MiniCODER GEL 2449 Parametrierbarer Drehzahl- und Positionssensor mit Drehzahlhistogramm

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1 MiniCODER GE 2449 Parametrierbarer Drehzahl- und Positionssensor mit Drehzahlhistogramm Technische Information Stand Allgemeines Das Messsystem besteht aus einem MiniCODER und einem Präzisionsmesszahnrad zum Anbau an Wellen Präzisionsmesszahnräder sind gesondert zu bestellen Der MiniCODER tastet das Präzisionsmesszahnrad mit magnetoresistiven Sensoren berührungslos ab und erfasst Drehrichtung, Drehzahl und Position Der parametrierbare MiniCODER zeichnet Minimaltemperatur, Maximaltemperatur und Drehzahlhistogramm auf und kann mit dem Test- und Programmiergerät automatisch abgeglichen werden Zertifikat Safety integrated Eigenschaften Ausgangssignal 1 V SS Differenzsignal (sin/cos) Digitaler Referenzimpuls Frequenzbereich von khz (1) Temperaturbereich -30 C +120 C Schutzart IP 68 MiniCODER mit axialem Kabelabgang Vorteile Wartungs- und verschleißfrei Geringe Temperaturdrift und hohe Signalgüte Höchste Störsicherheit durch komplett geschirmtes Metallgehäuse Resistent gegen typische Öle Schnelle Inbetriebnahme des parametrierbaren MiniCODERs im montierten Zustand ohne Öffnen der Spindel mit dem Test- und Programmiergerät Hohe Flexibilität in der Konstruktion durch kundenspezifische Fertigung von Präzisionsmesszahnrädern Einsatzgebiet Positions- und Drehzahlmessung im Werkzeugmaschinenbau (1) bei einer eitungskapazität von 5 nf DS Technische Änderungen und Druckfehler vorbehalten. Internet: info@lenord.de Telefon: Telefax: enord, Bauer & Co. GmbH Dohlenstraße Oberhausen, Deutschland

2 Beschreibung Aufbau Die MiniCODER sind vorgesehen für die berührungslose Messung von Rotations- oder ängsbewegungen vorwiegend in Maschinen, Getrieben, Motoren oder Hochgeschwindigkeitsspindeln. Sie sind mit modernster Mikrosystemtechnik gefertigt und vollvergossen, so sind sie besonders unempfindlich gegenüber Schocks und Vibrationen. Messsystem Das Messsystem besteht aus einem MiniCODER und einem Präzisionsmesszahnrad. Dabei kommt das System ohne eigene agerung aus, denn das Präzisionsmesszahnrad wird direkt auf die Welle montiert. Das Messsystem arbeitet berührungslos und ist wartungsund verschleißfrei. Es erfasst die Drehrichtung, Drehzahl und Position einer rotierenden Welle. Das Präzisionsmesszahnrad besteht aus ferromagnetischem Material und ist gesondert zu bestellen. Der MiniCODER besitzt ein Magnetfeld, das durch das rotierende Präzisionsmesszahnrad verändert wird. Die Sensorik erfasst die Magnetfeld-Änderung und die integrierte Elektronik setzt diese in entsprechende Ausgangssignale um. Eine externe Elektronik kann die Ausgangssignale einlesen und die Drehrichtung, Drehzahl und Position der Welle ermitteln. Für die berührungslose Messung ist ein definierter uftspalt zwischen Präzisionsmesszahnrad und MiniCODER erforderlich. Zur Erleichterung der Montage wird dem MiniCODER eine entsprechende Abstandslehre beigelegt. Referenzmarke Der MiniCODER kann die Position einer Welle durch Erfassung einer Referenzmarke bestimmen. Die Ausgabe erfolgt als digitaler differentieller Impuls (Spur N). Der MiniCODER wertet folgende Referenzmarken aus: Zahn (Z), Fanuc (F). Modul MiniCODER mit Referenzmarke F können direkt an eine Fanuc-Steuerung angeschlossen werden. Wählbare Module: 1,0 und 0,4. Der MiniCODER muss passend zur Ausführung der Referenzmarke und passend zum Modul des Messzahnrads bestellt werden. Signalmuster K Ausgangssignale sind zwei um 90 phasenversetzte Sinussignale zur Richtungserkennung (Spuren 1 und 2) und deren inverse Signale. N* Referenzimpuls (Spur N) Kabelausgang MiniCODER Der MiniCODER ist mit folgendem Kabelausgang lieferbar: tangential links Sonderausstattung Parametrierbar (P) Parametrieren des MiniCODERs über den Anschlussstecker Einstellung der sin/cos-amplituden ohne mechanische Nachjustage des uftspaltes Eliminierung von Offset- und Amplitudenfehler zum Ausgleich von Anbautoleranzen Festlegung von 7 Drehzahlbereichen zur Aktivierung des Drehzahlhistogramms im MiniCODER Eingabe einer Spindelseriennummer (Zuordnung des Antriebes) Darüber hinaus werden verschiedene Daten im MiniCODER abgespeichert und sind mit dem GE 211 auslesbar: Drehzahlhistogramm zur Analyse der Einsatzbedingungen des Antriebs Anzahl der Hochläufe Min. / max. Temperatur des MiniCODERs Artikelnummer und Seriennummer des MiniCODERs Gesamtbetriebszeit und Zeit seit der letzten Konfiguration Der MiniCODER kann mit dem Test- und Programmiergerät GE 211 justiert, analysiert und konfiguriert werden N N 2 DS / ( )

