nicht erforderlich. Damit arbeitet das patentierte System absolut autark.

Für Dieter Schlömel, Produktmanager bei Wachendorff Automation, haben die Vorteile der innovativen EnDra-Technologie das Potenzial, den Markt für Multiturn-Drehgeber nachhaltig zu verändern. Neben der hohen Zuverlässigkeit verspricht die Technologie vor allem auch deutliche Kostenvorteile, erklärt Schlömel: »Allein in Deutschland könnte rund eine Viertelmillion Batterien und Getriebe pro Jahr eingespart und veraltete Technologie abgelöst werden. Auch aufgrund des Umweltschutzes ist es deshalb sinnvoll, sich in diese Richtung zu orientieren.«

Die geringeren Material- und Produktionskosten erschließen zudem völlig neue Einsatzgebiete. Schömel ist deshalb überzeugt, dass damit Einschränkungen, etwa durch Temperaturempfindlichkeit, Platzbedarf, Wartungspflicht, Umweltbelastung und Entsorgungsbedarf künftig der Vergangenheit angehören und ergänzt: »Außerdem entstehen neue Einsatzfelder in Bereichen wie Windenergie, Medizintechnik, Aufzugstechnik, mobile Arbeitsmaschinen oder im Anlagen- und Maschinenbau.«

»Da ein Auswechseln der Batterien entfällt, kommt es zu geringeren Stillstandszeiten der Produktionsanlagen. Die Betriebs- und Wartungskosten werden so erheblich gesenkt«, gibt daneben der Distrelec-Manager Markus Caspari zu bedenken. Auch wenn es darum geht, den Betriebszustand aus Gründen der Qualitätssicherung lückenlos zu dokumentieren, ist das batterielose System nach Aussage Casparis deutlich im Vorteil. Da außerdem der Positionswert im stromlosen Zustand nicht verloren geht, erfordert ein Neustart keine Referenzfahrt vom Startpunkt aus.

Auf einen Blick

- Die Distrelec Schuricht GmbH mit Sitz in Bremen ist einer der führenden Katalogdistributoren für elektronische Bauelemente, Industrieautomation, Messtechnik, Arbeitsplatzausstattung und industrielle IT in Europa.

- Im Produktbereich Industrieautomation umfasst das Angebot vor allem unterschiedliche Sensoren, Steuerungen und Aktoren, wie beispielsweise die neuesten Multiturn-Drehgeber von Wachendorff.

- Neben einem umfangreichen Produktsortiment bietet der Distributor unterschiedliche Services, von der Analyse der aktuellen Situation über das Herausarbeiten des Bedarfs bis zum Ausarbeiten eines maßgeschneiderten Einsatzkonzepts.

Erschienen in Ausgabe: 03/2013