Signalqualität bei Inkremental-Drehgebern

Die neuen Inkremental-Drehgeber ENI58IL mit Blue Beam-Technologie von Pepperl+Fuchs bieten in quasi jeder Hinsicht beeindruckende Eigenschaften.
Sie können in anspruchsvollsten Applikationen eingesetzt werden, deren Anforderungen bisher nur mit hoch performanten, sprich auf die Anwendung ­zugeschnittenen Sonderlösungen realisierbar waren. Besonders bemerkenswert ist, sie vereinen diese Eigenschaften in einem Industrie-Standard-Drehgeber.

Die Blue Beam-Drehgeber ENI58IL sind Inkremental-Drehgeber mit optischem Abtastprinzip. Mit ihren blauen Sende-LEDs setzen sie allerdings neue Maßstäbe: Zum einen in puncto Signalqualität, mit der sie eine außergewöhnliche Präzision liefern. Sie bieten diese erstmalig sogar für Anwendungen in extremen Drehzahlbereichen bis 12.000 U/min. Zum anderen zeigen sich die ENI58IL besonders robust und zuverlässig unter hohen mechanischen Einwirkungen wie Stößen oder Vibrationen. „Damit werden Eigenschaften verbunden, die bei bisherigen infrarotbasierten Drehgebern eher konträr zueinander stehen“, betont Stefan Horvatic, Leiter Produktmanagement bei der Pepperl+Fuchs Drehgeber GmbH. Darüber hinaus bietet die neue Blue Beam-Technologie moderne Fertigungsmethoden, die last but not least, mit einem modularen Produktdesign eine schnelle Verfügbarkeit in einer hohen Variantenvielfalt, sprich einem vollständigen Portfolio ermöglicht – und zwar ab Losgröße 1. Doch zunächst der Reihe nach:

Was ist eigentlich die neue Blue Beam-Technologie?
Die Blue Beam-Technologie, die Pepperl+Fuchs in den neuen ENI58IL Drehgebern anbietet, basiert auf speziell entwickelten Blaulicht-LEDs, entsprechenden Empfangsdioden und ebenfalls speziell entwickelten Abtastchips. Fragt man Stefan Horvatic nach den Vorteilen, zieht er zur Verdeutlichung einen Vergleich zur hinlänglich bekannten Blu-ray Disc aus dem Consumerbereich: „Die Blu-ray Disc wurde als High-Definition-Nachfolgerin der CD bzw. DVD entwickelt. Früher wurden CDs mit Infrarotlicht ausgelesen. Für DVDs wurde dann ebenfalls rotes Licht, allerdings mit kürzerer Wellenlänge verwendet. Bei der Blu-ray werden nun blaue LEDs eingesetzt, die eine nochmals deutlich gesteigerte Datenrate und Speicherkapazität bieten“. In Zahlen ausgedrückt bedeutet dies, dass sich auf Blu-rays insgesamt 25 GB (Single Layer) bzw. 50 GB (Dual Layer) abspeichern lassen, während die Speicherkapazität der CDs bei nur 540 – 900 MB und die der DVDs bei 4,7 GB bzw. 8,5 GB liegt.

„Blaues Licht weist bei gleicher Spaltbreite eine verringerte Beugung gegenüber längerwelligem Infrarotlicht auf“, ergänzt Horvatic in Bezug auf die speziell entwickelten Blaulicht-LEDs der neuen Blue Beam-Drehgeber. In Verbindung mit entsprechenden Empfangsdioden und modernen, leistungsstarken Abtastchips mit feineren und flacheren Strukturen, ist die Eindringtiefe des blauen Lichtes in den Chip kürzer, resp. energetischer. Dies erlaubt eine deutlich schärfere Abbildung und erhöht den Wirkungsgrad der Lichtquelle so stark, dass viel schärfere Konturen vom Abtastchip erzeugt werden. Produktmanager Stefan Horvatic spricht neben höherer Auflösung und einer stark verbesserten Signalgüte auch von einem deutlich verringerten Flankenjitter: „Mit der Blue Beam-Technologie reduzieren wir z. B. die Toleranzen der Phasenlage A zu B auf weit unter 10 %“, so Horvatic. Dies entspricht mehr als einer Verdopplung der Signalgüte im Vergleich zu den konventionellen, mit Infrarot-Technologie erreichbaren Werten.

Präzise und gleichzeitig robust
Während bei bisher am Markt verfügbaren optischen Drehgebern die Robustheit gegen äußere Einwirkungen, vor allem in Bezug auf mechanische Belastungen durch Stöße oder Vibrationen, technologisch bedingt eher konträr zur erreichbaren Genauigkeit steht, erweist sich die Blue Beam-Technologie auch in dieser Hinsicht als bemerkenswert leistungsfähig. Die ENI58IL gewährleisten damit auch unter schwierigen und harten Betriebsbedingungen eine gleichbleibend stabile und zuverlässige Funktion. „Die hochfrequente Abtastung bietet gegenüber derartigen Störeinflüssen mehr Toleranz“, erklärt Horvatic. Die Erschütterungsfestigkeit (Schock 300g, 6 ms und Vibration 30g, 10 …2000 Hz) ist in Anbetracht der hohen Präzision enorm. So tragen die Blue Beam-Drehgeber in jeder Hinsicht zu einer hohen Prozesssicherheit, zur Vermeidung von Maschinenstillständen, respektive zu erhöhten Anlagenverfügbarkeiten bei.

