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antriebstechnik 9/2019

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SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK DREHGEBER UND WINKELSENSOREN DREHGEBER MIT ZAHLREICHEN VARIANTEN UND OPTIONEN Nach wie vor hält sich der Mythos, Hall-Sensoren seien anfällig gegenüber magnetischen Fremdfeldern und Temperaturänderungen. Auf die hier vorgestellten ETx-Winkelsensoren trifft er nicht zu, denn hier arbeitet die Messwerterfassung mit moderner Gradienten-basierter Sensortechnologie. Ein zusätzliches Plus sind die zahlreichen Elektronik- und Software-Optionen der Drehgeber für die Anforderungen der jeweiligen Applikation. Alexander Niedergesäß ist Produktmanager Winkelsensoren bei der Megatron Elektronik GmbH & Co. KG in Putzbrunn Die Gradienten-basierte Magnet-Sensor-Technologie sorgt dafür, dass die ETx-Sensoren weitestgehend robust gegenüber magnetischen und thermischen Einflüssen sind. Der Hintergrund: Bei einfachen Hall-Sensoren wirkt ein Magnetfeld senkrecht auf ein einziges Hall-Element. Durch den entstehenden Hall-Effekt bilden sich an den Rändern des Hall- Elements unterschiedliche Potenziale (Hall-Spannung), welche in ihrer Amplitude proportional der magnetischen Feldstärke sind. Dieses simple Verfahren zur Ermittlung der Hall-Spannung hat die Empfindlichkeit konventioneller Hall-Sensoren gegenüber magnetischen Fremdfeldern und Temperatur-Einflüssen zur Folge. Die ETx-Winkelsensoren von Megatron arbeiten dagegen auf Basis eines diametral magnetisierten Magneten, welcher sich gegenüberliegend von vier 90° zueinander versetzten Hall-Elementen 58 antriebstechnik 2019/09 www.antriebstechnik.de

