Schlager ohne Lager

Schwerpunkt Sensorik

Drehgeber – In der großen Familie der Drehgeber sind die lagerlosen Ausführungen hoch geschätzte Stars. Sie benötigen kaum Bauraum, sind sehr wartungsarm und vielfältig zu verwenden.

04. Mai 2012

Für zahllose Aufgabenstellungen bietet der Markt heute passende Drehgeberlösungen. Wo wartungsfreier Betrieb, geringe Einbautiefe, einfache Montage oder hohe Betriebsdrehzahlen gefordert sind, erschließen jetzt lagerlose Drehgeber neue Möglichkeiten und beenden die Notwendigkeit, Kompromisse einzugehen.

Die Baumer AG aus Frauenfeld setzt bei ihrem breiten Programm an lagerlosen Drehgebern in unterschiedlichen Ausführungen und Bauformen neben dem optischen auch auf das magnetische Abtastprinzip.

Letzteres hat sich im Vergleich zu kapazitiven, induktiven und optischen Verfahren als besonders robust und praxistauglich erwiesen. So benötigen die lagerlosen Drehgeber keine präzise Führung, da die magnetische Abtastung auch bei leichtem axialen Versatz oder Luftspalttoleranzen störungsfrei funktioniert. Der Sensorkopf ist vergossen und erfüllt mindestens die Schutzart IP67.

Magnetische Drehgeber ohne Eigenlagerung sind daher für den Einsatz unter schwierigsten Umgebungsbedingungen geeignet. Das gilt beispielsweise für Textilmaschinen, wo Fasern die Lebensdauer von Kugellagern deutlich mindern können, ebenso wie für die Montage auf großen Motor- und Generatorwellen, zum Beispiel in Walzwerk-Applikationen und Offshore-Windkraftanlagen. Einsatzmöglichkeiten finden sich daher im gesamten Bereich der Antriebstechnik, im Maschinenbau ebenso wie in der Anlagentechnik und im Produktionsbereich.

Bestandteile lagerloser Drehgeber sind ein magnetisches Polrad, das an der drehenden Achse angebracht ist, und ein Sensorkopf, der dieses Polrad berührungslos abtastet. Sie benötigen zudem keine Isolation gegen induzierte Wellenströme. Mechanischer Verschleiß ist bei diesem Verfahren damit schon prinzipbedingt ausgeschlossen.

Bei konventionellen Wellen- oder Hohlwellendrehgebern dagegen bestimmen die eingesetzten Kugellager ganz wesentlich die Lebensdauer, da deren Mechanik zwangsläufig einem gewissen Verschleiß unterworfen ist. Auch widerstandsfähige Kugellager erreichen kaum eine höhere Lebensdauer als die typischerweise angegebenen 2 x 109 Umdrehungen.

Lagerlose Drehgeber erfreuen sich einer regen Nachfrage, da sie praktisch wartungsfrei, sehr kompakt, attraktiv im Preis und leicht zu montieren sind und sich der Sensorkopf im Servicefall schnell austauschen lässt.

Oft verwenden Anwender Hohlwellenausführungen von herkömmlichen Drehgebern für den Anbau an Antrieben. Sie lassen sich direkt auf der Motorwelle aufstecken, was die Montage deutlich erleichtert. Der Raumbedarf für die Drehgeber reduziert sich im Vergleich zu Vollwellendrehgebern um etwa die Hälfte. Eine Drehmomentstütze dient als Verdrehsicherung und federndes Element zum Ausgleich der Wellentoleranzen.

Lagerlose Drehgeber hingegen benötigen aber fast keinen Einbauraum mehr. Mit dem schmalen Polrad und dem schlanken Sensorkopf passen sie selbst auf die A-Seite der Motorwelle zwischen Getriebe und anzutreibendem Maschinenteil.

Bei der A- oder B-seitigen Montage des Polrads hat der Anwender mehrere Alternativen. So lassen sich die Polräder durch axiale Verschraubung, Heißschrumpfmontage, mit einem Klemmring oder einem konusförmigen Spannsatz befestigen. Der Sensor wird bei jeder Montageart abhängig von der Polteilung mit einem Luftspalt von 0,3 bis drei Millimeter zum Polrad montiert. Diese Methode toleriert einen axialen Versatz von bis zu plusminus drei Millimetern. Der Anwender kann so thermische und mechanische Toleranzen ausgleichen, gleichzeitig erleichtert das den Einbau und erhöht die Sicherheit im Betrieb. Der mit zwei Schrauben befestigte Sensorkopf lässt sich im Servicefall außerdem einfach tauschen.

Die lagerlosen Drehgeber eignen sich aufgrund des berührungslosen Messprinzips zudem für weitaus höhere Drehzahlen als konventionelle Ausführungen. Drehzahlen über 10.000 Umdrehungen pro Minute sind für sie kein Problem, Werte bis 30.000 sind durchaus denkbar. Dabei liegt die Genauigkeit je nach Ausführung bei plusminus 50 Winkelsekunden.

Sehr kompakt baut der kleine Absolutdrehgeber MHAD 50. Er benötigt bei einem Durchmesser von 50 und einer Bautiefe von nur 20 Millimetern nur sehr wenig Einbauplatz. Am Ausgang stellt der Drehgeber die aktuelle Position als Absolutwert mit 16 Bit Auflösung zur Verfügung. Zusätzlich wird ein Inkrementalsignal mit 1.024 bis 8.192 Impulsen pro Umdrehung ausgegeben. Da sich durch die kompakte Bauform bis zu vier Sensoren um das Polrad anordnen lassen, lassen sich redundante Lösungen einfach und kostengünstig realisieren.

Die integrierte Eigendiagnose überwacht die Positionsbildung und überprüft permanent die Sensorfunktion. Darüber hinaus zeigt sie während der Montage den richtigen Abstand zwischen Polrad und Sensorkopf an.

Fit bei großen Wellen

Ein wichtiger Einsatzbereich für lagerlose Drehgeber sind große Wellendurchmesser. In Bezug auf Baugröße, Anschaffungskosten und Betriebssicherheit sind sie ohne ernstzunehmende Alternative. Inkrementale und absolute Drehgeber der Produktfamilie HDmag ermöglichen die direkte Montage auf Wellen von bis zu 740 Millimetern. Die Welle muss nicht mehr auf bestimmte Durchmesser abgedreht werden, und auch Riemenlösungen und Reibräder sind nicht notwendig, was der Signalqualität und Zuverlässigkeit zugutekommt.

Die absoluten Drehgeber liefern dabei eine Auflösung von 17 Bit mit zusätzlich bis zu 524.288 inkrementalen Impulsen pro Umdrehung. Durch die im Abtastkopf der inkrementalen und absoluten lagerlosen Drehgeber integrierte Signalverarbeitung können wahlweise Rechtecksignale oder Sinus-Perioden generiert werden. Die inkrementalen Systeme geben bis zu 32.768 Impulse pro Umdrehung aus.

Lagerlose Drehgeber eignen sich bestens für Shredder, Walzwerke oder Solarpanel, wobei der Anwender von ihrer Robustheit, Langlebigkeit und der einfachen Montage profitieren kann.

Baumer stellt aus auf der Automatica: Halle B1, Stand 101

Erschienen in Ausgabe: 03/2012