Hartes und langes Leben

Drehgeber – Drehgeber gehören zu den härtesten Anwendungen. Welche Vorteile hat ein magnetischer Geber bei stark beanspruchten Maschinen und Anlagen?

10. April 2008

Magnetischer oder optischer Drehgeber? Die Antwort fällt trotz des technischen Fortschritts immer noch gleich aus: Geht es um Robustheit, insbesondere gegenüber thermischen und mechanischen Einflüssen, sind Absolutdrehgeber mit magnetischem Abtastprinzip unverändert erste Wahl. Eine aktuelle Weiterentwicklung von Hengstler hat dabei dafür gesorgt, dass dieser Gebertyp eine noch größere Verbreitung findet und Anwendungsgebiete erobert, die bisher die Domäne von großen Ring-Kits und Industrie-Potenziometern waren: Die Absolut-Encoder aus der Acuro-XR-Familie verbinden die Robustheit großer Ring-Kits mit der kleinen Bauform kompakter Industriegeber. Gerade in Anwendungen wie Windkraftanlagen, Offshore-Ölplattformen, Baumaschinen oder Pressen sind diese Eigenschaften gefragt.

So werden in allen Windkraftanlagen Drehgeber eingesetzt, um den Anstellwinkel (Pitch) der Rotorblätter zu erfassen und einstellen zu können. Damit wird zum einen die Anlagenleistung konstant gehalten. Zum anderen werden auch Drehmoment- und Leistungsspitzen bei der Stromerzeugung verhindert. Fällt also ein Drehgeber aus, muss die ganze Anlage stillgelegt werden, da ein sicherer Betrieb nicht mehr gewährleistet ist. Der Betreiber erleidet in der Folge durch ein, im Vergleich zu den Investitionskosten für Generator oder Rotorblätter, billiges Bauteil großen finanziellen Schaden. Da neben der Verfügbarkeit auch die Lebensdauer der Windkraftanlagen in den letzten Jahren weiter gesteigert wurde ? moderne Windkraftanlagen sind für bis zu 120.000 Betriebsstunden über einen Zeitraum von 20 Jahren ausgelegt –, müssen die Drehgeber also nicht nur entsprechend robust, sondern auch langlebig sein. Die Acuro-XR-Familie erfüllt diese Voraussetzungen geradezu mustergültig.

Getrimmt auf Langlebigkeit

Maßgeblich für die hohe Robustheit dieser Drehgeber ist das berührungslose Abtastprinzip auf Basis eines Hall-Sensors. Staub und Feuchtigkeit kann diesem Sensorprinzip nichts anhaben. Darüber hinaus zeichnen sich Hall-Sensoren durch eine große Abstandstoleranz aus, sodass zwischen Sensor und Magnet eine Trennwand eingezogen werden kann. Die Konstrukteure von Hengstler haben diese Eigenschaft genutzt, um die Auswerteelektronik (inkl. Hall-Sensor) des Acuro-XR-Gebers vom mechanischen Antrieb (inkl. Magnet) hermetisch zu trennen.

Wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer eines Drehgebers haben die Kugellager und deren Einbauweise. Die Acuro-XR-Encoder wurden für den Dauereinsatz auch unter Höchstlast ausgelegt und daher mit großzügig dimensionierten und verblockten Kugellagern ausgestattet. Das Ergebnis ist eine dreifach höhere Lebensdauer im Vergleich zu Gebern mit konventioneller Bauweise, selbst bei dreifach höherer radialer und axialer Wellenbelastung. Eine mechanische Lebensdauer von z.?B. 10EXP9 Umdrehungen bei einer permanenten Axial- und Radialkraft von 200 N ist damit problemlos möglich.

Richtig hart angefasst wird der Drehgeber auch beim Anlegen von Versorgungsschiffen an Offshore-Ölplattformen mithilfe eines Andockroboters. Hier wird der Geber eingesetzt, um den Andockprozess sicherer zu gestalten. Die Versorgung der Plattform muss bei jedem Wetter und Seegang gewährleistet sein.