3 Technische Daten GE GE Messzahnrad Modul (1) 1,0 0,4 Breite der Messspur 8,6 mm Material ferromagnetischer Stahl Referenzmarke Zahn (Z), Fanuc (F) Geometrische Daten Zulässiger uftspalt 0,50 mm ± 0,02 mm 0,20 mm ± 0,01 mm Elektrische Daten Versorgungsspannung U B 5 V DC ± 5%, verpolungsgeschützt, überspannungsgeschützt Stromaufnahme (ohne ast) 50 ma Ausgangspegel 1 V SS Differenzsignal Ausgangssignal zwei um 90 versetzte Sinussignale und deren inverse Signale, kurzschlussfest; digitaler Referenzimpuls Ausgangsfrequenz khz (2) eistungsaufnahme ohne ast 0,3 W Elektromagnetische Verträglichkeit Störaussendung Störfestigkeit DIN EN : ; DIN EN : DIN EN : ; DIN EN : Isolationsfestigkeit 500 V AC; gemäß DIN EN : Mechanische Daten Masse 100 g Gehäusematerial Zink-Druckguss Arbeitstemperaturbereich 0 C +70 C Betriebs und agertemperaturbereich -30 C +120 C Schutzart IP 68 Vibrationsfestigkeit 200 m/s 2 (EN : ) Schockfestigkeit 2000 m/s 2 (EN : ) MTTF FIT Elektrischer Anschluss h bei 55 C h -1 bei 55 C Aderzahl x Aderquerschnitt 9 x 0,15 mm 2 Max. zulässige Kabellänge 100 m (3) Kabeldurchmesser 5 mm Min. Biegeradius 25 mm (1) weitere Module auf Anfrage (2) bei einer eitungskapazität von 5 nf (3) Spannungsabfall auf der Versorgungsleitung beachten DS / ( ) 3

4 Anschluss Kabelausgang MiniCODER Kabelausführung Anschlussausführung = Kabellänge Kabelausgang MiniCODER Kabelausgang MiniCODER (tangential links) Kabelausführungen für Temperaturfühler Kabelausführung (ohne Temperaturfühler-Kabel) M (2-adriges Temperaturfühler-Kabel, 2 m lang) Kabeldaten TEFON Kabel 2 0,14 mm 2 Außendurchmesser: 2,8 mm (± 0,1) Min. Biegeradius: 20 mm N (4-adriges Temperaturfühler-Kabel, 2 m lang) Kabeldaten ETFE Kabel 4 0,14 mm 2 Außendurchmesser: 3,5 mm (± 0,2) Min. Biegeradius: 7 mm P (6-adriges Temperaturfühler-Kabel, 2 m lang) Kabeldaten ETFE Kabel 6 0,14 mm 2 Außendurchmesser: 3,5 mm (± 0,2) Min. Biegeradius: 7 mm 4 DS / ( )

