Drehgeber

Absolut dicht

Flüssigkeit oder Staub im Gehäuse und eine mechanische Überlastung der Lagerung gehören zu den häufigsten Ausfallursachen bei Drehgebern in anspruchsvollen Anwendungen. Beispielsweise in der Außenanwendung oder bei intensiven Reinigungen. Die geforderten Schutzarten sind IP 68 und IP 69K. Eine effektive Lösung bietet die hier beschriebene hermetische Kapselung der kompletten Elektronik.

Das Aufbauprinzip optischer Drehgeber verlangt die Positionierung einer Impulsscheibe direkt zwischen einer Sende- und den gegenüberliegenden Empfangsdioden. Diese Impulsscheibe rotiert mit der Welle, deren Lagerung die entscheidende Schnittstelle zwischen Elektronik und Umwelt bildet. Eine vollkommene Dichtigkeit der Lagerung und damit des Drehgebergehäuses ist jedoch prinzipbedingt nicht zu erreichen. Zusätzlich führen Temperaturschwankungen zu zyklischen Druckunterschieden zwischen Umwelt und Gehäuseinnerem, der Drehgeber „atmet“ und saugt beim Abkühlen Flüssigkeit ein. Zudem kommen die Drehgeber in vielen Anwendungen mit Spritzwasser, Kühl- und Schmierflüssigkeit sowie mit Reinigungsmitteln in Berührung. Jedes Eintreten von Flüssigkeit ins Drehgebergehäuse führt jedoch früher oder später zum Ausfall.

Bei heutigen Heavy-Duty-Drehgebern wird versucht, diese Herausforderung durch aufwändige, meist mehrstufige Dichtungen zu verbessern, ohne diese Aufgabe prinzipiell zu lösen. Denn auch aufwändige Dichtungskonzepte können nicht jeden Drehzahlbereich, jede Bauform oder jede Einbaulage abdecken. Diese Dichtungen altern unweigerlich, verstärkt durch UV-Strahlung. Außerdem lassen sie sich durch ihren großen Platzbedarf oft nicht ohne weiteres auf kompaktere Bauformen anwenden. Das erfolgreiche Magres-Prinzip ist die patentierte Kombination aus magnetischer Singleturn-Erfassung und elektronischer Multiturn-Abtastung. Sie ist die Grundlage für den Magres Hermetic. Durch eine zusätzliche hermetisch dichte Kapselung der gesamten Elektronik wird diese vor der Außenwelt geschützt, um ungestört von Umwelteinflüssen ihre Arbeit zu verrichten. Allein das magnetische Feld eines Permanentmagneten auf der Welle dringt durch die Kapselung. Auf diese Weise erreichen diese Drehgeber zuverlässig und dauerhaft die höchsten Schutzarten IP 68 und IP 69K. Langfristiges Untertauchen oder Reinigung mit dem Dampfstrahler sind also auch möglich.

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Neben der Dichtigkeit wurde auch die mechanische Belastbarkeit optimiert. Die Eliminierung mehrstufiger Wellendichtungen ermöglicht eine kompakte Bauform mit 58 mm Durchmesser. Besonders robust dimensionierte Kugellager mit großem Abstand erlauben eine Wellenlast bis 280 N radial und 270 N axial sowie eine maximale Schockbelastung von 300 g. Ein Einschlagen der Welle ist konstruktionsbedingt nicht möglich. Zum Schutz der Kugellager dient eine Simmerring Dichtung, die mit einem schlagfesten Metallring abgedeckt ist. Dieser Metallring bietet Sicherheit gegen mechanische Einflüsse und verhindert die Alterung des Rings durch UV-Licht. In den Feldbusvarianten ermöglicht ein Heavy-Duty-Schauglas die schnelle Einstellung der Busadresse bei der Inbetriebnahme und freie Sicht auf die Status-LEDs. Typische Anwendungen sind Außeneinsätze aller Art, schwerer Fahrzeugbau sowie Kran- und Schiffsbau.

Aufgrund des totraumfreien Designs eignen sie sich auch für den Einsatz bei der Lebensmittelherstellung. Durch hohe Temperaturbeständigkeit und Edelstahlgehäuse können die neuen Drehgeber im Prozess hygienisch gereinigt werden (CIP). Ihr Gehäuse bietet Schutz gegen Korrosion durch aggressive Medien wie Säuren, Laugen, Seewasser, Reinigungsmittel oder Milch. Noch härter geht es zu bei der Positionierung von ferngesteuerten Strahlrohren auf einer neuen Generation von Löschbooten. Sie werfen mehrere Tonnen Seewasser pro Minute punktgenau an den Brandort - über mehr als 100 Meter. Aufgrund des starken Sprühnebels und durch die Montage der Drehgeber mit der Welle nach oben besteht die Gefahr eines Wassereintritts. Bei Tests verschiedener Fabrikate erwies sich Magres hermetic als das geeignete Produkt.

Die neu entwickelten Drehgeber spielen ihre Stärken besonders in Heavy-Duty-Anwendungen aus. Um die nötige Flexibilität zu erreichen, sind sie in zahlreichen Wellen- und Hohlwellenvarianten erhältlich. Auch kundenspezifische Varianten mit erhöhtem Explosionsschutz oder anderen Werkstoffen sind auf Wunsch erhältlich. Darüber hinaus sind integrierte Schnittstellen mit SSI, CANopen und Profibus-DP verfügbar, bei modularen Bushauben kommen zusätzlich DeviceNet und EtherCAT dazu.

Christof Richard & Ralph Werren, Baumer Electric/ Dr. Peter Stipp

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