Positionsüberwachung mit integrierten Drehgeber-Systemen

Kübler ist in der Antriebstechnik stark verwurzelt und bietet seit Jahrzehnten ein breites Portfolio an inkrementalen und absoluten Drehgeber für unterschiedliche Motorenvarianten an. Flexible Anbau- und Einbaulösungen bis hin zu individuell zugeschnittenen Messyste-men wie beispielsweise smarte lagerlose Drehgeber in Asynchronmotoren zu integrieren, gehören zur Expertise von Kübler. So positioniert sich das mittelständische Familienunter-nehmen als starker Partner an der Seite von Antriebsherstellern und schafft mit seinen Drehgeber-Lösungen echten Mehrwert.

Der weltweit am meisten eingesetzte elektrische Antrieb im industriellen Umfeld ist der Asynchronmo-tor. Dieser wird vor allem dann gebraucht, wenn im höheren Leistungsbereich dynamischer Anwen-dungen hohe externe Massenträgheitsmomente geregelt werden müssen bzw. bei denen es in erster Linie auf einen kontinuierlichen und präzisen Rundlauf der Achsen ankommt. Damit dies gelingt wer-den Asynchronmotoren mit einem Frequenzumrichter betrieben und für die Erfassung der Drehzahl inkrementale Drehgeber als Rückführung verwendet. In Papier- und Textilmaschinen eignen sich Asynchronmotoren deshalb hervorragend als Walzenantriebe. Auch im Bereich der Werkzeugma-schinen wie beispielsweise in Fräsbearbeitungszentren oder Drehautomaten werden diese eingesetzt. Es bedarf einer konstanten Drehzahl, um die Vielzahl an Achsen gleichmäßig anzutreiben, sodass das eigentliche Produkt in der Anlage oder Maschine optimal bearbeitet werden kann und einzelne Prozessschritte reibungslos ablaufen.

Hierfür bietet Kübler ein breites Portfolio an inkrementellen Drehgebern an, welches sich aufgrund der Vielzahl an mechanischen und elektrischen Möglichkeiten auszeichnet. Ein weiteres breites Anwen-dungsfeld sind Getriebemotoren, eine Kombination aus Asynchronmotor und Getriebe. Diese wird vor allem dann eingesetzt, wenn große Drehmomente übertragen werden sollen, z.B. an großen Rundti-schen, wo gleichzeitig unterschiedliche Prozessschritte an verschiedenen Bearbeitungsstationen durchgeführt werden. Absolute Drehgeber werden hier zur Positionsüberwachung eingesetzt. Auch nach einem spannungslosen Zustand steht nach dem Wiedereinschalten die absolute Position wieder bereit. Referenzfahrten werden somit überflüssig und der Produktionsablauf kann dadurch ohne War-tezeiten wieder aufgenommen werden. Im Vergleich zu inkrementellen Drehgebern haben marktübli-che absolute Drehgeber aufgrund der Getriebetechnologie eine deutlich längere Bauform. Größere Einbauräume sowie größere Lüfterhauben sind die Folge. Das hat Kübler geändert und bietet den flachsten Multiturn Drehgeber auf dem Markt an – den Sendix F5883 / F5888. Dieser zeichnet sich mit seiner geringen Bautiefe von nur 43 mm und tangentialem Kabelabgang als kompakte Sensorlösung für eine präzise Positionsüberwachung und optimale Drehzahlregelung des Motors aus. Es entstehen dadurch enorme Vorteile bei der Dimensionierung des Motors und letztendlich führt dies zu Einsparungen von Platz und Kosten.

Kübler ist in der Antriebstechnik stark verwurzelt und hat sich mit seinem breiten Portfolio an Drehge-bern dieser Branche verschrieben. Das fundierte Wissen in dieser Branche macht Kübler zu einem starken Partner für Antriebs- und Motorenhersteller, wenn es darum geht unterschiedlichste elektri-sche Antriebe präzise und optimal zu regeln und somit auch die Energieeffizienz zu steigern. Ge-meinsam mit namhaften Herstellern dieser Branche hat Kübler auf Basis der lagerlosen Drehgeber ein integriertes Messsystem für Asynchronmotoren entwickelt, welches in punkto Leistungsfähigkeit, Kompaktheit und nicht zuletzt durch Einsparung von Platz und Kosten im Vergleich zu gelagerten Drehgebern neue Maßstäbe setzt. Eine enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit beider Partner war hier essentiell, um das kompakte magnetische Messsystem in den Motor zu integrieren. Dank innovativer Abschirmtechnologie, welche auf FEM berechneten Simulationen basiert, und trotz mag-netischer Störfelder, die beispielsweise beim Auslösen der elektromagnetischen Bremse entstehen, ist Kübler die Integration des kompakten magnetische Messsystems vollends gelungen.