5 Anschluss Anschlussausführungen Anschlussausführung J (12-poliger Stecker) 52.3 M12x1 Hinweise Nicht mit Temperaturfühler-Kabel lieferbar! ieferbare Kabellängen: 030 / 050 / 600 K (offenes Kabelende) 15 ieferbare Kabellängen: 030 / 050 / 150 / 250 / 600 M (17-polige Winkeleinbaudose) EMV-Schirmung, Zugentlastung und Abdichtung, IP 67 (gesteckt) 56 M23x1 42 N (17-polige Einbaudose) M23x1 EMV-Schirmung, Zugentlastung und Abdichtung, IP 67 (gesteckt) 36 U (12-polige Einbaudose) M23x1 Nicht mit Temperaturfühler-Kabel lieferbar! 57 Z (10-poliger Stecker) 19.5 Nicht mit Temperaturfühler-Kabel lieferbar! ieferbare Kabellängen: 120 / 200 / DS / ( ) 5

6 Anschluss Anschlussbelegungen Anschlussausführung J 12-poliger Stecker Pin Signal / Funktion 1 U 1+ Signal Spur 1 2 U 1 inverses Signal Spur 1 3 U N+ Signal Referenzspur N 4 0 V GND U B + 5 V Versorgungsspannung 6 U 2+ Signal Spur 2 7 U 2 inverses Signal Spur 2 8 U N inverses Signal Referenzspur N 9 nicht belegt 10 U Sense 5 V Sense 11 nicht belegt 12 nicht belegt Bei langen Spannungsversorgungsleitungen muss eine externe Sense-Regelung erfolgen! Anschlussausführung K offenes Kabelende Aderfarbe Signal / Funktion weiß U 1+ Signal Spur 1 braun U 1 inverses Signal Spur 1 grau U N+ Signal Referenzspur N blau 0 V GND rot U B + 5 V Versorgungsspannung rosa U 2+ Signal Spur 2 schwarz U 2 inverses Signal Spur 2 gelb U N inverses Signal Referenzspur N grün U Sense 5 V Sense 6 DS / ( )

7 Anschluss Anschlussausführung M und N 17-polige Einbaudose Pin Signal / Funktion 1 U 1+ Signal Spur 1 2 U 1 inverses Signal Spur 1 3 U N+ Signal Referenzspur N 4 6 nicht belegt 7 0 V GND 8 nicht belegt 9 nicht belegt 10 U B + 5 V Versorgungsspannung 11 U 2+ Signal Spur 2 12 U 2 inverses Signal Spur 2 13 U N inverses Signal Referenzspur N 14 nicht belegt 15 0 V GND (Brücke Pin 7) 16 U Sense 5 V Sense 17 nicht belegt Anschlussausführung M und N: Zusätzliche Belegungen bei Anschluss eines Temperaturfühler-Kabels 17-polige Einbaudose Aderfarbe Pin Signal / Funktion 2-adriges Temperaturfühler-Kabel (Kabelausführung M) 4-adriges Temperaturfühler-Kabel (Kabelausführung N) braun 8 Temp + blau 9 Temp braun 8 Temp1 + weiß 9 Temp1 grün 4 Temp2 + rosa 14 Temp2 6-adriges Temperaturfühler-Kabel (Kabelausführung P) braun 8 Temp1 + weiß 9 Temp1 grau 6 Temp2 + gelb 5 Temp2 grün 4 Temp3 + rosa 14 Temp3 DS / ( ) 7

8 Anschluss Anschlussausführung U 12-polige Einbaudose Pin Signal / Funktion 1 U 2 inverses Signal Spur 2 2 U Sense 5 V Sense 3 U N+ Signal Referenzspur N 4 U N inverses Signal Referenzspur N U 1+ Signal Spur 1 6 U 1 inverses Signal Spur 1 7 nicht belegt 8 U 2+ Signal Spur 2 9 nicht belegt 10 0 V GND 11 0 V GND (Brücke Pin 10) 12 U B + 5 V Versorgungsspannung Anschlussausführung Z 10-poliger Stecker Pin Signal / Funktion 1 U 2+ Signal Spur 2 2 U 2 inverses Signal Spur 2 3 Schirm U B + 5 V Versorgungsspannung 5 U 1+ Signal Spur 1 6 U 1 inverses Signal Spur V GND 8 U N+ Signal Referenzspur N 9 U N inverses Signal Referenzspur N 10 nicht belegt Keine Sense-Regelung möglich! 8 DS / ( )

