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Drehgeber

Verschleißfreie und robuste Mini-Drehgeber für mobile Maschinen

| Autor/ Redakteur: Christian Voß* / Jan Vollmuth

Speziell für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen bringt Turck den kompakten und verschleißfreien Miniatur-Drehgeber Ri360-QR20 mit berührungslosem Resonator-Messprinzip in Schutzart IP68/69K.

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Der QR20 deckt den Positionsgeber komplett ab und ist mit Deutsch-, AMP- oder M12-Steckverbinder verfügbar, aber auch mit Kabel mit offenem Ende.
Der QR20 deckt den Positionsgeber komplett ab und ist mit Deutsch-, AMP- oder M12-Steckverbinder verfügbar, aber auch mit Kabel mit offenem Ende.
(Bild: Turck)

Von robust bis schmutzunempfindlich: Mobile Arbeitsmaschinen stellen spezielle Anforderungen an die Automatisierungstechnik – und damit an die jeweils eingesetzten Sensoren. So sind etwa die EMV-Anforderungen besonders hoch. Die Bordnetze sind in der Regel für geringe Spannungen ausgelegt bzw. haben Spannungsschwankungen, die keine Auswirkung auf die Signale eines Sensors haben sollten. Ein erweiterter Arbeitsspannungsbereich von 8 bis 30 VDC und der sogenannte Load-Dump-Schutz sind daher weit verbreitet.

Darüber hinaus müssen Komponenten für mobile Arbeitsmaschinen auch mechanisch besonders robust sein. Auf einem Betonmischer, einem Radlader oder anderen Arbeitsfahrzeugen sorgen die Dieselmotoren und Arbeitseinheiten für starke Vibrationen und Erschütterungen. Vollvergossene technische Komponenten schützen die Elektronik in diesen Fällen davor, aus der Bahn geworfen zu werden.

Standard-Drehgeber oft überfordert

Die geforderte Robustheit bereitet nahezu allen Drehgebern Probleme. Der Grund: Fast alle Typen und Messprinzipien weisen bauartbedingt eine direkte Koppelung von Drehachse und Sensor auf – egal ob potenziometrische Drehgeber, optische Systeme oder Hall-Drehgeber. Das hat zur Folge, dass Vibrationen und Schläge über die Welle auf den Drehgeber übertragen werden und ihn bis zum Defekt belasten. Neben den Vibrationen sind eindringender Schmutz und Feuchtigkeit mögliche Probleme, die über kurz oder lang ebenfalls zum Exitus des Drehgebers führen.

Viele dieser Herausforderungen meistert Turck mit seinen berührungslosen Drehgebern der Serie Ri360-QR24 und dem Winkelsensor Ri360-QR14 bereits seit Jahren. Dank ihres besonderen Resonator-Messprinzips arbeiten diese Geräte verschleißfrei, hochauflösend, vibrationsbeständig und hochdrehend. Dazu erfüllen sie dauerhaft Schutzart IP68/69K. Das Messprinzip erlaubt eine Konstruktion ohne Dichtungen mit vollständig vergossenem Sensorgehäuse, das vom Positionsgeber getrennt ist. Das Eindringen von Staub oder Wasser in die Elektronik ist so ausgeschlossen, auch bei Kondensation. Vibrationen und Versatz bis zu 1 mm kann der Encoder kompensieren.

Bedingt bereit für mobile Maschinen

Während sich der QR24 in Anwendungen der Fabrikautomation bewährt hat, wurde er im Bereich Mobile Maschinen nur vereinzelt eingesetzt. Für die in diesem Anwendungsfeld oft sehr engen Räume ist er häufig zu groß. Lediglich die Variante mit CAN-Bus findet hier Verwendung. Den kleineren QR14 setzen Kunden in dieser Branche häufiger ein. Er ist allerdings von der Auflösung – im Hinblick auf Genauigkeit und Geschwindigkeit – kein klassischer Drehgeber, weshalb er auch als Winkelsensor bezeichnet wird.

Die Vorteile beider Produkte kombiniert Turck jetzt im Ri360-QR20. Die neue Drehgeberserie bietet nahezu die Performance des QR24, ist jedoch in einem kompakten Gehäuse mit den Maßen 71 x 64 x 20 mm aufgebaut. Der Clou dabei: Das Gehäuse umschließt den Positionsgeber vollständig und deckt diesen somit nach außen hin vollständig ab. Eine zylindrische Aussparung im quaderförmigen Gehäuse bietet ausreichend Platz für den Positionsgeber – ohne eine mechanische Verbindung mit ihm einzugehen.

Vielfältiger Schutz

Dieses neue Prinzip verspricht eine hohe Montageflexibilität und damit zusammenhängend eine einfache Montage sowie maximalen Geräteschutz. Es reduziert nicht nur den planerischen Aufwand des Konstrukteurs, sondern bietet neben Schutz vor Staub oder Feuchtigkeit vor allem mechanischen Schutz, da keine abstehenden Teile zu berücksichtigen sind. Das Gehäuse ist zudem dauerhaft dicht. Selbst die oft problematischen potenziell undichten Stellen wie LED-Linsen entfallen, da der QR20 an diesen Stellen einen transluzenten Kunststoff verwendet, durch den die innenliegende LED hindurchscheint. So ist selbst kapillares Eindringen von Wasser bei diesem vollvergossenen Gehäuse aus einem Stück nicht möglich.

Der Drehgeber ist nicht nur konstruktiv, sondern auch elektrisch auf die Anforderunen mobiler Maschinen zugeschnitten. Etwa mit einer EMV-Störfestigkeit von 100 V/m, die auch von der E1-Zertifizierung gefordert wird. Der Drehgeber ist komplett nach e1/E1 konstruiert und übertrifft die dort definierten Anforderungen. Er ist darüber hinaus vor leitungsgeführten Störungen nach DIN ISO 7637-2 oder SAE J113-11 geschützt. Salzsprühnebel oder schnelle Termperaturwechsel können dem Gerät ebenso wenig anhaben wie Diesel, Kerosin oder Vibrationen. Der Arbeitstemperaturbereich liegt bei -40 bis 85 °C.

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