Elektro-magnetische Winkelsensoren Modellreihen RXM 22 und RXW 22

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1 Elektro-magnetische Winkelsensoren Modellreihen RXM 22 und RXW 22 RBX CD 01 / 2013 Berührungsloses, verschleißfreies Sensorsystem Kompakte Miniatur-Ausführung für den Maschinen- und Gerätebau Digitale und analoge Schnittstellen Betriebsspannung 5 VDC nominal Auflösung: 9 Bit / 360 <) Modellreihe RXM 22 mit externer nabe Modellreihe RXW 22 mit Welle und Kugellager Hohe Vibrations- und Schockfestigkeit durch zusätzlichen Gehäuseverguss Schutzarten: IP 53 bis IP 68 Aufbau und Funktion Das Sensorsystem besteht aus Hall-Elementen, die in einem ASIC integriert sind, und einem Permanentmagneten, der drehend vor dem ASIC bewegt wird. Bei der Drehung werden je ein Sinus- und Cosinus-Signal über den Bereich von 360 generiert. Folgeschaltungen konvertieren den so gewonnenen Messwert in eine winkel-proportionale digitale oder analoge Größe zur Weitergabe an Anzeigegeräte oder Steuerungen. RXM 22 RXW 22 ø22 ø22 Zwei mechanisch verschiedene Modellreihen stehen zur Verfügung: Bei der Reihe RXM 22 befinden sich im Gehäuseinneren keine bewegten Teile. Die Aktivierung erfolgt durch eine externe nabe aus Edelstahl, die mit der Welle des Messobjektes zu verbinden ist. Die Drehbewegung erfolgt ohne Reibung und erfordert kein Drehmoment. Bei der Reihe RXW 22 ist der Permanentmagnet in das Wellenende aus Edelstahl integriert. Die Welle läuft in einem doppelten Kugellager. Die Gehäuse bestehen aus Aluminium. Zum elektrischen Anschluss dient bei den Standardausführungen ein Kabel von 1 m Länge mit D-Subminiatur-Stecker. Zum erhöhten Schutz gegen Schock, Vibration und Feuchte können die Gehäuseinneren vergossen werden. Eine ausführliche Bechreibung des Sensorsystems und weiterer Modelle enthält die TWK-Druckschrift PR 0461: Neue Winkelsensoren mit Hall-Elementen. Elektrische Schnittstellen Modelle RBX 22: Absolut / Binär Variante P: Parallel (Seite 3) Variante E: SSI (Seite 4) Modelle RIX 22: Inkremental (Seite 5) Mechanische Daten und Umgebungsdaten: Seite 2 Modelle RSX 22: Sinus-cosinus (Seite 3) Modelle RAX 22: Analog (Seite 6) Bausatz RXK 24: (Seite 8) Maße und Zubehör: Seite 7 TWK-ELEKTRONIK GmbH PB D Düsseldorf Tel.: +49/211/ Fax: +49/211/ RBX CD / Seite 1

2 Winkelsensoren Modelle RXM 22 und RXW 22 Mechanische Daten Modellreihe Wellendurchmesser nabe für Wellendurchmesser Betriebsdrehzahl Betriebsdrehmoment Anlaufdrehmoment RXM 22 RXW 22 4 mm (4 h6 ) 6 mm (4, 8 oder 10) 1) min -1 max. A: 15 cncm B und C: 40 cncm 2) A: 30 cncm B und C: 60 cncm 2) Modelle RXM 22 mit externer nabe Hinweise für die Montage Zulässiger Höhenversatz ohne Beeinflussung des Messergebnisses: 1 ± 0,1 mm Zulässiger Axialversatz ohne Beeinflussung des Messergebnisses: 0,1mm ( ) 1±0.1 Zulässige Winkelbeschleunigung Trägheitsmoment Zulässige Wellenbelastung 10 5 rad/s 2 max. 0,111 gcm 2 (Rotor) 20 N radial 10 N axial Verkanten der nabe führt zur Verfälschung der Messung Nach Entfernen der nabe wird ein willkürlicher Positionswert ange zeigt. Dieser Wert steht konstant an. 1) Lagerlebensdauer Masse mit 1 m Kabel und D-Sub Stecker Kabelausgang Optional 2) Umgebungsdaten Modellreihe ca. 40 g + Nabe ca. 12 g radial B mit PTFE-Dichtring, C mit Simmerring 10 9 Umdrehungen bei 20 N radial (typ.) A: ca. 70 g B + C: ca. 80 g A: radial B und C: axial RXM 22 RXW 22 Allgemein Keine Beeinflussung der Messung bei magnetischen Störfeldern 0,1 Tesla. Es ist zu beachten, dass felder, die sich nicht unmittelbar in der Nähe des Winkelsensors befinden, über ferromagnetische Materialien Einfluss auf den Sensor nehmen könne. Anschlussbelegungen werden mit den Geräten geliefert. EMV-Normen: EN , EN Verhalten bei feldern Arbeitstemperaturbereich Lagertemperaturbereich Widerstandsfähigkeit gegen Schock gegen Vibration Bis mindestens 0,1 Tesla ohne Beeinflussung (in allen 3 Achsen) C bis + 85 C (optional C) - 20 C bis + 70 C (bedingt durch Verpackung) 2000 m/s 2 ; 11 m/s 200 m/s 2 ; 11 ms DIN EN Hz 2000 Hz; 500 m/s 2 DIN EN Schutzarten Flanschseite IP 67 Gehäuseseite IP 64 Mit Verguss IP 68 A: IP 53 B: IP 64 C: IP 68 mit Verguss RBX CD / Seite 2