9 Maßbild Maßbild GE 2449 Kabelausgang tangential links 23 Ø ø Alle Maße in mm Allgemeintoleranz ISO 2768-m DS / ( ) 9

10 Bohr- und Fräsbild, uftspalttabelle Bohr- und Fräsbild mit Einbauzeichnung M ø 3 H7 P 3.35 ±0.05 ø 0.05 M A B 2 x M3 ø 3 H7 23 ± B T Ref d r a T Sig A 4.7 ±0.2 3 S 90 ± d r a S uftspalt (abhängig vom Modul des Messzahnrads) Halber Außendurchmesser des Messzahnrads Mittellinie Welle / Messzahnrad M P T Ref T Sig Aufnahmevorrichtung Positionierstifte M3 Referenzspur Signalspur Alle Maße in mm Allgemeintoleranz ISO 2768-m uftspalttabelle Typ Modul uftspalt d, Einstellmaß ± Abstandstoleranz 1 1,0 0,50 mm ± 0,02 mm 4 0,4 0,20 mm ± 0,01 mm Zur Erleichterung der Montage wird dem MiniCODER eine entsprechende Abstandslehre beigelegt. 10 DS / ( )

11 Typenschlüssel Typenschlüssel GE 2449 Signalmuster K Sin/Cos-Signale 1 V SS M MHSSI (Mitsubishi High Speed Serial Interface): IN VORBEREITUNG (1) Referenzmarke F Plug and play für Fanuc-Steuerung Z Referenzzahn (Zahn auf Zahn) Sonderausstattung P Parametrierbar (mit digitalem Referenzsignal) Kabelausgang MiniCODER Tangential, Kabelabgang links Modul (2) 1 Abtastung von Messzahnrädern mit Modul M = 1,0 4 Abtastung von Messzahnrädern mit Modul M = 0,4 Anschlussausführung J 12-poliger Stecker (nur Kabellänge 030 / 050 / 600 lieferbar) K offenes Kabelende (nur Kabellänge 030 / 050 / 150 / 250 / 600 lieferbar) M 17-polige Winkeleinbaudose N 17-polige Einbaudose U 12-polige Einbaudose Z 10-poliger Stecker (nur Kabellänge 120 / 200 / 250 lieferbar) Kabellänge 030 0,3 m 050 0,5 m 120 1,2 m 150 1,5 m 200 2,0 m 250 2,5 m 600 6,0 m Kabelausführung für Temperaturfühler (2 m) ohne Kabel für Temperaturfühler M mit 2-adrigem Temperaturfühler-Kabel (nicht für Anschlussausführung J, U, Z) N mit 4-adrigem Temperaturfühler-Kabel (nicht für Anschlussausführung J, U, Z) P mit 6-adrigem Temperaturfühler-Kabel (nicht für Anschlussausführung J, U, Z) 2449 Kabelausgang MiniCODER tangential links () (1) Weitere serielle Protokolle auf Anfrage (2) Weitere Module auf Anfrage DS / ( ) 11

