Sensormodule

Höhere Auflösung und noch bessere Performance für Zahnsensormodule

Höhere Auflösung und noch bessere Performance für Zahnsensormodule

Die Sensormodulfamilie EBx7811 mit verschiedenen Optionen der Ausgangsschnittstellen und Auswahl an verschiedenen Sensoren für die optimale Anpassung an die Encoder-Zahnstruktur gibt es bei Sensitec schon recht lange im Portfolio. Nun erhält sie eine Überarbeitung in der Signalverarbeitung und wird noch leistungsfähiger. Auch das Zusatztool FOCUS-Box, für die automatische Nachkalibrierung der relevanten Sensorparameter in der Applikation, sorgt für weniger Aufwand beim Einbau und eine höhere Genauigkeit bei der Drehzahl- oder Positionsmessung.

Die magnetoresistive Technologie wird bei Sensitec seit Beginn als Kerntechnologie eingesetzt und kontinuierlich weiterentwickelt. Ein Team aus Chip- und Systementwicklern konstruieren stetig neue Sensorprodukte für Anwendungen im Bereich Automobil, Industrie und Medizintechnik. Der magnetoresistive Effekt kann hierbei nicht nur mit einer typischen magnetischen Maßverkörperung, die beispielsweise abwechselnd mit Nord- und Südpolen kodiert ist, betrieben werden, sondern das Prinzip kann so verschoben werden, dass ein Magnet bei dem Sensorelement positioniert wird und eine weichmagnetische Zahnstruktur dieses Magnetfeld verändert. Wird die Konstellation zwischen Magnet, Chip-, bzw. Chipposition und Zahnstruktur korrekt ausgelegt, erzeugt dies am Sensorausgang ein Sinus- und Cosinussignal, so dass bei der Bewegung pro Zahnstruktur jeweils eine Signalperiode erzeugt wird.

Dieses Prinzip ist aber nicht neu und wird schon lange in Systemen eingesetzt. Auch in der Produktfamilie EBx7811, die neben der ideal abgestimmten Sensor-Magnet-Anordnung eine weitere Signalkonditionierung und -weiterverarbeitung zu einer standardisierten Schnittstelle bietet.

Die Sensorsignale werden hier bezüglich Amplitude, Offset und Phase innerhalb der Fertigung bei Sensitec abgeglichen, so dass eine möglichst ideale Signalqualität an einer Zahnstruktur entsteht. Hierbei spielt die Form der Zahnstruktur nur eine untergeordnete Rolle. Wichtig ist eine gleichmäßige, periodische Struktur mit beispielsweise einer Teilung von 2 mm. Das Sensorelement ist so ausgeführt, dass die Gradienten der Zahnstruktur, die eine Verformung der Feldlinien des im Sensormodul integrierten Magneten erzeugen, zu einem sinus- beziehungsweise cosinusförmigen Signal am Ausgang des Sensors führen.

Die Vorteile dieses Messprinzips mit einer rein mechanischen Zahnstruktur als Maßverkörperung sind vielfältig. So kann als Maßverkörperung ein bereits vorhandenes Maschinenelement wie z.B. ein Zahnrad verwendet werden, oder eine Zahnstruktur kann in Form von Bohrungen auf eine Welle aufgebracht werden. Ein weiterer Vorteil liegt in der mechanischen Robustheit, so können Fliehkräfte bei hohen Drehzahlen einem Zahnrad weniger anhaben als einer Maßverkörperung mit aufgebrachter magnetischer Schicht aus beispielsweise kunststoffgebundenem Hartferrit, der die magnetische Codierung trägt. Weiterhin kann eine Zahnstruktur auch mit minimaler zusätzlicher Masse in ein System eingebracht werden, was ein Vorteil für ein schnell drehendes oder bewegendes bzw. dynamisches System darstellt.

Neben den vielen Vorteilen bei einer solchen Encoderlösung gibt es leider auch Einschränkungen, die zu einem erhöhten Aufwand in der Montage und Justage des Sensormoduls führen. Der Arbeitsabstand zwischen Sensor und Zahnstruktur ist abhängig von dem Maß der Zahnteilung, so dass der Sensor mit nur wenig Toleranz auf einen Abstand von einem Viertel der Zahnteilung justiert werden sollte. Abweichungen zu einer idealen Justage führen zu einem Einfluss auf die Sensorparameter und auch eine nicht optimale Zahnstruktur beeinflusst leicht die Signalform und Signalqualität. Im Ergebnis bedeutet das, dass es recht schwierig bis fast unmöglich ist in der Endanwendung die gleiche Performance des Sensorsystems zu erhalten wie bei dem Endabgleich am Endprüfplatz nach dem Herstellprozess.

Hierfür wurde als Lösung nun ein neues Werkzeug bestehend aus einer Elektronikbox und einer PC-Software entwickelt, welches es dem Endanwender ermöglicht, das Sensormodul nach der Montage  in der Anwendung unter Berücksichtigungen der Einbaubedingungen erneut abzugleichen. Die von der Montage beeinflussten Sensorparameter werden in diesem Abgleichprozess erneut ermittelt und im integrierten Speicher des Sensormodul hinterlegt. Justage Toleranzen des Einbaus und der Einfluss der Zahnstruktur werden so größtenteils kompensiert.

