Robuste Absolutdrehgeber dank intelligenter Signalauswertung

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Servotronix Motion Control

Neues Design für magnetische Absolutdrehgeber

Der neue magnetische Absolutdrehgeber von Servotronix überwindet viele der Nachteile herkömmlicher Absolutgeber. Das Design des Servotronix-Gebers ist in Abbildung 4 dargestellt. Permanentmagnete unterschiedlicher Größen, die entlang des Umfangs der Codescheibe, in einer einzelnen kreisförmigen Spur angeordnet sind, bilden eine magnetische Codespur mit nicht-periodischem Muster. Magnetfeldsensoren (Hall-Sensoren) sind an einem statischen Teil des Gebers fixiert und äquidistant, konzentrisch sowie in unmittelbarer Nähe zur Magnetcodespur angeordnet.

Das im Servotronix-Design verwendete nicht-periodische Muster, das einen Gray-Code mit einer maximalen Anzahl von Positionen für eine vorgegebene Anzahl von Sensoren liefert, wird mittels eines patentierten Algorithmus hergeleitet. Ferner kann anhand der analogen Ausgangssignale der Sensoren unmittelbar eine hochauflösende Absolutposition bestimmt werden, ohne dass zusätzliche inkrementelle Messwerte erforderlich sind.

Patentiertes Design und Verfahren zur Signalauswertung

Die Sensoren erzeugen elektrische Signale, die proportional sind zur Stärke des vom zugewandten Magneten erzeugten Magnetfeldes. Diese analogen Signale werden zunächst durch einen Vergleich mit einem Schwellenwert digitalisiert. Dabei wird ein Gray-Code erzeugt, der eine absolute Position mit niedriger Auflösung beschreibt. Eine Konfiguration von sieben Sensoren und sieben Magneten erzeugt beispielsweise einen Gray-Code, der 98-Positionen unterscheidet.

Um eine höhere absolute Auflösung zu erreichen, wird ein weiteres patentiertes Verfahren zur Signalauswertung angewandt. Jedem Gray-Code sind zwei Analogsignale gemäß einer definierten Signaltabelle zugeordnet. Die Absolutposition der Codescheibe entspricht dem in einer vorher aufgezeichneten Positionstabelle zugehörigen Positionswert des Analogsignals, dessen Wert am nächsten zum Schwellwert liegt.

In der Praxis erreicht die Servotronix-Technologie eine Auflösung von 20 Bit mit einem 12-Bit-Analog-Digital-Wandler und einer Konfiguration für sieben Sensoren.

Absolutgeber im neuen Design

Servotronix hat das neue Drehgeber-Design in der Sens-AR-Produktserie eingeführt. Der erste magnetische Absolutgeber in dieser Serie bietet eine Auflösung von 20 Bit und eine Genauigkeit von ±0,02° (± 72''). Der Geber ist zunächst in einer Baugröße erhältlich, mit einem Durchmesser von 36 mm und einer Höhe von 28 mm.

Einfachheit ist der Hauptvorteil dieses neuen Gebers, der einen Gray-Code mittels einer einzigen Spur erzeugt, während andere Absolutdrehgeber mindestens zwei Spuren und eine Reihe anwendungsspezifischer Sensoren benötigen. Eine hohe Auflösung wird durch eine intelligente Signalauswertung erreicht, im Gegensatz zu den hochauflösenden inkrementellen Messwerten, die typischerweise in Absolutgebern verwendet werden und diese Geräte größer und komplexer machen. Außerdem ermöglicht die mechanische Konstruktion, die serienmäßig verfügbare Hall-Sensoren verwendet und keinen Miniatur-Sensorarray erfordert, die Herstellung kostengünstiger Geber.

Keine optischen Komponenten

Sens-AR-Geber verwenden wenige mechanische Bauteile und keine optischen Komponenten, und sind dadurch kaum empfindlich gegenüber Verunreinigungen. Ein zuverlässiger Einsatz in schmutzigen, staubigen oder feuchten Umgebungen und bei Temperaturen von -20° C bis 115° C ist problemlos möglich. Diese Geber gestatten mechanische Toleranzabweichungen, mit einer zulässigen Axial- und Radialbewegung der Motorwelle von ±0,3 mm beziehungsweise ±0,025 mm.

Aufgrund des Wegfalls optischer Komponenten und Lager kann eine lange Lebensdauer und Wartungsfreiheit des Gebers gewährleistet werden. Selbst bei Drehzahlen bis zu 10.000 Umdrehungen pro Minute und einer Winkelbeschleunigung bis zu 100.000 rad/s² erreicht Sens-AR laut Hersteller eine lange Lebensdauer (MTBF bei 80°C: 788.400 Stunden). Ihre Robustheit empfiehlt sie für Motorfeedback-Anwendungen, die schweren Stößen, beispielsweise bei Notbremsungen, oder hohen Vibrationen ausgesetzt sind. (jv)

Sensortechnik

Magnetische und optische Sensoren für die Analysetechnik

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