12 Einsatz in Sicherheitsanwendungen Wesentlichen Einfluss auf die Verfügbarkeit von Sicherheitsfunktionen hat die Fehleraufdeckung. Diese muss durch die Steuerung realisiert werden, da im Sensor keine Fehleraufdeckung integriert ist. Sicherheit des Gesamtsystems Die Beurteilung der Sicherheit des Antriebsstrangs und der Maschine kann nur durch den Maschinenhersteller unter Beachtung der relevanten Richtlinien, Normen und Sicherheitsvorschriften erfolgen. MTTF d (1) Vereinfachend geht man davon aus, dass nur 50 % der Hardwareausfälle elektronischer Komponenten gefahrbringende Ausfälle sind. Als MTTF d -Werte kann man daher typischerweise das doppelte des MTTF- Wertes (2) annehmen (Quellen: EN ISO :2008 (D); Anhang C, Abschnitt 5.2 Halbleiter ;EN :2007, Anhang B, Abschnitt Anteil sicherer Ausfälle). Dabei ist die zu erwartende Einsatztemperatur zu berücksichtigen. PFH d (3) Performance-evel oder SI-evel beziehen sich nicht auf die Zuverlässigkeit von Teilkomponenten, sondern auf die Verfügbarkeit der Sicherheitsfunktionen. In diese Berechnungen gehen auch die MTTFd - Werte der Sensoren ein. Kennwerte Einsatztemperatur [ C] FIT [10-9 h -1 ] (4) MTTF [h] (2) Safety Integrated MiniCODER mit sin/cos-signalen (Signalmuster K) sind vom IFA in Verbindung mit Siemens Sinumerik- Steuerungen nach Safety Integrated geprüft. Beurteilung des IFA (IFA Prüfbericht Nr ): Der Sensor ist dazu geeignet, zwei unabhängige Drehzahlinformationen zu liefern. Durch die Fehleraufdeckung in den Steuerungen Sinumerik muss nur ein Sensor für Sicherheitsanwendungen verwendet werden. Steuerungen anderer Hersteller Bei Steuerungen mit Sicherheitsfunktion anderer Hersteller muss wie bei der Sinumerik die Fehleraufdeckung in der Steuerung erfolgen: Durch die Überwachung der differentiellen sin/cos- Signale in der nachfolgenden Steuerung werden Fehler in der Geberfunktion erkannt. Hierzu sollten die Amplituden, die Frequenz, der Offset oder die Phase der sin/cos-signale auf Plausibilität überprüft werden. Ein mechanischer Schlupf oder ein ösen des Messzahnrades von der Welle im Betrieb oder im Stillstand sollte z.b. durch eine formschlüssige Verbindung ausgeschlossen werden. Einige Maßnahmen zur Fehleraufdeckung durch Steuerungen bei Verwendung von sinusförmigen Sensorsignalen sind in der DIN EN Tabelle 16 für elektrische eistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl aufgeführt (1) Mean time to failure "dangerous"; mittlere Betriebsdauer bis zum gefahrbringenden Ausfall (2) Mean time to failure; mittlere Betriebsdauer bis zum Ausfall (3) Propability of dangerous failure per hour; durchschnittliche Wahrscheinlichkeit bis zu einem gefährlichen Ausfall (4) Failure in time; Ausfallrate, d. h. Ausfälle je 10 9 Stunden 12 DS / ( )

13 Erläuterungen zum Messzahnrad Messzahnräder Für die Erfassung rotatorischer Bewegungen bilden MiniCODER zusammen mit Messzahnrädern eine Einheit. Die Messzahnradgröße und damit der Durchmesser hängen direkt vom Modul und der Anzahl der Zähne ab. Standard-Messzahnräder Standard-Messzahnräder sind kurzfristig ab Werk lieferbar. Spezifikationen und Ausführungen siehe Technischen Informationen ZAx / ZFx. Kundenspezifische Messzahnräder Kundenspezifische Messzahnräder werden auf Kundenwunsch individuell gefertigt. Senden Sie uns bitte eine Konstruktionszeichnung ihres Messzahnrades (möglichst als dxf-datei) an info@lenord.de. Referenzmarke Der MiniCODER kann die Referenzmarke der Form Zahn detektieren. Der erfasste Impuls kann zum Referenzieren der Position eingesetzt werden. Dies ist zum Beispiel für das automatische Wechseln eines Werkzeuges an einer Fräs- oder Schleifspindel erforderlich. Die Auswahl der Referenzmarke wird durch Größe und Drehzahl des eingesetzten Messzahnrads bestimmt, da beide Größen die auf die Referenzmarke wirkenden Kräfte beeinflussen. Referenzmarke Z Zahn auf Zahn Diese Messzahnräder sind aus einem Stück gefertigt. Modul Der Modul ist ein Verzahnungsmaß für Zahnräder und beschreibt den Zusammenhang zwischen der Anzahl der Zähne und dem Durchmesser des Zahnrades. Bei gleicher Zähnezahl gilt, je kleiner der Modul um so kleiner ist der Außendurchmesser. Der MiniCODER muss passend zur Ausführung der Referenzmarke und passend zum Modul des Messzahnrads bestellt werden. Z = Referenzmarke Zahn DS / ( ) 13

