Vollständiges Feedback per Drehgeber Drehgeber als Datenerfasser für Industrie 4.0

Das Motor-Feedback-System „Sendix S36“ von Kübler ermittelt umfassende Informationen über den angeschlossenen Servomotor und seinen Bewegungsablauf.
Das Motor-Feedback-System „Sendix S36“ von Kübler ermittelt umfassende Informationen über den angeschlossenen Servomotor und seinen Bewegungsablauf.

Drehgeber erfassen immer mehr Daten zum Motor und seinem Bewegungsablauf. Neben »klassischen« Messwerten wie Inkrement und Position akquirieren sie jetzt auch Messgrößen wie Beschleunigung, Schock, Vibration, Temperatur und Betriebszeit – im Blick auf Condition Monitoring und Predictive Maintenance.

Als weltweit häufigste elektrische Antriebe in der Industrie bieten sich Asynchronmotoren für dynamische Anwendungen an, bei denen im höheren Leistungsbereich hohe externe Massenträgheitsmomente geregelt werden müssen oder ein kontinuierlicher und präziser Rundlauf der Achsen wichtig ist. Die Motoren werden daher mit einem Frequenzumrichter betrieben, und für die Erfassung der Drehzahl dienen inkrementale Drehgeber als Rückführung. In Papier- und Textilmaschinen eignen sich Asynchronmotoren deshalb als Walzenantriebe. Auch in Werkzeugmaschinen, etwa in Fräsbearbeitungszentren oder Drehautomaten, tun sie ihren Dienst. Es bedarf einer konstanten Drehzahl, um mehrere Achsen gleichmäßig anzutreiben, so dass das Produkt in der Anlage oder Maschine optimal bearbeitet werden kann und einzelne Prozessschritte reibungslos ablaufen. Hierfür bietet Kübler ein breites Portfolio inkrementaler Drehgeber an.

Ein weiteres Anwendungsfeld sind Getriebemotoren, eine Kombination aus Asynchronmotor und Getriebe. »Sie sind vor allem dann gefragt, wenn große Drehmomente übertragen werden sollen, etwa an großen Rundtischen, wo gleichzeitig unterschiedliche Prozessschritte an verschiedenen Bearbeitungsstationen stattfinden«, sagt Arnold Hettich, Produktmanager Positions- und Bewegungssensorik bei Kübler. »Absolute Drehgeber dienen hier zur Positionsüberwachung.« Auch nach einem spannungslosen Zustand steht nach dem Wiedereinschalten die absolute Position wieder bereit. Referenzfahrten werden somit überflüssig, und der Produktionsablauf lässt sich dadurch ohne Wartezeiten wieder aufnehmen. Im Vergleich zu inkrementalen Drehgebern sind marktübliche absolute Drehgeber wegen der Getriebetechnik deutlich länger gebaut. Größere Einbauräume sowie größere Lüfterhauben sind die Folge. Als Ausnahme betrachtet Kübler seinen Multiturn-Drehgeber „Sendix F5883 / F5888“, dem Unternehmen zufolge der flachste auf dem Markt. Er zeichnet sich durch eine geringe Bautiefe von 43 mm und einen tangentialen Kabelabgang aus.

Um unterschiedliche elektrische Antriebe präzise regeln und somit auch die Energieeffizienz steigern zu können, hat Kübler gemeinsam mit Antriebsherstellern auf Basis lagerloser Drehgeber ein integriertes Messsystem für Asynchronmotoren entwickelt, das sich im Vergleich zu gelagerten Drehgebern durch Leistungsfähigkeit und Kompaktheit sowie durch Einsparung von Platz und Kosten auszeichnet. Dank einer Abschirmtechnik, die auf FEM-berechneten Simulationen beruht, und trotz magnetischer Störfelder, die etwa beim Auslösen der elektromagnetischen Bremse entstehen, ließ sich das kompakte magnetische Messsystem in den Motor integrieren. Die hohe Signalqualität des Messsystems erhöht die Regelgüte des Antriebs: »Einerseits werden durch digitale Echtzeit-Signalverarbeitung auf FPGA-Basis ein Driften und Signalfehler, die unter anderem durch Temperatur, Alterung und Einbautoleranzen entstehen, aktiv ausgeregelt«, erläutert Arnold Hettich. »Dies ermöglicht trotz einer vergleichsweise groben Teilung der magnetischen Maßverkörperung genaue und hochaufgelöste Zustandsgrößen. Andererseits erlaubt das ohnehin vorhandene Wissen über die Kerngrößen des Antriebssystems Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Parametrierbarkeit - auch der integrierten digitalen Signalfilter mit Delay-Kompensation - und ein elektronisches Typenschild inklusive Anwenderspeicher runden die Ausstattungsmerkmale ab.«

Heavy-Duty-Drehgeber zur Drehzahlmessung

Unter schwierigen Umweltweltbedingen wie Temperaturschwankungen, Feuchte, Staub oder Schock und Vibrationen müssen Sensoren bzw. Drehgeber präzise die Drehzahl von Großmotoren und Generatoren erfassen und somit als zuverlässige Drehzahlrückführung fungieren. Solche Motoren sind in der Schwerindustrie ebenso wie in Windenergieanlagen zu finden. Kübler bietet dafür Drehgeber an, die besonders widerstandsfähig gegen Wellenströme sowie schock- und vibrationsfest sind. Die Robustheit resultiert unter anderem aus dem robusten Lageraufbau im „HD-Safety-Lock“-Design. Die inkrementalen Drehgeber lassen sich bis zu einem Wellendurchmesser von 42 mm einsetzen. Dafür stehen die Drehgeber A020 / A02H und die „Sendix“-Drehgeber H100 und H120 bereit.

Als kompakte Alternative bieten sich für Großmotoren und Generatoren auch lagerlose Drehgeber an. Sie sind wegen ihrer Bauweise nicht durch Wellenströme belastet und bis zu einem Wellendurchmesser von 390 mm verfügbar. Auf Anfrage lassen sich auch Lösungen für Wellen mit Durchmessern über 500 mm realisieren. Die magnetischen Messsysteme entsprechen der Schutzart IP69K und haben eine Einbautiefe von nur 10 mm. Verfügbar sind die lagerlosen Drehgeber auch mit „Smart Technology“. Außer der reinen Drehzahlermittlung erfassen sie dann weitere Messwerte und stellen sie für Condition Monitoring bzw. für die nächste Ausbaustufe Predictive Maintenance bereit.