Seit der ersten Generation magnetischer Absolutdrehgeber hat sich auf diesem Feld viel getan. Die Kombination aus Genauigkeit und Dynamik optischer Encoder allerdings wurde noch nicht erreicht - bis jetzt. Martin Forthaus, Product Officer bei Fraba, erklärt, warum magnetische Systeme heute in der Lage seien, nahezu alle Messaufgaben von optischen zu übernehmen.

In optischen Drehgebern ist der Drehwinkel auf einer Scheibe aus Kunststoff oder Glas verschlüsselt. Zur Erfassung mehrerer Umdrehungen kann ein elektronischer Zähler mit Stützbatterie oder mehrere Codescheiben verwendet werden, die über ein Getriebe verbunden sind. Dies beansprucht allerdings zusätzlichen Raum. Zudem lassen sich Getriebe schlecht skalieren und sind kostenintensiv. Ein weiterer Punkt ist, dass die Codescheiben nicht sehr robust sind. Wenn sie verschmutzen, beeinträchtigt dies die Lesbarkeit und die Messqualität. Nicht zuletzt sind optische Systeme empfindlich gegenüber Luftfeuchtigkeit und Kondensation. Allerings muss man auch anmerken, dass auch im Bereich der optischen Modelle hohe Standards erreicht worden sind. Nur muss man verstehen, dass bei optischen Anbaudrehgebern der Entwicklungsspielraum ausgeschöpft ist.

Magnetisch: langlebig & wartungsfrei
Magnetische Systeme lassen sich bei gleicher Auflösung weit kompakter ausführen als optische. Zum Betreiben ihrer Wiegand- und Hall-Sensoriken ist lediglich ein Permanentmagnet erforderlich und alle Komponenten einschließlich Kommunikationsschnittstellen lassen sich auf einer kleinen Platine unterbringen. Grundlage ist hier eine ortsfest angebrachte Sensorik, die die Winkelposition der Welle anhand der Richtung des Magnetfelds ermittelt. Nach magnetischen Single-Turn-Drehgebern sind seit 2005 auch industrielle Lösungen zur Erfassung mehrerer Umdrehungen auf dem Markt erhältlich, die auch Rotationen im spannungslosen Zustand nichtflüchtig speichern. Diese beruhen auf einem Wiegand-Effekt-basierten Energy-Harvesting-System, das die notwendige Energie aus dem rotierenden Magnetfeld gewinnt. Getriebe und Batterien sind daher nicht erforderlich. So können mit dieser Technologie wartungsfreie, langlebige Drehgeber realisiert werden, die unempfindlich gegen Stöße oder Vibrationen sind und selbst schwierigsten Umweltbedingungen problemlos standhalten.

Signalverarbeitung vom Sensor auf Mikroprozessor verlagert
Magnetische Encoder sind im Bereich der mobilen Maschinen und bei Offshore-Anwendungen gut etabliert. Hier kommen ihre Widerstandsfähigkeit, besonders gegenüber Luftfeuchtigkeit, und ihre mechanische Robustheit zum Tragen. Ansonsten galt bisher: Wer die Vorteile magnetischer Drehgeber zum Beispiel hinsichtlich Robustheit und Platzbedarf nutzen wollte, musste Abstriche bei der Genauigkeit und Dynamik hinnehmen. Im Markt findet man typischerweise magnetische Drehgebersysteme mit Latenzzeiten von 600 µs bis zu 1 ms.
Jetzt jedoch sind magnetische Drehgeber in der Lage, Positionen jitterfrei und praktisch ohne Latenzzeit zu übermitteln. Für diesen Performanceschub wurde die Signalverarbeitung vom Sensor auf einen Mikroprozessor verlagert: Posital nutzt heute Hall-Sensoren, die nur analoge Signale ausgeben, die von einem 32-Bit-Mikrocontroller verarbeitet werden. Die eigentliche Herausforderung lag in der Entwicklung einer geeigneten Signalverarbeitungs-Software, die sowohl hohe Präzision als auch Dynamik unterstützt. Posital erreicht mit der aktuellen Drehgebergeneration Genauigkeiten bis zu 12 Bit bei Latenzzeiten von wenigen Mikrosekunden. Damit eröffnen sich nun Anwendern in der Automatisierungstechnik speziell dort neue Möglichkeiten, wo leistungsstarke und kostengünstige Lösungen mit geringem Platzbedarf gefragt sind. Auch Motorfeedback-Applikationen sind nun mit magnetischen Systemen möglich. Die Entwicklung der kommenden Jahre wird also spannend - es gibt noch Potenzial nach oben.