antriebstechnik 4/2023

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK FIT FÜR KEINSTANTRIEBE MINI-ENCODER Ein Kit-Encoder mit einem Durchmesser von gerade einmal 22 mm ist für einen Mikroantriebsspezialisten natürlich von großem Interesse. Aber nicht nur die Größe, sondern auch der darin enthaltende Wiegand-Sensor überzeugten. Anwender legen heute viel Wert auf eine kompakte Bauweise, möchten aber, wenn möglich, keine Abstriche in Bezug auf die Encoder-Performance machen. Was im ersten Moment etwas widersprüchlich erscheint, hat der Antriebstechnikspezialist Maxon nun gemeinsam mit dem Drehgeberhersteller Posital gelöst. Maxon hat sich bei dem Multiturn-Encoder bewusst für den Einsatz eines Encoders von Posital entschieden, denn neben der Entwicklung des 22 mm Encoders war auch das Know-how von Posital rund um die Wiegand-Technologie ausschlaggebend. Denn diese Technik macht den Einsatz von Pufferbatterien überflüssig. Zwar hatte es schon früher Encoder mit einem Durchmesser von 22 mm gegeben, aber eben nicht in der Kombination Encoder – Wiegand-Technologie. MILLIMETERARBEIT Kernelement eines Wiegand-Sensors ist der Wiegand-Draht, über dessen Drehung im Magnetfeld sich Energie gewinnen lässt – nicht viel, aber genug, um bei einem Stromausfall die aktuelle Position des Motors zu behalten. Eine der Herausforderungen war es nun, den Wiegand-Sensor im 22 mm Gehäuse unterzubringen. Neben der konstruktiven und fertigungstechnischen Realisierung des nur 15 mm kurzen haarfeinen Wiegand-Drahts war es sehr knifflig, das detektierbare Magnetfeld für den Wiegand- Sensor auf die reduzierte Größe des Mini-Kits einzustellen. Denn einen solch empfindlichen magnetischen Sensor in einem Elektro- motor unterzubringen, ist nicht ganz trivial. Posital musste sicherstellen, dass dieser auch innerhalb der hier auftretenden Magnetfelder zuverlässig funktioniert. Ziel war, dem Anwender ein Gesamtsystem anzubieten, das er stressfrei einsetzen kann. Kleinstmotoren werden heute zum Beispiel in schnellen Pickand-Place-Anlagen oder Cobots eingesetzt, aber auch zunehmend in der Medizin oder Luftfahrt. In all diesen Bereichen hat Sicherheit höchste Priorität. Somit sind bei kurzfristigen Stromausfällen Encoder mit Wiegand-Draht sozusagen das Netz mit doppeltem Boden. PUFFERBATTERIE KEINE OPTIMALE LÖSUNG Für Maxon waren die bis dahin verfügbaren Lösungen mit Wiegand-Draht immer zu groß für deren Motorenportfolio und hätten zu viele Kompromisse beim Anwender erfordert. Und auch auf den Einsatz einer Pufferbatterie wollte der Hersteller unbedingt verzichten. Denn heutzutage sind viele Anwendungen so ausgelegt, dass Motor und Getriebe über die gesamte Lebensdauer hinweg wartungsfrei arbeiten sollen und müssen, deshalb kommt ein Austausch von Puffer-Batterien einfach nicht in Frage. Entstanden ist mit dem Kit-Encoder nun eine Einheit, die den erwähnten Durchmesser von 22 mm hat und 23 mm lang ist – und das inklusive Energiegewinnung. Damit lassen sich nun Motor und Feedback-System an einem beliebigen Ort in einer Anlage verbauen. Ein weiterer Vorteil ist die Robustheit des magnetischen Drehgebers, was gut zu den hochdynamischen Antrieben 01 Der Encoder lässt sich nicht nur konfigurieren, sondern ist mit d = 22 mm extrem klein 02 Mit Samthandschuhen: Eine der Herausforderungen war es, den 15 mm kurzen haarfeinen Wiegand-Draht konstruktiv und fertigungstechnisch zu realisieren 01 02 28 antriebstechnik 2023/04 www.antriebstechnik.de

