Der Kunde im Fokus – Entwicklung und Produktion von Safety Drehgebern

Sie sind in mehrfacher Hinsicht sicher: Drehgeber der TWK. Sicherheit bedeutet funktionale Sicherheit – Stichworte SIL und PLd – und Explosionsschutz – Stichwort ATEX. Treffen Sie TWK auf der SPS!

Als deutscher Sensorikhersteller entwickelt und produziert die TWK funktional sichere Drehgeber unter konsequenter Berücksichtigung der Kundenanforderungen. Aus der Zusammenarbeit mit Bestands- und Neukunden ist ein breites Sortiment an Safety Drehgebern entstanden. Nicht selten werden individuelle Sensorlösungen für die Automatisierungsbranche, für mobile Maschinen und mittlerweile auch für Fahrerlose Transportsysteme entwickelt.

Insbesondere für die Positions- und Drehzahlüberwachung ist der Profisafe über Profinet-Drehgeber TRT/S3 ein tolles Beispiel. Bereits vor 10 Jahren hat TWK eines der ersten zertifizierten Modelle dieses Typs auf dem Markt gebracht. Nun wurde der Profisafe-Drehgeber überarbeitet und weist einen deutlichen Innovationsschub auf. Durch eine 14 mm kürzere Gehäuselänge ist er sogar noch kompakter als die Vorgängerversion. Der Drehgeber – als Multiturn- oder Singleturngerät erhältlich – ist SIL2 und PLd zertifiziert gemäß der Normen IEC 61508, IEC 62061 und ISO 13849, mit verbesserten Sicherheitskennwerten. Neu ist eine erhöhte elektromagnetische Verträglichkeit nach Norm IEC 61326-3-2 und eine UL-Approbation nach UL61010-1, so dass einem weltweiten Einsatz nichts entgegensteht. Die Profinet-/Profisafe-Profile wurden auf V2.42 bzw. V2.6 aktualisiert, wobei auch das ältere Profisafe-Profil V2.4 weiterhin unterstützt wird, ebenso wie das aus dem Antriebssektor bekannte Encoder-Profil 4.2, das ab der Firmwareversion 4.1 bereitstehen wird. Die Zykluszeit beträgt minimal 250 µs.

Die maximale Auflösung wurde bei dem magnetischen Abtastsystem von 13 auf 16 Bit (65.536 Schritte/Umdrehung) erhöht bei einer Genauigkeit von besser ±0,2 %. Beim Singleturn sogar besser als ±0,05 %. Diese Werte machen es neben der Ausgabe eines präzisen Positionssignals möglich, ein exaktes, funktional sicheres Geschwindigkeitssignal abzuleiten, um den Geber zur Drehzahlüberwachung einzusetzen, beispielsweise bei Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) oder bei Rotoren von Windkraftanlagen. Bei der Ausführung mit Schutzklasse IP65 (ohne Wellendichtring) ist nun eine Wellendrehzahl bis 5.000 U/min möglich. Zusätzlich kann der Positionswert über eine optionale SSI-Schnittstelle ausgegeben werden. Dadurch kann auf einen separaten Dreh- oder Impulsgeber zur Antriebsregelung verzichtet werden. Via Parametrierung über Profinet kann man zwischen unskaliertem und skaliertem Wert umschalten sowie verschiedene Telegrammlängen wählen. Alternativ kann auch der Geschwindigkeitswert über SSI übertragen werden.

Eine optionale Spezialsoftware für Drehkranzanwendungen, die das Positionssignal direkt auf den Drehkranz kalibriert, sorgt dafür, dass das Positionssignal bei einer vollen Umdrehung des Drehkranzes einen Nullübergang hat, so dass man immer weiß, in welche Richtung beispielsweise der Ausleger eines Mobilkrans zeigt. Das Positionssignal geht von 0 bis 360° bei parametrierbarer Übersetzung und Auflösung. Dieser Ausgabecode arbeitet auch dann sicher weiter, wenn der Messbereich des Drehgebers von 4096 Umdrehungen durchlaufen wurde und weitergedreht wird.

Ein weiterer Drehgeber im Sortiment ist der Fail-Safe-over-EtherCAT Drehgeber TRK78/S3. Wie der Profisafe-Drehgeber TRT78/S3 ist er ein SIL2/PLd-Vertreter, der auch die strengen Anforderungen an den Explosionsschutz gemäß ATEX-Richtlinie 2014/34/EU mit den Zonen 1 (Gas) und 21 (Staub) erfüllt. Das robuste Gehäuse aus Aluminium oder Edelstahl mit Kabelanschluss ist druckfest gekapselt (Ex d), d.h. das Gehäuse hält dem Explosionsdruck von internen Komponenten stand. Eine Übertragung nach außen wird verhindert, so dass explosive Gase oder Dämpfe in der Umgebung nicht entzündet werden können. Zudem ist das Gehäuse gegen das Eindringen von Staub sicher abgedichtet (Ex t) und die Oberflächentemperatur übersteigt nicht 100 °C (T5). Die Geräte der Bauform 78 entsprechen somit der ATEX Gruppe II, Kat. 2G (Gas) mit Explosionsgruppe IIC sowie Kat. 2D (Staub) mit Explosionsgruppe IIIC. Die Zertifizierung entspricht den geltenden Normen von ATEX, IECEx, North Amerika und EAC-Ex. Selbstverständlich mit SIL2/PLd Zertifikat. Die Auflösung beträgt bis 65.536 Schritte / 360° (16 Bit) bei einem Messbereich von 4096 Umdrehungen. Neben der Position kann auch die Drehgeschwindigkeit der Welle präzise erfasst und ausgelesen werden. Unterschiedliche Flansch- und Wellenausführungen sowie die abnehmbare Anschlusshaube erlauben eine leichte Integration des TRK78 in die Applikation.

