Antriebstechnik in rauer Umgebung

Im Maschinen- und Anlagenbau werden an Drehgeber in mechanischer und elektrischer Robustheit besondere Anforderungen gestellt. Wegen ihrer robusten Technik bewährten sich HeavyDuty-Drehgeber von Hübner besonders in rauen Umgebungsbedingungen, denn der Stillstand einer Anlage kann schnell die Kosten der Geber um ein Vielfaches übersteigen.

Anbieter zum Thema

Lenord, Bauer & Co. GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

ipf electronic gmbh

Die HeavyDuty-Technik hat bei Hübner in Berlin ihre Wurzeln 1934 mit der Entwicklung eines voll gefluteten Unterwassermotors. Diese Erfahrungen kamen dem Unternehmen zugute, als 1955 in Rourkela (Indien) das modernste Stahlwerk der damaligen Zeit gebaut wurde und Hübner für die Antriebe des Warmwalzwerks die Tachogeneratoren entwickelte und lieferte. Dies war die Geburtsstunde der Drehzahl-Sensoren in HeavyDuty-Technik. Die Erfahrungen wurden 1978 auf den inkrementalen Drehgeber OG 9 übertragen, der kurze Zeit später als POG 9 für den Einsatz an Papiermaschinen angepasst wurde.

Das Grundprinzip am Beispiel des Drehgebers POG 9 kombiniert mit einem Fliehkraftschalter zeigt die Schnittzeichnung. Die Konstruktion mit zweiseitiger Lagerung beansprucht zwar etwas mehr Platz, bietet aber den Vorteil, dass die Welle großen Kräften in radialer und axialer Richtung gewachsen ist und zusätzlich die Möglichkeit eröffnet, ein zweites Gerät, hier einen Fliehkraftschalter, zu integrieren. Statt des mechanischen Fliehkraftschalters, kann auch ein Drehzahlschalter oder ein elektrisch getrenntes zweites Gebersystem aufgenommen werden, mit dem sich unabhängige Regelkreise aufbauen lassen.

Zweiseitig gelagert ist sicherer

Die zweiseitige Lagerung wird bei Hübner entsprechend der HeavyDuty-Forderungen auch dann bevorzugt, wenn kein zweites Sensorsystem oder kein zweites Wellenende zum Anbau weiterer Geräte benötigt wird. Zudem hat man auch Drehgeber mit einseitiger Lagerung im Programm, bei denen eine kurze Baulänge im Vordergrund steht, beispielsweise für Windkraftgeneratoren. Hier kommen bevorzugt Hybridlager mit Keramikkugeln zum Einsatz, die sich durch eine besonders lange Lebensdauer auszeichnen.

Papiermaschinen sorgten erneut für einen Innovationsschub, als die HeavyDuty-Technik auf den neu entwickelten Hohlwellen-Drehgeber HOG 10 zum direkten Anbau an die Antriebsmaschinen übertragen wurde. Beim HOG 10 sind die beiden Kugellager isoliert im Gehäuse eingebaut, um Wellenströmen der Antriebsmaschine keinen Weg zum geerdeten Gebergehäuse zu bieten. Diese Ströme sind eine große Gefahr für die Kugellager, da Funkenerosion bleibende Schäden an den Kugeln und den Laufflächen der Lager verursachen kann. Eine Labyrinth-Dichtung hält als erste Instanz Staub von den abgedichteten Lagern ab und erhöht die Schutzart auf IP 66.

Weiteres Merkmal dieser Drehgeber sind die großen, um 180° drehbaren, EMV-gerechten Klemmenkästen, die links oder rechts vom Drehgeber einen Kabelabgang nach unten zulassen. Dadurch wird ein Eindringen von Wasser in den Klemmenkasten auch bei nicht fachgerechter Montage des Kabels vermieden. Kundenspezifische Lösungen mit innenliegenden Kabelanschlussklemmen, Metallstecker oder herausgeführtem Kabel sind ebenfalls möglich.

Sicheres Detektieren der Signale gewährleistet

Die Abtast-Elektronik mit der Inkrementalscheibe ist, in der Regel zwischen den Lagern untergebracht. Die Abtastung übernehmen schock- und rüttelfeste Opto-ASICs, bei höher auflösenden Drehgebern Verstärkerschaltungen mit großflächigen Fotoelementen, wie sie auch bei den Präzisions-Sinusgebern eingesetzt werden. Die LEDs werden stromgeregelt betrieben, um die Helligkeit, die nach einer Halbwertszeit von etwa 100000 Betriebsstunden auf die Hälfte zurückgeht, konstant zu halten. Die Rechteck-Signale müssen bei HeavyDuty-Drehgebern meist über längere Strecken übertragen werden, die in hohem Maße elektromagnetisch gestört sein können, insbesondere dann, wenn die Signalkabel in Nachbarschaft zu Motorkabeln verlegt sind. Man setzt deshalb von Anbeginn HTL-Signalpegel bis 30 V als Standard ein, damit ein entsprechend hoher Signal-Störspannungsabstand zum sicheren Detektieren der Signale am Empfangsort gewährleistet ist.

Signalkabel haben eine Kapazität in der Größenordnung von 100 pF/m, so dass beispielsweise bei einem 100 m langen Kabel die Push-Pull-Leitungstreiber jedes Kanals eine Kabelkapazität von 10 nF ständig mit der Ausgabefrequenz laden und entladen müssen. Bei einer Flankensteilheit der Rechtecksignale von typisch 10 V/µs ergibt sich ein Lade- und Entladestrom von 100 mA. Noch längere Kabel, bei denen ihr Wellenwiderstand von Z » 120 W ins Spiel kommt, belasten die Leitungstreiber bei Signalpegeln von 30 V mit Strömen bis 250 mA. Die Leitungstreiber der Drehgeber ab Baureihe 9 sind für Spitzenströme bis 300 mA ausgelegt. Der Platzbedarf der Leitungstreiber und deren Wärmeabfuhr erfordert ein gewisses Gehäuse-Volumen, das aber bei den Drehgebern gegeben ist. In der Praxis hat es sich bewährt, die Verlustleistung zu begrenzen, indem die Signalkabel nicht mit dem Wellenwiderstand, sondern mit 1 kΩ abgeschlossen werden. In besonders gestörter Umgebung stehen die HTL-Signale auch invertiert zur Verfügung.

SPS/IPC/DRIVES Halle 1, Stand 1-340

Hübner

Tel. +49(0)30 690030

Dr.-Ing. Lothar Wilhelmy verabschiedet sich mit diesem Aufsatz nach 23 Jahren Vorstandstätigkeit bei Hübner, Berlin, in den Ruhestand.

(ID:182252)