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DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

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SMARTE KOMPONENTEN

SMARTE KOMPONENTEN RICHTIGE DER EH RICHTIGE DREH SPECIAL Drehgeber können zu Schlüsselelementen in smarten dezentralen Antriebssystemen werden. Und wenn Drehgeber selbst smart werden, können sie die Performance solcher Systeme nochmals steigern. Ein aktueller Trend in der Antriebstechnik ist die Integration bisher separat montierter Komponenten zu einem System. Herrschte vor einigen Jahren noch eine strikte Trennung zwischen Motor, Feedback-System (Tacho, Resolver, Inkremental- oder Absolut-Drehgeber, etc.), Verkabelung, Antriebsverstärker und Steuerung, so existieren heute eine Vielzahl von dezentralen Antriebssystemen, bei denen, bis hin zum Antriebsverstärker mit SPS-Funktionalitäten, alles integriert ist. Dieser Trend zwingt auch die Hersteller von Drehgebern, neue, integrierbare Lösungen zu erarbeiten, mit dem Ziel, das Gesamtsystem geregelter Antriebe kompakter, zuverlässiger, leistungsfähiger und nicht zuletzt kostengünstiger zu realisieren. Besondere Herausforderungen bei der Integration entstehen dann, wenn Antriebssysteme die aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit bisher als Feedback-Systeme hochauflösende, eigengelagerte optische Drehgeber verwendeten, mit kompakten lagerlosen und robusten magnetischen Gebersystemen ausgestatteten werden sollen, um Platz und Kosten zu sparen. LAGERLOSE, MAGNETISCHE DREHGEBER Dem Drehgeberhersteller Kübler ist es nun gelungen, kompakte, lagerlose, magnetische Drehgeber in und an Servo-Antriebsmotoren zu integrieren, obgleich das magnetische Messprinzip eigentlich den Einsatz in unmittelbarer Umgebung von magnetischen Störfeldern, wie sie von Elektromotoren und insbesondere elektromagnetisch betätigten Bremsen ausgehen, verbietet. Ursächlich für diesen Erfolg sind insbesondere FEM-berechnete Abschirmsysteme und eine smarte digitale Echtzeit-Signalverarbeitung. Hinter dem Begriff smart verbirgt sich in doppelter Hinsicht eine Neuerung: Einerseits wird durch eine digitale, FPGA-basierte Signalverarbeitung, die Driften und Signalfehler, hervorgerufen z. B. durch Temperatur, Alterung und Einbautoleranzen usw., aktiv ausregelt und somit trotz einer vergleichsweise groben Teilung der magnetischen Maßverkörperung, genaue und hochaufgelöste Zu- standsgrößen ermöglicht. Andererseits wird mittels der ohnehin vorhandenen Kenntnis der Kerngrößen des Antriebssystems, Condition Monitoring und Predictive Maintenance ermöglicht. Parametrierbarkeit, auch der integrierten digitalen Signalfilter mit Delay-Kompensation, die sich als sehr vorteilhaft in vielen Applikationen herausgestellt haben und ein elektronisches Typenschild inklusive Anwenderspeicher runden die Ausstattungsmerkmale ab. Den Experten von Kübler ist es so gelungen, Feedbacksysteme zu intergieren, die über eine ungewöhnlich hohe Signalgüte verfügen und dennoch die bei einer Integration nötige Kompaktheit und Zuverlässigkeit aufweisen. AKTUELLE UND ZUKÜNFTIGE ENTWICKLUNGEN DREHGEBER WERDEN ZUM INFORMA- TIONSZENTRUM FÜR DEN ANTRIEB In Kundengesprächen zeichnen sich bereits die zukünftigen Entwicklungen ab: So wird der smarte, in das Antriebssystem integrierte Drehgeber nicht nur zum Informationszentrum für den Antrieb, hinsichtlich der in Echtzeit bestimmten Zustandsgrößen Position, Drehzahl und Drehbeschleunigung, sondern auch ein Knotenpunkt für weitere Messgrößen wie z. B. Temperatur und laterale Beschleunigung (Vibration). Letztere Sensorik kann aufgrund des lagerlosen Anbaus, und damit der direkten mechanischen Kopplung an den Antrieb, in der Elektronik des Drehgebers integriert und darüber hinaus auch mit den anderen Messgrößen korreliert werden (Sensor-Fusion). Die neuen smarten Systeme von Kübler sind dabei natürlich für die volldigitale Kommunikation mit dem Antriebsregler via RS485, BiSS, usw. vorgesehen. Bei sogenannten Elektronik-Motoren, kann aber auch eine direkte Ankopplung an den unmittelbar in der Nähe befindlichen Regelprozessor via SPI o. ä. erfolgen. Teure Treiberbausteine und aufwendige Kabel entfallen dann. Zur Kommunikation mit den immer noch in großen Volumina verbreiteten Schnittstellen wie TTL- und HTL-Inkrementalsignale, Sin/Cos-Signale oder Echtzeit SSI, sind entsprechende Signalumsetzer mittels Echtzeitsynthese im FPGA verfügbar. Bilder: monsitj/Fotolia.de/Kübler www.kübler.com 50 DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: 3/2018 ERSCHEINUNGSTERMIN: 08.03.2018 • ANZEIGENSCHLUSS: 21.02.2018 01 02 03 01 Ein wirklich außergewöhnlicher Einsatzfall von Schrittmotoren ist der in einem Kamerasystem, das auf einer Mars-Expedition zum Einsatz kommen soll Bild: ESA/ATG medialab 04 DER DIREKTE WEG IM INTERNET www.DerKonstrukteur.de ALS E-PAPER www.engineering-news.net REDAKTION m.doeppert@vfmz.de WERBUNG a.zepig@vfmz.de IN SOZIALEN NETZWERKEN www.Facebook.com/DerKonstrukteur www.twitter.com/derkonstrukteu 02 Servo-Antriebssysteme, deren Komponenten die Anforderungen in Steril- und Nassbereichen von Produktions- und Verpackungsanlagen erfüllen Bild: Wittenstein 03 Steckverbinder im Hygienic Design – maßgeschneidert für die hohen Ansprüche in der Lebensmittelindustrie Bild: Escha 04 Flachdraht-Linearfedern sind in der Konstruktion oft eine effektive und kostengünstige Lösung für Einrast-, Anpress- und Abdichtprobleme Bild: TFC (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) DER KONSTRUKTEUR 1-2/2018 51

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