Die richtige Wahl eines Drehgebers

Ein Drehgeber ist eine Vorrichtung zum Erhalten von Winkelpositionsdaten für Motion Control-Anwendungen. Die eingeholten Informationen betreffen Winkelgeschwindigkeit, Position, Verschiebung, Richtung oder Beschleunigung.

Drehgeber auf einen Blick

Die Wahl eines Drehgebers

Drehgeber der Marke Pepperl-Fuchs
Drehgeber der Marke Pepperl-Fuchs

Für die richtige Wahl eines Drehgebers muss zuerst festgelegt werden, ob Sie einen Inkrementalgeber oder einen Absolutwertgeber brauchen.

• Mit dem Inkrementalgeber kann man eine Messeinheit für jede entsprechende Bewegung abziehen oder hinzufügen, die einer Fraktion der Auflösung des Sensors entspricht. Nach jeder Stromunterbrechung ist eine Initialisierung erforderlich.

• Der Absolutwertgeber verfügt über einen eigenen Zähler, d.h. er speichert den letzten registrierten Wert vor der Stromunterbrechung.

Der Inkrementaldrehgeber ist der wirtschaftlichste; für die folgenden Fälle sollten Sie jedoch einen Absolutwertgeber werwenden:

• Die Initialisierung des Drehgebers gereicht Ihrer Anwendung zum Nachteil:

• Das Verarbeitungssystem Ihres Signals kann von Parasiten gestört werden, die möglicherweise falsche Impulse generieren können;

• Es besteht ein großes Risiko nicht gezählter Impulse (beispuelsweise bei hohen Frequenzen);

• Die Drehbewegung ist oszillierend und entspricht keiner kompletten Umdrehung;

• Est ist wichtig, jederzeit die reelle Position der Achse zu kennen;

• Die Anzahl der ausgeführten Umdrehungen muss registriert werden. In einem solchen Fall muss ein Multiturn-Absolutdrehgeber gewählt werden.

 

Für die Wahl Ihres Drehgebers müssen Sie weiterhin seine Abmessungen bestimmen, und dies je nach dem System, in das er integriert wird. Aus diesem Grund wählen Sie seinen Platzbedarf, d.h. den Gehäusedurchmesser, die Länge und den Durchmesser der Ausgangswelle oder der Hohlwelle.

Schließlich müssen die mechanischen und Umgebungserfordernisse identifiziert werden, mit denen der Drehgeber konfrontiert wird, um den entsprechenden Schutzgrad wählen zu können.

Wie funktioniert ein Inkrementalgeber?

Drehgeber der Marke Baumer
Drehgeber der Marke Baumer

Der Inkrementalgeber misst eine Winkelverschiebung im Verhältnis zu einer Bezugsposition. Nach einer Stromunterbrechung muss das EDV-System darauf warten, dass der Drehgeber die Information der entsprechenden Position sendet, um die Informationen zur Winkelverschiebung korrekt verarbeiten zu können.

Inkrementale Drehgeber basieren auf verschiedenen Technologien, von denen jede Ihre Vor- und Nachteile hat. Folgende Technologien sind die am meisten verwendeten:

Der optische Inkrementalgeber: er verwendet Leuchtdioden (LED) zum «Lesen» der Winkelverschiebung. Diese Drehgeber sind wirtschaftlich und haben hohe Auflösungen (high precision). Diese Technologie wird häufig in der Industrie verwendet, aber das optische Lesesystem kann leicht gestört werden, wenn die Umgebung Verschmutzungsrisiken ausgesetzt ist (Staub, Öl usw.)

Der magnetische Inkrementalgeber: die Impulse werden von Magneten generiert. Diese Technologie ist ebenfalls stark in der Industrie vertreten, weil die Magnetgeber weniger anfällig für Verschmutzungsrisiken sind.

Egal auf welchem Prinzip der Drehgeber basiert, das Ausgangssignal ist eine Reihe von Impulsen, die eine Binärkodierung ergibt, d.h. eine Abfolge von 1 und 0, die der Winkelverschiebung entspricht und dies entsprechend der Auslösung des Drehgebers. Dieses Signal kann zur Bestimmung der Verschubrichtung, des Verschubwertes im Verhältnis zu Bezugsposition, der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung verwendet werden.