von Maxon passt. Und die maximale Auflösung des Encoders ist mehr als ausreichend, auch wenn optische Drehgeber eine höhere Genauigkeit erzielen, leidet dann doch die Robustheit darunter. Posital ist übrigens in der Lage, die Genauigkeit softwaregestützt zu steigern. ANPASSUNGEN MÖGLICH Der neue Encoder wird unter dem Namen ENX 22 EMT verkauft, wobei ENX für einen konfigurierbaren Encoder steht. Maxon wird diesen Encoder auf diversen konfigurierbaren Produkten anbieten, besonders dort, wo der Anwender seinen gewünschten Antrieb selbst zusammenstellt. Er kann dann noch Anpassungen vornehmen, zum Beispiel die Motoroder Getriebe-Abgangswelle selbst definieren. Auch bei der Wahl der Signalübertragung hat der Anwender freie Hand. Beim ENX 22 EMT gibt es dafür die beiden Protokolle BiSS-C und SSI. Geplant sind zudem die Kombinationen mit den bürstenbehafteten DC-Motoren der Baureihe DCX ab Baugröße 22 mm und dem kompletten IDX-Portfolio an bürstenlosen Kompaktantrieben. Bereits im Angebot von Maxon ist die Kombination der Dreh geber mit den EC-4pole- Motoren. Dies sind drehmomentstarke Antriebe, die im Baukasten mit Bremse, Planetengetriebe und Abgangsspindel verfügbar sind. Dabei zeigt die Kombination der EC-4pole mit Spindel, Bremse und EMT-Encoder sehr schön, dass mit dem neuen Multiturn Encoder der Weg frei ist für Positionieraufgaben, auch ohne Endschalter. Durch die spezielle Wicklungstechnologie und den vierpoligen Magneten haben die EC-4pole-Antriebe eine hohe Leistung pro Volumen- und Gewichtseinheit. Die Motoren besitzen kein Rastmoment, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Regel dynamik. Maxon plant weiterhin eine Kombination mit den EC-i-Motoren ab Baugröße 30 mm, was das Anwendungsgebiet weiter erhöhen wird. Die bürstenlosen EC-i-Motoren mit der eisenbehafteten Wicklung haben durch den optimierten Magnetkreis eine sehr hohe Drehmomentdichte und weisen trotzdem nur ein leichtes Rastmoment auf. Der mehrpolige innenliegende Rotor liefert aber ebenfalls eine hohe Dynamik. GERNE NOCH KLEINER Fragt man Maxon, ob sie sich noch kleinere Kit-Encoder wünschen, so lautet die Antwort klar ja. Der Antriebsspezialist kann sich durchaus Geber mit 16 mm (oder zumindest 19 mm) Durchmesser vorstellen, dies sind die Motoren, die man am meisten verkauft. Vorerst ist man in der Schweiz aber mit den 22 mm sehr zufrieden. Dies gilt vor allem für Anwendungen in der Laborautomation. Wenn bei diesen Systemen das ganze System gestoppt werden muss, ist es fatal dann die (End-)Positionen nicht zu kennen. Erneute Referenzfahrten zur Wiederinbetriebnahme wären erforderlich und sind nicht gewünscht. Dieser Aufwand entfällt, weil die Position gespeichert wurde und somit bekannt ist. Posital ist aktuell noch etwas zurückhaltend, was die Realisierung eines Kit-Encoders mit nur 16 mm Durchmesser angeht. Der Hersteller ist vorerst stolz auf seine Leistung, die 22 mm Durchmesser sicher realisiert zu haben. Gerade die Verkleinerung des Wiegand-Sensors forderte nicht nur die Entwicklungsabteilung, sondern auch die Investition in neue Werkzeuge. Deshalb wird es für Posital eine Herausforderung sein, neben der Entwicklung auch sicherzustellen, dass sie die Kosten weiter senken. Last but not least: Die Antriebssysteme von Maxon waren ja schon bei vielen Forschungsmissionen dabei, zum Beispiel auf dem Mond und dem Mars. Allerdings wird es noch etwas dauern, bis eines Tages auch die 22 mm Encoder ins All fliegen. Grund sind die hohen Anforderungen gerade in der Raumfahrt – hier müssen die Drehgeber erst noch auf der Erde über mehrere Jahre hinweg unter Beweis stellen, dass sie im täglichen Einsatz zuverlässig ihren Dienst tun. Bilder: Maxon, Posital www.maxongroup.de, www.posital.com DIE IDEE „Wir sehen eine wachsende Nachfrage nach Multiturn-Encodern in Kombination mit unseren Kleinstmotoren. Unsere Kunden legen dabei großen Wert auf eine kompakte Bauweise, möchten gleichzeitig aber keine Abstriche machen in Bezug auf die Encoder-Performance. Die Wiegand-Technologie in dem 22 mm Encoder macht den Einsatz von Puffer-Batterien überflüssig. Das ist heutzutage ein echter Mehrwert.“ Hermann Messner, Director Sales bei Maxon Motor, München Steif wie ein Direktantrieb. Kompakt wie ein Getriebemotor. Intelligent wie nie zuvor. www.harmonicdrive.de