Eine weitere Innovation in dieser Umsetzung besteht in der hohen Signalqualität und der daraus re-sultierenden hohen Regelgüte des Antriebs. Smarte digitale Echtzeit-Signalverarbeitung: hinter dem Begriff „smart“ verbirgt sich in doppelter Hinsicht eine innovative Neuerung: einerseits wird durch eine digitale, FPGA-basierte Signalverarbeitung ein Driften und Signalfehler, die z.B. durch Temperatur, Alterung und Einbautoleranzen usw. hervorgerufen werden, aktiv ausgeregelt. Somit werden trotz einer vergleichsweise groben Teilung der magnetischen Maßverkörperung genaue und hochaufgelös-te Zustandsgrößen ermöglicht. Andererseits wird mittels der ohnehin vorhandenen Kenntnis der Kerngrößen des Antriebssystems, Condition Monitoring und Predictive Maintenance ermöglicht. Pa-rametrierbarkeit, auch der integrierten digitalen Signalfilter mit Delaykompensation, die sich als sehr vorteilhaft in vielen Applikationen herausgestellt haben und ein elektronisches Typenschild inklusive Anwenderspeicher runden die Ausstattungsmerkmale ab.

Den Experten von Kübler ist es so gelungen, Feedbacksysteme zu intergieren, die über eine unge-wöhnlich hohe Signalgüte verfügen und dennoch die bei einer Integration nötige Kompaktheit und Zuverlässigkeit aufweisen.

Der Einsatz von Sensorik ist vielfältig und stellt diese vor allem in rauen Umgebungen vor große Her-ausforderungen. Unter schweren Umweltweltbedingen wie Temperaturschwankungen, Feuchte, Staub oder ständigen Schock und Vibrationen werden Sensoren bzw. Drehgeber eingesetzt und müssen präzise und zuverlässig die Drehzahl von Großmotoren und Generatoren erfassen und somit als zuverlässige Drehzahlrückführung fungieren. Solche Motoren werden in der Schwerindustrie wie auch in Windkraftanlagen eingesetzt. Kübler bietet dafür extrem robuste Drehgeber an, die besonders widerstandsfähig gegen Wellenströme sowie schock- und vibrationsfest sind. Die Robustheit wird unter anderem durch den besonders robusten Lageraufbau im HD-Safety-LockTM Design erreicht. Die inkrementellen Drehgeber können bis zu einem Wellendurchmesser von 42 mm eingesetzt wer-den. Dafür stehen die Drehgeber A020 / A02H und die Sendix Drehgeber H100 und H120 bereit.

Als kompakte Alternative finden lagerlose Drehgeber ihren Einsatz an Großmotoren und Generatoren. Diese sind aufgrund der Bauweise nicht durch Wellenströme belastet und sind im Vergleich zu gelagerten Drehgebern bis zu einem Wellendurchmesser von 390 mm verfügbar. Auf Anfrage können auch Lösungen für Wellen >Ø500 mm realisiert werden. Das magnetische Messsystem ist besonders robust und mit einer Einbautiefe von lediglich 10 mm besonders platzsparend. Abgerundet wird die Robustheit durch die hohe Schutzart IP69k. Mit dieser kompakten Sensorlösung entstehen Vorteile für Hersteller von Großmotoren und Generatoren. Einen weiteren Vorteil bietet die Variante der lagerlosen Drehgeber mit Smart Technology. Neben der reinen Drehzahlerfassung werden hier auch weitere Messwerte erfasst und für Condition Monitoring bzw. für die nächste Ausbaustufe Predicitive Maintenance zur Verfügung gestellt. Dadurch erhöht sich die Anlagenverfügbarkeit und reduziert un-erwartete und unerwünschte Stillstandzeiten.