Mit einem Inkrementalgeber können Sie die Drähte des Gebers an die Eingänge eines Automaten anschließen. Die zu verwendenden Eingänge werden mittels der Funktionsfrequenz des Drehgebers bestimmt. Diese Frequenz ist proportional zur Rotationsgeschwindigkeit der Welle und zur Auflösung des Drehgebers. Ist die Funktionsfrequenz hoch, so gestattet das der Bezugsposition entsprechende Signal die Korrektur der nicht gespeicherten Fehler gewisser Impulse.

Im Allmemeinen ist der Drehgeber mit 5 – 12 Ausgängen ausgestattet (Drähte oder Klemmen), die an einen Zähler angeschlossen werden müssen. Bei einem Encoder mit 5 Ausgängen werden zwei Drähte für die Spannungsversorgung und die anderen drei Drähte zum Senden der Signale entsprechend der Winkelverschiebung verwendet.

Wie funktioniert ein Absolutwertgeber?

Drehgeber der Marke Renishaw
Drehgeber der Marke Renishaw

Der Absolutencoder zeigt eine Winkelposition an, sobald er eingeschaltet wird. Er liefert kontinuierlich ein Signal, das der Ist-Position der Achse entspricht, mit der er gekoppelt ist. Es gibt zwei Arten von Absolutwertgebern:

• Den Absolutwertgeber Single Turn , der die Position der Achse anzeigt. Der vom Drehgeber gesendete Wert ist bei jeder Umdrehung derselbe. Der absolute Singleturn-Drehgeber ermöglicht es, jederzeit die Position der Achse (auch im Stillstand) sowie Informationen über die Winkelverschiebung zu sehen.

• Den absoluten  Multiturn-Drehgeber, der sekundäre Drehgeber enthält, die neben der Achsposition auch die Anzahl der durchgeführten Umdrehungen anzeigen.

Wie bei inkrementalen Drehgebern sind die hauptsächlich verwendetenTechnologien für absolute Drehgeber optische Drehgeber, die eine hohe Genauigkeit bieten, aber empfindlich auf Verschmutzung reagieren können, und magnetische Drehgeber.

Bei einem absoluten Drehgeber wird die Achsposition durch einen einmaligen Code definiert, der gesendet wird, sobald der Drehgeber eingeschaltet wird. Er kann so betrieben oder verändert werden, dass er als digitales Signal über einen Feldbus wie SSI, CANopen oder Profinet übertragen wird.

Was ist die Auflösung eines Drehgebers?

Die Auflösung eines Drehgebers entspricht der maximalen Anzahl von Punkten, die er auf einer Drehmaschine messen kann. Für einen Inkrementalgeber ist die Auflösung ist direkt mit der Anzahl Impulse verknüpft und wird pro Umdrehung angegeben. Bei einem Absolutwertgeber ist sie mit der Anzahl von bits verknüpft, auf der die Kodierung erfolgt. So hat beispielsweise ein 16-Bit-Encoder eine Auflösung von 65.536 Punkten pro Umdrehung.

Die Wahl der Auflösung eines Encoders richtet sich nach der Auflösung, die der Anwendung und der Genauigkeit der mechanischen Komponenten, die die Messkette bilden, entsprechen soll. Der Encoder ist mit einem elektronischen Gerät, einer Steuerung oder einem Zähler verbunden, der eine maximale Eingangsfrequenz toleriert, die beachtet werden muss. Tatsächlich liefert ein hochauflösender Inkrementalgeber eine größere Anzahl von Impulsen über eine Umdrehung als ein niederauflösender Inkrementalgeber. Je nach der von der von der Anwendung vorgegebenen Drehzahl kann das Geberausgangssignal eine höhere Frequenz aufweisen, als das am Geber angeschlossene Gerät unterstützen kann. In diesem Fall müssen Sie an einen Drehgeber mit einer niedrigeren Auflösung wählen.

Die Installierung eines Drehgebers

Die Montage eines Drehgebers richtet sich nach seiner Form. Daher ist es wichtig zu bestimmen, wie der Drehgeber an die zu messende Achse angeschlossen werden kann.

Es gibt drei Hauptmethoden für die Installierung:

• Den Drehgeber mit einer Welle, die verschiedene Formen haben kann, wie z.B. den Zylinderstumpf, das Quadrat oder das Sechseck. Dieser Geber kann am Ende einer Hohlwelle oder z.B. in einem Zahnradritzel montiert werden.

• Der Drehgeber mit einem Hohlausgang, in den eine Achse eingesetzt werden kann

• Den zweiteiligen Drehgeber. Er enthält eine Scheibe, die am Ende der Achse montiert ist und einen “Lesekopf”, der oberhalb der Scheibe befestigt wird.