3 Winkelsensoren Modell RSX 22: Sinus-Cosinus Signalamplitude: 2 ± 0,2 V SS Signaloffset: V S /2 ± 5 mv Max. Strom / Kanal: 0,5 ma Max. Impulsfrequenz: 150 khz Betriebsspannung: +5 ± 0,25 VDC Max. Ausgangsfrequenz: 500 Hz Max. Kabellänge: 3 m Signal offset V s /2 max. V ss V ss VB sinus (A) cosinus (B) VA SINE - COSINE - Signal sin / cos - V (0 V) S Modell RSM 22 (mit externer nabe) RSM K1 V 01 V = sin-cos-ausgang 1 sin-cos / 360 <) Ø 6 mm in der nabe Modell RSM 22 Modell RSW 22 (mit Welle und Kugellager) RSW 22A - 1 K1 V 01 V = sin-cos-ausgang 1 sin-cos / 360 <) Modell RSW 22 (A,B,C) Die Grundausführungen laut Datenblatt tragen die Nummer 01. Max. Auflösung: 512 Schritte / 360 <) (9 Bit ) Meßschrittabweichung: ± 1 LSB (bei 9 Bit) Reproduzierbarkeit: 0,1 LSB (bei 9 Bit) Ausgang parallel: U H 4 V bei -I H 3mA U L 1 V bei I L 3mA Serial resistor = 300 W typ. Latch-Enable: aktiv high: U LE 2,4 VDC Codeverlauf: CW Betriebsspannung: + 5 ± 0,25 VDC SINE - COSINE - Signal Interpolator Driver CW steigendes Signal, wenn nabe bzw. Welle sich im Uhrzeigersinn bewegt (Blickrichtung auf Flansch) output (1-9) - V (0 V) S Winkelsensoren Modell RBX 22: Binär / parallel Timing-Diagramm: Latch - Enable Data t R = Reaction time 1 μs t R Latch Modell RBM 22 (mit externer nabe) RBM R K2 P 01 nur RBM 22 Modell RBW 22 (mit Welle und Kugellager) Beispiel: RBW 22 A R K2 P 01 t R P = Parallel K2 = Kabel (1m) mit Stecker DA 15 P R = Binär 512 Schritte / 360 <) - Ø 6 mm in der nabe Modell RBM 22 oder RBW 22 (A,B,C) RBX CD / Seite 3