Drehgeber im Extremen

Bisher gab es bei Andockmanövern im Sturm immer wieder Zwischenfälle mit teilweise tödlichen Verletzungen. Durch das Automatisieren des Andockvorgangs leistet der Acuro-XR einen wesentlichen Beitrag zur Sicherheit. Neben der hohen mechanischen Belastung sind hier ausgesprochen niedrige Umgebungstemperaturen keine Seltenheit. Ein erweiterter Betriebstemperaturbereich von -40 bis +100 °C des Acuro-XR sorgt dafür, dass der Encoder selbst bei großen Temperaturschwankungen zuverlässig Positionsinformationen liefert. Auch die salzige Seeluft kann dem Drehgeber dank des optionalen korrosionsbeständigen Edelstahlgehäuses nichts anhaben. Selbst wenn der Geber vollständig unter Wasser gerät, besteht durch eindringendes Wasser keine Gefahr. Dafür sorgt bei der IP69K-Version des Gebers das standardmäßig mehrstufige Dichtungssystem (O-Ringe, Kugellagerdichtungen, Wellendichtung, Vergussmasse im Kabeleintrittsbereich), das um eine Labyrinthdichtung ergänzt wird.

Baumaschinen und Winterdienstfahrzeuge müssen ebenfalls korrosionsbeständig, langlebig und gut zu reinigen sein. Es empfiehlt sich daher beispielsweise für die Regelung der Streugutaustragsmenge keine alterungsanfälligen Potenziometer einzusetzen, sondern auf die IP69K-Version des Acuro-XR im Edelstahlgehäuse zurückzugreifen. Darüber hinaus müssen diese Fahrzeuge selbst mit den schlechten Pisten und Arbeitsvorgängen zurecht kommen, bei denen hohe Vibrationen und Erschütterungen allgegenwärtig sind. Die Geber aus der Acuro-XR-Serie von Hengstler zeigen hier klare Nehmerqualitäten – egal ob geschüttelt oder gerührt. Selbst Schockbelastung bis zum 200-fachen Wert der Erdbeschleunigung und Vibrationen mit einer Stärke bis zu 20 g bringen den Sensor nicht aus dem Takt. Da bei dieser Belastung Kontaktbrüche an den elektronischen Bauteilen unvermeidlich wären, wurde die Platine, auf der die gesamte Elektronik des Acuro-XR-Encoders untergebracht ist, mit Spezialmasse vergossen und dadurch nachhaltig geschützt. Weiterer Pluspunkt dieser Maßnahme: Der bei schnellen Temperaturschwankungen, z.?B. beim Ausfahren aus der Betriebshalle, unvermeidliche Niederschlag von Feuchtigkeit aus der im Geber eingeschlossenen Luft kann der Elektronik so nichts anhaben.

Auch Konstrukteure von Baumaschinen und Nutzfahrzeugen schätzen die kompakte Bauweise der Acuro-XR-Drehgeber. Bei einem Gehäusedurchmesser von 58 mm und einer ausgesprochen geringen Bautiefe (32 mm) bilden die Geber kaum Angriffsfläche für versehentliche Beschädigungen beim Einsatz des Fahrzeugs oder durch Nutzung des Gebers als Tritthilfe durch das Bedienungs- und Wartungspersonal.

Der Single-Turn-Encoder mit 12-Bit-Auflösung ist in mehreren Varianten erhältlich. Der Anwender hat die Wahl zwischen den Wellendruchmessern 10 und 12 mm. Als Schnittstelle stehen alternativ ein CANopen-, SSI- oder BiSS-Interface sowie ein analoger Ausgang (0 bis 10 V bzw. 4 bis 20 mA) zur Verfügung. Weitere Schnittstellen können auf Anfrage realisiert werden.

Andreas Chr. Braun, Hengstler

Fakten:

- Neben der Edelstahlvariante (Acuro-XR AR63) bietet Hengstler auch Varianten im Alugehäuse an. Der Acuro-XR ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischer Störstrahlung und erfüllt die Norm EN 61326 Klasse A.

- Dank der hervorragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften in Verbindung mit dem modularen Baukastensystem hält die Acuro-XR-Serie für viele Heavy-Duty-Anwendungen die passende Lösung bereit.

Erschienen in Ausgabe: 02/2008