Daneben stellt TWK einen ultrakompakten Singleturn-Drehgeber vor, der sich mit einem Durchmesser von nur 38 mm und einer Länge von ebenfalls 38 mm für die Montage in beengten Bauräumen eignet. Der FSoE-Drehgeber TRK38/S3 erfasst Position und Geschwindigkeit und erfüllt dabei die Anforderungen von SIL2 und PLd.

Ein weiteres Exemplar im Bunde der Safety Drehgeber ist das Modell TxSN. Dieses Modell umfasst den Multiturn-Drehgeber TRSN und seinen kleinen Singleturn-Bruder TBSN. Hiermit geht die TWK den nächsten Schritt in Richtung ‚Sicherheit in der Sensorik‘ und stellt in der Reihe der funktional sicheren Sensoren mit dem etablierten Schnittstellenstandard CANopen Safety (EN 50325-5) einen Drehgeber vor, der SIL3 zertifiziert wird und ASIL-D konform nach ISO 26262 ist. Für einige Applikationen reicht eben der Safety-Level SIL2/PLd nicht aus. Beispielsweise bei autonom fahrenden Fahrzeugen, den AGVs (Automated Guided Vehicles), die sich selbstständig und rechnergesteuert im öffentlichen Raum bewegen. Da hier die Sicherheitsanforderungen besonders hoch sind – es kann bei inkorrekter Funktion hoher Personen- und Sachschaden entstehen – kommt für die verwendete Technik ein hoher Safety-Level zum Tragen.

Zu nennen wären auch ferngesteuerte Fahrzeuge, die ohne anwesenden Fahrer bewegt werden. Sie werden von einem Arbeitsplatz aus ferngelenkt. Für die Bedienelemente des Fernlenkplatzes bietet die TWK SIL-3-Drehgeber für die Erfassung der wichtigen Steuerbefehle an. Ende 2022 werden die ersten Geräte des Modells TxSN ausgeliefert. Der vollredundante Aufbau und erweiterte Diagnose- und Watchdogfunktionen stellen die SIL3 Fähigkeit sicher. Zusätzlich sind ausgiebige Testverfahren für Hard- und Firmware während der Konstruktionsphase und später für jedes auszuliefernde Gerät in der Fertigung Voraussetzung für die Zertifizierung nach IEC 61508 mit Level SIL3 und die ASIL-D Konformität. Jeder Drehgeber gibt dann über das SIL3-fähige Bussystem und das CANopen Safety Protokoll den zweifach erfassten, auf Plausibilität überprüften und in getrennten Microcontrollern verarbeiteten Positionswert aus. Normal und bitinvertiert. In der Safety-Steuerung findet dann die übliche Safetyprüfung statt, ob beide Werte innerhalb eines Zeitfensters eintreffen und ob sie – bis auf die Invertierung – identisch sind. Ist das nicht der Fall, wird ein Alarm ausgelöst und das Fahrzeug wird angehalten. Weitere Eigenschaften des TxSN: Positionsauflösungen bis 16 Bit, parametrierbare Torzeit für die Geschwindigkeitsmessung, Drehzahlen bis 10.000 U/min und viele Flansch- und Wellenformen. Schutzarten bis IP69K sind möglich sowie eine Wellenbelastbarkeit bis 250 N axial und radial. Der elektrische Anschluss ist über M12 Stecker oder Kabel realisiert. Für Applikationen mit starken Magnetfeldern ist ein spezieller, abschirmender Edelstahl erhältlich.

Weitere Highlights im CANopen Safety Portfolio sind der weltweit wohl kleinste Multiturndrehgeber TRN42/S3 mit einem Durchmesser von nur 42mm und SIL2 Zertifizierung sowie der hochauflösende Safety-Drehgeber ABN, der mit 22 Bit/360° Positionsauflösung aufwartet. Das in Planung befindliche Pendant ARN hat zusätzlich 24 Bit Umdrehungserfassung. Bei diesem Modell sind auch Ausführungen mit durchgehender Hohlwelle möglich.

Auf der diesjährigen Smart Production Solution in Nürnberg sind die Vertriebsexperten der TWK unterwegs. Nutzen Sie die Gelegenheit für ein persönliches Gespräch zum Thema Safety-Drehgeber am Gemeinschaftsstand der PNO in Halle 5, Stand 210. Terminvereinbarung können telefonisch oder über das Kontaktformular der Unternehmenswebsite vereinbart werden.

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