Justierte Codescheiben, verblockte Lager und hohe EMV-Sicherheit
Über die generellen Vorteile der Blue Beam-Technologie hinaus, ergeben sich auch aus den Fertigungsmöglichkeiten mehrere Vorteile. Sie tragen sowohl zur Genauigkeit als auch zur dauerhaften Robustheit bei. „Die Blue Beam-Technologie ermöglicht die Umsetzung engerer Fertigungstoleranzen“, konstatiert Horvatic, der damit vor allem die verbesserte Justierung der Codescheiben anspricht. Verglichen mit marktgängigen Verfahren wird beispielsweise in einem innovativen Produktionsschritt jede Codescheibe exakt justiert. D. h., während des Fertigungsprozesses wird das präzise Einsetzen der Codescheiben mikroskopisch überprüft. Applikationen, in denen schon minimalste Abweichungen zu Leistungseinbußen führen, erreichen so eine höhere absolute Genauigkeit.

Als weiteren Vorteil aus der Fertigung, respektive dem mechanischen Design resultierend, nennt Horvatic die verblockten Lagereinheiten der ENI58IL. Sie ermöglichen dauerhaft hohe Lagerlasten und verhindern das Auspressen der Kugellager, was für eine zuverlässige Funktion und eine erhöhte Lebensdauer sorgt. Auch in Bezug auf die Störsicherheit, sprich die EMV-Schutzbeschaltung, sorgt Pepperl+Fuchs für höchste Funktionssicherheit. Eine besondere Schutzbeschaltung verhindert Beschädigungen durch elektromagnetische Störungen. „Im weltweiten Einsatz werden oft Anforderungen gestellt, die teilweise weit über die CE-Mindestanforderungen hinausgehen. Aus diesem Grund erfüllen wir hier im Vergleich zu Standardtests bis zu viermal so hohe Pegel, um selbst unter ungünstigen Bedingungen eine stabile, zuverlässige Funktion zu gewährleisten“, verspricht Horvatic.

Vielfalt in einem Drehgeber-Portfolio
Dank einer modularen Produktarchitektur sind die Drehgeber der Baureihe ENI58IL ab Stückzahl 1 in verschiedensten Varianten erhältlich. Ihr Standardgehäuse besteht aus einem seewasserbeständigen Aluminium mit 58 Millimeter Durchmesser. Es stehen nahezu alle Typen von Wellen (Voll-, Hohl-, Steckhohl-), Flanschen (Klemm-, Synchro-, Quer-) und Anschlüssen (axiale und radiale M23- oder M12-Stecker) zur Verfügung. Eine Besonderheit der ENI58IL ist der universelle Ausgangstreiber (5-30 V) in Form einer TTL-/HTL-Kombi-Schnittstelle. So ist jede Drehgebervariante an die spezifische Applikation anpassbar.

Mit der Produkt- und Schnittstellenvielfalt lässt sich nahezu jeder Applikationswunsch bis in höchste Drehzahlbereiche als Standardlösung erfüllen. „Das ausgeklügelte Portfolio an Industrie-Standard-Drehgebern deckt auch Szenarien ab, die bisher nur mit speziellen Geräten zu lösen waren“, ergänzt Horvatic.

Zusammengefasst
Die hoch präzise Blue Beam-Technologie bietet die derzeit höchste am Markt verfügbare Signalgüte in Inkremental-Drehgebern. Durch die Implementierung einer blauen Sende-LED, der entsprechenden Empfangsdioden und einem leistungsstarken Abtastchip ist eine extrem effiziente Ausnutzung des Lichts möglich. Damit stellen die ENI58IL als Industrie-Standard-Drehgeber einen neuen Maßstab in Sachen Signalqualität dar. Mit der daraus resultierenden hohen Genauigkeit, Robustheit und Prozesssicherheit bieten die ENI58IL ein enorm breites Anwendungsspektrum.

Typische Anwendungsfelder für die neuen ENI58IL sind Motor-Feedback-Systeme für Asynchronmotoren. Da gibt es einerseits Maschinen und Anlagen in denen sehr hohe Genauigkeiten bei hohen Geschwindigkeiten gefordert sind. Ein Beispiel dafür sind Spinnerei- und Texturieranlagen, wo exzellente Drehzahlregelkreise die Umfangsgeschwindigkeiten von oft mehreren hundert Wickelspulen bei hohen Geschwindigkeiten synchronisieren. Andererseits sind es Applikationen in denen eher eine extreme Robustheit gefordert ist. So zum Beispiel Schleifringübertrager in Pitchsystemen von Windenergieanlagen oder Horizontalspülbohranlagen mit denen unterirdisch Rohr-Versorgungsleitungen verlegt werden. In solchen Applikationen sind die Drehgeber enormen Beanspruchungen durch Schmutz, Feuchtigkeit, Temperaturen bis hin zu Stößen und Vibrationen ausgesetzt. In solchen und ähnlichen Applikationen stellen die neuen Blue Beam-Drehgeber von Pepperl+Fuchs ihre beeindruckenden Leistungsmerkmale unter Beweis.