4 Winkelsensoren Modell RBX 22 Modell RBX 22: Synchron-serielles Interface - 9 Bit / 360 <) Ausgang seriell (Variante E) Die im Winkelcodierer vorliegende absolute Winkelinformation wird in eine serielle Information umgeformt und synchron zu einem Takt an eine Empfangselektronik übertragen. Wesentliche Vorteile sind die geringe Anzahl von Datenleitungen und eine sehr hohe Störsicherheit (Druckschrift SSI 10630). Die Variante 12 Bit / 360 <) ist in unserem Datenblatt RBX 133 beschrieben. Maximale Datenraten Die Datenrate ist durch folgende Größen begrenzt: Bis ca. 40 m Taktfrequenz max. 1 MHz Zwischen 40 m und 150 m Verzögerung der Gesamtelektronik: t GV = t C + 2t K + t E t GV : Gesamtverzögerungszeit t C : Verzögerungszeit der Codiererelektronik (hier z.b. 300 ns) t K : Verzögerungszeit des Kabels (abhängig von Kabellänge und - typ. Geschwindigkeit z.b. 6,5 ns/m) t E : Verzögerungszeit der Empfangselektronik (z.b. 150 ns) Mit einem Sicherheitsabstand von 50 ns zwischen der Periodendauer des Taktes t T und der Gesamtverzögerungszeit t GV ergibt sich: t T = t GV + 50 ns = 500 ns + 2t K Bei der Berechnung der max. Taktfrequenz gilt folgender Zusammenhang: f max. = 1/t T Ab 150 m nach RS 422 Spezifikation So erhält man z.b. mit den oben genannten Werten die nebenstehende Grenzwertkurve. Schnittstellen Profil SSI - 9 Bit / Binär idle state 1 CLOCK IN + idle state DATA OUT S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 MSB LSB 9 significant data bits complete data word = 13 bit SINE - COSINE - Signal Interpolator 0 RS 422 / 485 Driver wait- period idle state clock + clock - data + data - - V (0 V) S Frequenz (khz) Ausgabecode: Binär Max. Auflösung: 512 Schritte / 360 <) (9 Bit ) (Die Variante 12 Bit ist im Datenblatt RBX 133 beschrieben.) Codeverlauf: CW Meßschrittabweichung: ± 1 LSB (bei 9 Bit) Reproduzierbarkeit: 0,1 LSB (bei 9 Bit) Ausgang seriell SSI: Differential Datenausgang nach RS 422/485 Takteingang SSI: Differential Dateneingang nach RS 422/485 Betriebsspannung: + 5 ± 0,25 VDC Monoflopzeit: 25 ± 10 μs Taktfrequenz: 1 MHz CW steigendes Signal, wenn nabe bzw. Welle sich im Uhrzeigersinn bewegt (Blickrichtung auf Flansch) Modell RBM 22 (mit externer nabe) RBM R K1 E 01 Modell RBM 22 oder RBW 22 (A,B,C) RBW 22 (mit Welle und Kugellager) Beispiel: RBW 22 A R K1 E nur RBM 22 SSI Frequenz Leitungslänge in Meter E = SSI (nach RS 422/485) K1 = Kabel (1m) mit Stecker DE 9 P R = Binär 512 Schritte / 360 <) Ø 6 mm in der nabe Die Grundausführungen laut Datenblatt tragen die Nummer 01. RBX CD / Seite 4

5 Winkelsensoren Modell RIX 22 Impulse je Umdrehung: 128 (64, 32) Ausgänge: Kanal A, B und Null sowie Komplemente Signalform: Rechteckimpulse Max. Impulsfrequenz: 200 khz Impulsausgang: nach RS 422/485 Phasenversatz A - B: 90 ± 25 Tastverhältnis: 1 : 1 ± 15 Signalpegel: U L (I sink = 20 ma) 0,3V typ./0,5 Vmax. U H (I Source = -20 ma) 2,5 Vmin./2,8 V typ. Betriebsspannung: + 5 ± 0,25 VDC Die Variante 1024 Impulse / 360 <) ist in unserem Datenblatt RBX 133 beschrieben. Modell RIM 22 (mit externer nabe) RIM K1 T 01 T = Impulsausgang 128 Impulse / 360 <) Ø 6 mm in der nabe Modell RIM 22 Bitte beachten: naben mit Innendurchmesser 6 mm gehören zum Lieferumfang. Naben mit 4, 8 oder 10 mm ø sind bis 24 Stück zusätzlich zu bestellen (z.b.: Bestell-Nr. RBM- N08). Ab 25 Stück gehören diese Naben anstelle RBM-N06 zum Lieferumfang. Ein getrennte Bestellung ist nicht erforderlich. SINE - COSINE -Signal Interpolator Track B / Track B Track A / Track A Reference / Zero Reference / Zero Modell RIW 22 (mit Welle und Kugellager) -V S (0 V) RIW 22A K1 T 01 Signalausgang bei Drehung CW (Sicht auf die Welle) 360 el. Track B Phase shifting 90 el. T = Impulsausgang 128 Impulse / 360 <) Modell RIW 22A: IP 53 RIW 22B: IP 64 RIW 22C: IP 68 Track A Zero Z 90 el. Die Grundausführungen laut Datenblatt tragen die Nummer 01. RBX CD / Seite 5