Durch den steigenden Automatisierungsgrad und die immer dynamischer werdenden Anlagen und Maschinen spielen Servomotoren heute und zukünftig eine immer wichtigere Rolle. Diese sind auf-grund ihrer Leistungsstärke und Kompaktheit prädestiniert, um den Anforderungen zu höherer Dyna-mik, mehr Effizienz bei gleichzeitig sinkenden Energiekosten und Einsparung von Platz gerecht zu werden. Mit der langjährigen Erfahrung im Bereich der Antriebstechnik hat Kübler ein Motor-Feedback-System mit Mehrwehrt entwickelt. Mit einer gleichbleibenden Baugröße von nur 36 mm werden alle Singleturn- und Multiturnvarianten mit einer Auflösung von bis zu 2048 Sinus/Cosinus-Perioden oder 24 Bit volldigital realisiert. Das ermöglicht den Herstellern von Servomotoren die Vari-anten an Motoren zu reduzieren, den Anbau zwischen Drehgeber und Motor zu standardisieren und damit nicht zuletzt von Kosteneinsparungen zu profitieren. Auf dieser Drehgeberplattform werden alle klassischen und offengelegten Schnittstellen wie SCS open Link oder BiSS-Line als Einkabel-Lösung angeboten. Kübler bietet damit maximale Flexibilität bei der Auswahl der elektrischen Schnittstelle, die bis dato der limitierende Faktor war. Eine hohe Signalqualität wird dank der eingesetzten Phased Array Sensor Technology erreicht, die zur Steigerung der Leistungsfähigkeit des Servomotors sowie zu einem ruhigen Betriebsverhalten und somit zur Reduzierung von Wärme führt. Das hochgenaue Motor-Feedback-Systeme Sendix S36 besticht durch seine hohe Robustheit, die sich durch neueste mechanische Getriebetechnologie, einem robusten Lageraufbau, einer torsionssteifen Statorkupplung und einer zuverlässigen Steckertechnologie zusammensetzt. Damit ist das neue Motor-Feedback-System von Kübler in allen Umgebungen zuverlässig einsetzbar und sorgt für einen einwandfreien Dauerbetrieb des Servomotors – auch in rauesten Umgebungen. Mit dem Sendix S36, der mit seiner gleichbleibenden Baugröße enorme Vorteile mit sich bringt, können heute schon Smart Motor Kon-zepte von Morgen realisiert werden. Funktionen wie elektronisches Datenblatt (EDS), Speicherung von kundenspezifischen Anwenderdaten und die Anbindung von zusätzlichen Sensoren wie z. B. Temperatursensoren stehen für Analytics zur Verfügung. Mit einer dauerhaften Zustandsüberwachung des Motors werden Störungen frühzeitig erkannt und können umgehend beseitigt werden. Dies führt zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit und Verbesserung der Performance.

Die vierte industrielle Revolution ist voll im Gange und ist heute schon in vielen Branchen und Pro-duktionsanlagen Realität geworden. Die stetig ansteigende Vernetzung aller Komponenten einer An-lage oder Maschine sind heute Anforderungen, um selbstorganisierte und effiziente Produktionsab-läufe zu realisieren und somit die Leistung zu steigern und gleichzeitig die Kosten zu senken – ganz im Sinne der Vision Smart Factory. Kübler stattet hierzu seine Sendix Drehgeber mit der Smart Tech-nology aus. Neben der gängigen Erfassung von Messwerten wie Inkremente und Position werden auch weitere Messgrößen wie Beschleunigung, Schock, Vibration, Temperatur, Betriebszeit u.v.m erfasst und ausgewertet. Der smarte Drehgeber wird somit zum Informations-, Mess- und Datenzent-rum für elektrische Antriebe – Smarte Motoren werden verwirklicht. Bei Kübler spricht man an dieser Stelle von Analytics. Die Daten werden für eine Zustandsüberwachung des Drehgeber, Motors bzw. für die gesamte Anlage oder Maschine verwendet, um Condition Monitoring bzw. Predicitive Main-tenace umzusetzen, die zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit und zur Reduzierung von ungeplante Stillstandzeiten führen. Mit der Smart Identification wird jeder Sendix Drehgeber schnell und einfach in jede Anlage oder Maschine installiert. Dafür sorgt das elektronische Datenblatt, welches wichtige Merkmale zur Kommunikation, zum Drehgeber selbst, zum angeschlossenen Antrieb wie auch zur gesamten Umgebung beinhaltet und somit „Plug and Play“ realisiert werden kann. Namenhafte Her-steller aus dem Bereich der Antriebstechnik setzen heute und zukünftig schon smarte lagerlose Drehgeber aus dem Hause Kübler ein. Fazit: Durch die Smart Technology entstehen smarte Sensoren und daraus smarte Motoren, die in Anlagen eingesetzt werden und dies führt letztlich zur Smart Factory.