Die Montage erfordert nicht die höchste Präzision und kann somit in kürzerer Zeit durchgeführt werden. Der Abgleich selbst wird in nur wenigen Sekunden durchlaufen und es erfordert nur eine gleichförmige Drehung der Welle während des Prozesses. Hierbei muss der Endanwender keine komplizierten Parameter ermitteln und bewerten, denn der Abgleich geschieht vollautomatisch durch das Tool und wird mit einer einfachen und anschaulichen Visualisierung am Bildschirm dargestellt. Der Abgleichprozess sowie das Abgleichergebnis werden zudem in einer Datei inklusive aller Parameter protokolliert. So kann auch eine Dokumentation des Sensoreinbaus, beispielsweise während des Produktionsprozesses oder einem Serviceeinsatz, durchgeführt werden.

Mit der mitgelieferten PC-Software (GUI) werden die Sensorsignale in einer Lissajous-Figur anschaulich mit einem Zielkorridor dargestellt – eine Bewertung der Einbausituation kann damit umgehend erfolgen. Bei einem Abgleichprozess werden die Signale zudem vor und nach dem Abgleich im Vergleich angezeigt. Zusätzlich werden auch die Abgleichparameter innerhalb des möglichen Abgleichbereichs dargestellt. Dies kann als weiterer Indikator dienen und genutzt werden. Sollte der Abgleich zwar möglich sein, sich aber bereits an den Grenzen des abgleichbaren Bereichs befinden, kann der Anwender ggf. eine Nach-Justage in Betracht ziehen, um das System von einem Grenzbereich der Abgleichparameter in einen stabileren Bereich zu bringen. Weiterhin ist für das Abgleichtool eine offene Schnittstelle (API) geplant, so dass die Elektronikbox in die Produktionsumgebung beim Endkunden in dessen eigener Software-Anwenderoberfläche eingebunden werden kann.

Schaut man auf typische Anwendungen, wo sich das Zahnsensorprinzip besonders gut eignet – auch aus dem Grund, dass es auch einige oben erläuterte Rahmenbedingungen gibt, die Nachteile bei dem Sensorprinzip mit sich bringen – zeigen sich Applikationen mit schnellen Bewegungen und hohen Drehzahlen mit wenig Führungs- bzw.- Lagespiel als sehr geeignet. Im Bereich Hochfrequenzspindel wird das Sensormodul daher gerne eingesetzt, um auch bei sehr hohen Rotationsgeschwindigkeiten eine zuverlässige Drehzahlregelung zu gewährleisten.

Hier zeigt sich auch der Vorteil einer wenig ausgeprägten und flach ausgeführten Zahnstruktur, denn eine gröbere Struktur verursacht bei hohen Drehzahlen eine extreme Geräuschentwicklung sowie einen zusätzlichen Temperatureintrag in das System. Auch für Anwendungen bei denen aggressive Medien in der Umgebung des Encoders durch beispielsweise Schmieröle oder Lagerfette auftreten können, bietet sich die berührungslose Zahnsensormesslösung an. Magnetische Maßverkörperungen, die oftmals auf Kunststoff- oder Elastomermaterial basieren, können durch die aggressiven Medien beeinflusst oder zerstört werden. Eine robuste und rein aus einem ferromagnetischen Metall bestehende Maßverkörperung bietet hier deutliche Vorteile.

Die magnetoresistive Lösung zeichnet sich vor Allem durch eine sehr gute Signalperformance in Bezug auf Auflösung, Genauigkeit und Dynamik aus. Verschiedene Sensortypen, angepasst an verschiedene Zahnteillungen, stehen zur Verfügung. Eine Version mit einer digitale Quadraturschnittstelle mit frei einstellbarer Auflösung und eine analoge Version mit einer Standardschnittstelle mit 1 Vss sind verfügbar und decken einen breiten Bereich der Anforderungen ab. Zusammen mit dem Abgleichtool „Focus“ können Zahnsensor-Encoderlösungen schnell und zuverlässig realisiert werden.

Teilen

Sensorik

Starke Innovationen, größerer Stand

Starke Innovationen, größerer Stand

Die Sensorpioniere von FSG sind zurück auf der SPS und  präsentieren integrierten Windsensor und verschleißarmen Seilzugsensor.

mehr lesen
Anzeige

Automatisierung

SPS 2021: News im „Digital Innovation Park“

SPS 2021: News im „Digital Innovation Park“

Aktuelle Messe-Highlights zur SPS 2021, spannende Automatisierungstrends und aktuelle Innovationen für Industrie 4.0 und IIoT verspricht der Digital Innovation Park – die Themen reichen von IO-Link über Ethernet in der Prozessindustrie bis hin zu Dezentraler Automation und Condition Monitoring. Turcks „digitales Schaufenster” bietet einen schnellen Überblick zu aktuellen Automationsthemen.