01 Die vom Anwender programmierbaren Drehgeber ETA25PS/PM eignen sich z. B. für die exakte Positionierung von Stellantrieben von Lüftungsklappen an Gewächshäusern befindet. Durch differentielle Auswertung (Differenz-Verstärkung) der Ausgangssignale von zwei gegenüberliegenden Hall-Elementen lässt sich die Richtung des Magnetfeldes bestimmen, sodass die Sensoren stabil gegenüber magnetischen Fremdfeldern werden. Darüber hinaus ist durch diese Konstellation sichergestellt, dass Temperaturschwankungen so gut wie keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. Bei den ETx-Drehgebern erfolgt die Winkelberechnung über einen integrierten digitalen Signalprozessor (DSP). Diese Signalprozessoren können komplexe Berechnungen äußerst schnell und hochgenau durchführen. Die ETx-Winkelsensoren aktualisieren Messwerte innerhalb von bis zu 96 µs und mit einer Auflösung bis maximal 14 Bit (abhängig vom Sensormodell). Trotz des hohen Aufwands in der Messwerterfassung und Signalverarbeitung ist der Stromverbrauch des Sensors äußerst gering. Bei der ETx-Serie von Megatron sind in allen Varianten ausschließlich Hall Chips neuester Generation mit differentieller Auswertung im Einsatz. In der Summe erlauben diese Eigenschaften den Einsatz in störanfälligen Umgebungen und schwierig zu wartenden Applikationen ohne Einbußen an Präzision. DIE VORTEILE DER HALL-TECHNOLOGIE Das Messprinzip von Hall-Sensoren ist kontaktlos, weshalb diese Sensoren im Vergleich zu anderen Technologien besonders langlebig sind. In puncto Lebensdauer schlägt das berührungslose Funktionsprinzip von Hall-Sensoren z. B. das klassische Potentiometer. Anders als Potentiometer, die sich bei der Messwertausgabe auf einen wenig belasteten Spannungsteiler beziehen, liefern die ETx-Hall-Sensoren ihr Ergebnis zudem als normiertes Ausgangssignal (z. B. 4 – 20 mA). Ein weiterer Vorteil für Konstrukteure ist die flexible Anpassung der Sensoren: Sie können ab Werk mit einer individuellen Ausgangskennlinie programmiert werden – das ist selbst bei kleinen Abnahmemengen möglich. ELEKTRONIK- UND SCHNITTSTELLENVIELFALT Konstrukteuren sind die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Sensor-Technologien meist bekannt. Gleichwohl bestimmt die Applikation die Auswahl des entsprechenden Sensors. Eingefahrene Denkmuster führen zur Auswahl einer Sensortechnologie und der Drehgeber wird auf die Applikation hin optimiert, ohne auf die eigentliche Problemstellung einzugehen. Durch den Einsatz von ETx-Sensoren wird die Aufgabe effizienter gelöst. Die Elektronik- und Schnittstellenvielfalt bietet den Konstrukteuren ein hohes Maß an Flexibilität mit den Vorteilen, die die Gradienten-basierende Hall-Technologie mit sich bringt. Aus dem Sensor-Konzept ergeben sich Hunderte von Kombinationsmöglichkeiten. Über 25 Elektronik-Varianten erlauben die einfache Integration der Drehgeber in unterschiedliche Anwendungen. Je nach Variante stehen Versorgungsspannungen von 3,3, 5, 12 und 24 V zur Wahl. Neben Analogausgängen mit Single- oder Multiturn-Varianten sind die Drehgeber auch in Ausführungen mit serieller Microcontroller-Schnittstelle (SER) sowie mit SPI-, PWM- oder Inkremental-Ausgang verfügbar. Der elektrische Anschluss erfolgt entweder über Rund- bzw. Flachbandkabel, Stecker oder Lötaugen. Die kompakten Abmessungen bleiben bei allen Varianten bestehen: Das Kunststoffgehäuse hat einen Durchmesser von lediglich 25 mm, das Gleitlager ist aus Messing gefertigt. Ein M10-Zentralgewinde dient der Befestigung des Drehgebers in der Applikation. Die Edelstahl-Welle ist mit Ø 6 mm oder Ø 6,35 mm erhältlich (weitere Anpassungen der Welle sind auf Wunsch möglich). ANALOGAUSGANG FÜR EXAKTES POSITIONIEREN Der ETA25 ist innerhalb der ETx-Familie der gefragteste Drehgeber, denn er bietet die gängigen analogen Schnittstellen wie Gleichspannungs- und 4 – 20-mA-Ausgänge, die für die größte Anzahl an Applikationen benötigt werden. Für sicherheitskritische Anwendungen ist eine galvanisch getrennte und redundante Elektronik vorhanden; die Version ETA25X. Der Drehgeber kommt etwa im Automotive-Bereich zum Einsatz. Er sorgt dort für das sichere Verstellen von Türen. Auch in medizintechnischen Anwendungen werden häufig Analogausgänge verwendet. Dort erfasst der Drehgeber z. B. exakt die Höhenlage von Liegen und Operationstischen. FLEXIBEL PARAMETRIERBAR MIT ANALOG SIGNAL: DER ETA25PS/PM Der ETA25PS besitzt gegenüber dem ETA25 den Vorteil, dass er sich im Feld parametrieren lässt. Kunden haben damit die Möglichkeit, den Drehgeber direkt vor Ort an die Anforderungen der Applikation anzupassen. Der ETA25PS ist ein Singleturn-Sensor und erfasst Winkel im Bereich von 10 – 360°. Die Multiturn-Variante ETA25PM lässt sich ebenfalls individuell parametrieren in einem Winkelbereich zwischen 0 – 10° und 10 – 72 000° (entspricht 200 Umdrehungen). Programmiert wird der ETA25PM durch den Kunden. Megatron bietet optional eine sogenannte Smart-Box, die die Parametrierung des Sensors ermöglicht. Anwendungsgebiete für den ETA25PM sind z. B. Stellantriebe, die eine genau definierte Start-/Stopp-Position einnehmen müssen. Diese Antriebe werden u. a. in Stellelementen von Lüftungsfenstern – etwa in Gewächshäusern oder Bürogebäuden – verwendet. DIGITALE SCHNITTSTELLEN FÜR DEN GERÄTEBAU Der Drehgeber ETS25 verfügt über eine digitale Schnittstelle (SER oder SPI), über die ihn der Anwender direkt an bereits vorhandene www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/09 59

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