14 Zubehör Test- und Programmiergerät Test von Sensoren der Firma enord+bauer mit sin/cos- Ausgang 1 V SS, z.b. MiniCODER Übertragen der Daten über WAN an mobile Endgeräte (Tablet, PC etc.) Visualisierung der Daten im Web-Browser, unabhängig vom Betriebssystem Einsatz zum Überprüfen der Signale auf die Einhaltung von einstellbaren Toleranzgrenzen - sin/cos-signale (Amplitude, Offset, Phasenversatz) - Referenzimpuls (Amplitude, Offset, age und Breite) - Messzahnrad (Beschädigung, Rundlauf, Verzahnungsqualität) Festlegen und Speichern von unterschiedlichen Toleranzgrenzen Einsatz zum Parametrieren der MiniCODER - Automatischer Abgleich der sin/cos-signale - Konfigurieren/Auslesen des Betriebsstundenzählers (Drehzahlhistogramm) - Speichern der 7 konfigurierten Drehzahlbereiche des Betriebsstundenzählers in einem Datensatz Ablegen mehrerer Datensätze im GE 211 möglich Zubehör Artikel-Nr.: PK211BS0 GG211-JAE GG211-12PO-M23 Bezeichnung: Parametrier-Kit, bestehend aus: MiniCODER Test- und Programmiergerät GE211BS0 Sensoranschlusskabel GG211 USB-Netzteil AC/DC USB 2.0-adekabel mit Mikro-USB-Steckverbinder Koffer mit Schaumstoffeinlage Adapterkabel GE 211 für MiniCODER mit Anschlussausführung Z Adapterkabel GE 211 für MiniCODER mit Anschlussausführung U 14 DS / ( )

15 Bewertungshilfe für Referenzsignale Steuerungen von Werkzeugmaschinen können unterschiedliche Arten von Referenzsignalen an der 1-V SS -Schnittstelle auswerten. Abhängig von Hersteller und Produkt ist das Referenzsignal als digitales oder analoges Signal ausgeführt. Nachfolgend werden die Unterschiede zwischen analogem und digitalem Referenzsignal von Einbaugebern mit 1-V SS - Schnittstelle erläutert, um das Zusammenspiel von Steuerung und MiniCODER bewerten zu können. Parameter zur Bewertung von Referenzsignalen Parameter Analoges Referenzsignal Digitales Referenzsignal Nulldurchgang der steigenden Flanke Nulldurchgang der fallenden Flanke Amplitudenhöhe fest Offsetpegel Ruhespannung fest Die Parameter sind abhängig von Breite und Form der Referenzmarke Position der Referenzmarke zu den Zähnen der Signalspur Größe des uftspalts zwischen MiniCODER und Zahnrad Die Steuerung wertet die Nulldurchgänge der steigenden und fallenden Flanke des Referenzsignals aus, um Breite und age des Referenzsignals zu ermitteln. Rechteckige und sinusförmige Signalverläufe sind zulässig, wenn sich die Pegel innerhalb der spezifizierten Grenzwerte befinden. Beispielsweise gelten bei Verwendung einer Siemens Steuerung folgende Parameter: Parameter Grenzwertbereiche Nulldurchgang der steigenden Flanke -270 bis -90 Nulldurchgang der fallende Flanke +270 bis +90 Amplitudenhöhe Offsetpegel Ruhespannung 175 mv 825 mv 150 mv 600 mv DS / ( ) 15

16 Bewertungshilfe für Referenzsignale Vorteile des digitalen Referenzsignals Signalverläufe Digitales Referenzsignal Analoges Referenzsignal U [mv] U [mv] U N U 1 U N U 2 U 1 U φ φ U 1 = U 1+ - U 1- U 2 = U 2+ - U 2- U N = U N+ - U N- Für das digitale Referenzsignal gilt: Die Amplitudenhöhe des Referenzsignals ist unabhängig vom uftspalt und im Idealfall auf +500 mv eingestellt. Der Offsetpegel der Ruhespannung wird fest auf -500 mv eingestellt, um einen hohen Signalstörabstand herzustellen. Zusammenfassung Beide Signalformen entsprechen den gängigen Spezifikationen für Referenzsignale bei Verwendung einer 1-V SS -Schnittstelle. Wenn Sie Fragen haben, setzen Sie sich bitte mit unserem Service in Verbindung. Den Service finden Sie auf unserer Homepage 16 DS / ( )