mehr lesen

Automatisierung

Neue Komponenten mit Funktionen für Predictive Maintenance

Neue Komponenten mit Funktionen für Predictive Maintenance

Carlo Gavazzi präsentiert neue Komponenten mit Funktionen, die Ausschuss in der Produktion verringern und den Wartungsaufwand senken.

mehr lesen
Anzeige

Druckschalter

Flexibler und breiter einsetzbar – Druckschalter-Reihe DS35x

Flexibler und breiter einsetzbar – Druckschalter-Reihe DS35x

Erweiterte Funktionalität bei bewährter Qualität – diese Kerneigenschaften bringen den Charakter der Druckschalter- Reihe DS35x auf den Punkt. Vielfältige Einstellungsmöglichkeiten kombiniert mit IO-Link-Schnittstelle sorgen für außerordentliche Prozesssicherheit sowie eine umfangreiche Datenbasis.

mehr lesen

Hallsensor-IC

Magnetische Encoder-ICs flexibel weitergedacht

Magnetische Encoder-ICs flexibel weitergedacht

Der iC-PVS von iC-Haus ist ein universeller Hallsensor-IC für die inkrementelle oder absolute Positionserfassung – mit batteriegepuffertem 56-Bit-Positionszähler.

mehr lesen
Anzeige

Automatisierung

Beckhoff auf der SPS 2021

Beckhoff auf der SPS 2021

Vom 23. bis 25. November 2021 öffnet die SPS in Nürnberg wieder ihre Tore. Als Spezialist für integrierte Automatisierungslösungen freuen wir uns sehr darauf, Ihnen wegweisende Innovationen aus den Bereichen IPC, I/O, Motion und Automation vorzustellen, und mit Ihnen in einen persönlichen Austausch zu treten. Sichern Sie sich jetzt ihr kostenloses Ticket.

mehr lesen

Automatisierung

Neuer Ansatz bei Innovation und Strategie

Neuer Ansatz bei Innovation und Strategie

SPS-Premiere von Kristronics, Entwicklungsspezialist für innovative Systembaugruppen in den Bereichen Industrial Applications und Mobile Solutions

mehr lesen
Anzeige

SENSOR+TEST 2022

10.000 Euro für innovative Sensor- und Messtechnik-Entwicklungen

10.000 Euro für innovative Sensor- und Messtechnik-Entwicklungen

Im Rahmen der kommenden SENSOR+TEST (Nürnberg, 10.-12. Mai 2022) wird erneut der hochdotierte Innovationspreis des AMA Verbandes für Sensorik und Messtechnik e.V. vergeben. Über die Siegprämie hinaus erhält auch das beste junge Unternehmen im Wettbewerb einen Sonderpreis. Einreichungsschluss ist am 26. Januar 2022.

mehr lesen

Arbeitsschutz

Neuheiten vom Zykloidgetriebespezialisten

Neuheiten vom Zykloidgetriebespezialisten

Auf der SPS zeigt Getriebespezialist Nabtesco sein umfangreiches Präzisionsportfolio.

mehr lesen
Anzeige

Automatisierung

Automation hybrid erleben bei Pepperl+Fuchs

Automation hybrid erleben bei Pepperl+Fuchs

Pepperl+Fuchs verbindet erstmalig seine „Digital Expo“ mit der SPS in Nürnberg: Die Türen zum virtuellen Showroom der Digital Expo sind vom 15. bis 26. November 2021 geöffnet. Vom 23. bis 25. November stellt das Unternehmen parallel auf der SPS aus. Besucher der Events erwartet ein spannendes, hybrides Format zwischen analoger und digitaler Welt.

mehr lesen

Messeveranstaltung

Let`s get together!

Let`s get together!

Ob Messe, Webinare oder Showroom - Leuze bringt in seinen Experience Days SPS Special alle Beteiligten zusammen.

mehr lesen

Produkt des Monats

Von Big-Data zu Smart-Data mit Jumo Smartware-Evaluation

Von Big-Data zu Smart-Data mit Jumo Smartware-Evaluation

Die Browser-basierte Software-Lösung JUMO smartWARE Evaluation ermöglicht die intuitive Auswertung und Visualisierung von Prozessdaten des JUMO variTRON Automatisierungssystems. Individuelle Dashboards erlauben einen zielgeführten und schnellen Zugriff auf aufgezeichnete Prozessdaten.

mehr lesen

Positionierung

Smarte Komponenten für hohen Automatisierungsgrad

Smarte Komponenten für hohen Automatisierungsgrad

Die Braun Sondermaschinen GmbH setzt auf Hochleistungs- Positionierantriebe von Siko.

mehr lesen

drivesweb-Newsletter

Der neue drivesweb-Newsletter 23/2021 ist da

Der neue drivesweb-Newsletter 23/2021 ist da

Haben Sie schon unseren aktuellen drivesweb-Newsletter gelesen? Erfahren Sie u.a. mehr über geberlose Antriebsregelung, einen Servoverstärker als All-in-one-Lösung oder eine leicht bedienbare…

mehr lesen