6 Winkelsensoren Modell RAX VDC Aufbau Erfassung der Winkelposition mittels Hallsensor, der zusammen mit der Signalverarbeitung in einem ASIC integriert ist. Die vorliegende Information über den Winkel (max. 9 Bit bei 360 ) wird über den integrierten D/A - Converter im ASIC in ein kalibriertes analoges Ausgangssignal gewandelt. Ausgang C: 0 bis 5 VDC (abhängig von V S ) Linearität: < ± 1,5 % Temperaturdrift: 0,02 %/K typ. Signalverlauf: CW Betriebsspannung: + 5 ± 0,25 VDC Genauigkeit (Anfang/Ende): 0 V ± 50 mv typ./ ± 250 mv max. 5 V ± 50 mv typ./ ± 250 mv max. Ausgangsstrom: max. 2,5 ma entsprechen Lastwiderstand 2 kω (nicht kurzschlussfest) CW steigendes Signal, wenn nabe bzw. Welle sich im Uhrzeigersinn bewegt (Blickrichtung auf Flansch). Bestellbezeichnung Modell RAM 22 (mit externer nabe) RAM K1 W C 01 Ausgang C: 0-5 VDC Signalverlauf W = CW 360 <) Ø 6 mm in der nabe Modell RAM 22 Bitte beachten: naben mit einem Innendurchmesser von 6 mm gehören zum Lieferumfang. Naben mit den Durchmessern 4, 8 oder 10 mm sind bei Mengen bis 24 Stück zusätzlich zu bestellen (z.b.: Bestell-Nr. RBM-N08). Ab 25 Stück gehören diese Naben anstelle der Naben RBM-N06 zum Lieferumfang. Eine getrennte Bestellung ist nicht erforderlich. Bestellbezeichnung Modell RAW 22 (mit Welle und Kugellager) SINE - COSINE - Signal Interpolator DA - Converter + V O (output voltage) - V S (0 V) (analog common) RAW 22 A K1 W C 01 Ausgang C: 0-5 VDC Signalverlauf W = CW Elektrischer Anschluß K1 = Kabel (1m) mit Stecker DE 9 P 360 <) Modell RAW 22 A: IP 53 RAW 22 B: IP 64 RAW 22 C: IP 68 Die Grundausführungen laut Datenblatt tragen die Nummer 01. Gegenstecker, Befestigungsklammern und Kupplungen gehören nicht zum Lieferumfang. RBX CD / Seite 6

7 ø3 Winkelsensoren Modellreihen RXM 22 und RXW 22 Maße in mm Modelle RXM 22 mit externer nabe 3 ± ø15 ø10.5 ø ø10.5±0.05 ø nabe RBM - N06 ø10 M3 x 4 6 ø Eingang für Antriebswelle Modell RSX 22: Sinus-cosinus K1 = geschirmtes Kabel 1 m lang mit DE 9 P, mit Kunststoffhaube Modell RBX 22: Parallele Schnittstelle K2 = geschirmtes Kabel 1 m lang mit DA 15 P, mit Kunststoffhaube Modell RBX 22: Serielle Schnittstelle SSI K1 = geschirmtes Kabel 1 m lang mit DE 9 P, mit Kunststoffhaube Modell RIX 22: Inkremental K1 = geschirmtes Kabel 1 m lang mit DE 9 P, mit Kunststoffhaube Modell RAX 22: Analog-Ausgang K1 = geschirmtes Kabel 1 m lang mit DE 9 P, mit Kunststoffhaube Kabel 1000 mm lang mit D-Subminiaturstecker Bitte beachten: naben mit Innendurchmesser 6 mm gehören zum Lieferumfang. Naben mit 4, 8 oder 10 mm ø sind bis 24 Stück zusätzlich zu bestellen (z.b.: Bestell-Nr. RBM-N08). Ab 25 Stück gehören diese Naben anstelle RBM-N06 zum Lieferumfang. Ein getrennte Bestellung ist nicht erforderlich. Maße in mm Modelle RXW 22A mit Welle und Kugellager: IP ± M2.5x5 Befestigungsklammern GW (jeweils 3 Stück erforderlich) Teilkreisdurchmesser : 28-0,2 mm Material: Erforderliche Schrauben: M2,5 Senkkopf 6,8 DIN 963 9,5 ø 22 f7 ø ,2 h6 ø4 Modelle RXW 22B und RXW 22C mit Welle und Kugellager: IP 64 und IP 68 Länge 1000 mm mit Sub-D-Stecker Oldham-Kupplung 413/4 (Aluminium / Kunststoff) 16 4 Auf der Antriebsseite sind diese Kupplungen auch für Wellendurchmesser von 3, 6 und 6,35 mm lieferbar. (z.b. 413/4-6) ± 0.5 ca.12 M2.5x5 Faltenbalg-Kupplung 420/4 (Bronze / Messing) ø 4 24 ø4 h6 ø 22 ø19 f7 15 Länge 1000 mm mit Sub-D-Stecker Simmerring (nur Bauform C) 13 5,5 5,5 RBX CD / Seite 7

8 Winkelsensoren - Bausätze RXK 24 Lieferform: Bestückte Platine mit ASIC und integriertem Hall-Element und Ausgangsschaltung, getrennter Permanentmagnet oder nabe (lose) Modell RBK 24-PS: Absolut, parallel 9 Bit, Binär Modell RBK 24-ES: Absolut, seriell 9 Bit, Binär/SSI Modell RIK 24-TS: Inkremental, 128 Impulse je Umdrehung Alle Modelle liefern zusätzlich ein analoges Sinus-cosinus-Signal / 360 <) Aufbau und Funktion Die Bausätze sind vorgesehen zum Einbau in Geräte, Aktoren und Baugruppen und für Bereiche, bei denen keine Anforderungen an die Schutzart gestellen werden bzw. wo minimale Abmessungen des Gesamtsystems relevant sind. Allgemeine technische Daten und Umgebungsdaten entsprechend den Angaben Seiten 1 und 2, soweit zutreffend. je nach Modell Modell RBK 24-PS: wie RBX 22 / Seite 3 Modell RBK 24-ES: wie RBX 22 / Seite 4 Modell RIK 24-TS: wie RIX 22 / Seite 5 Sinus-cosinus: wie RSX 22 / Seite 3 Bestellbezeichnung RXK 24 - ES 01 Maße in mm Die Platine enthält max. 2x8 Lötbohrungen (parallel) im Raster 2,54 mm zum kundenseitigen Anbau von Stift- oder Buchsenleisten, z.b. AMP Modu II, mehrpolig, Rastermaß: 2,54 mm ( 100 inch). Für Schrauben M ø RM 44 gehört zum Lieferumfang Abstand zwischen und Sensorchip. Zulässige Koaxialitätsabweichung ±0.1. ø15 ø10 nabe RBM-06 getrennt zu bestellen. Auch für Wellen ø 4, 8 und 10 mm lieferbar. Lötanschlüsse RBK24 PS: 2x8 / RBK24 ES: 2x4 / RIK24 TS: 2x5 3 4 ø4 2 ±0.1 6 M3 x 4 E8 ø6 ES = SSI + sin-cos PS = parallel + sin-cos TS = inkremental + sin-cos Modell RBK 24: Absolut Modell RIK 24: Inkremental Die Grundausführungen laut Datenblatt tragen die Nummer 01. In der Grundausführung wird der RM 44 geliefert. RBK24-PS RIK24-TS RBK24-ES Sicht auf Bauelemente-Seite A B A B A PS (2x8) TS (2x5) ES (2x4) D7 D8 D5 D6 sin cos D3 D4 Null Null sin cos sin cos A A DATA DATA D1 D2 B B CLK CLK TSC D0 +5 VDC GND +5 VDC GND LE - +5 VDC GND TSC: Tri State Control (active high 2,8 V) B A B Hinweis: Dieses Datenblatt ersetzt folgende früher erschienenen Datenblätter: 10937, 11177, 11218, TWK-ELEKTRONIK GmbH PB D Düsseldorf Tel.: +49/211/ Fax: +49/211/ RBX CD / Seite 8

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