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die Nachrichten von TWK-ELEKTRONIK GmbH

Hoch hinaus: Der Vier-Millionen-Schritte-Drehgeber

09. juin 2022

Absolute Drehgeber
Manchmal muss es eben mehr sein. In diesem Fall hat das neu entwickelte Drehgeber-Modell ABN der TWK eine Auflösung, die den Vollkreis von 360° in über 4 Millionen Schritte unterteilt. Um genau zu sein in 4.194.304 Schritte – das ist eine Auflösung von 22 Bit. Eine hohe Genauigkeit ist ebenso wichtig. Diese kann sich mit besser als ±10 arcsec sehen lassen. Das sind weniger als ±0,003°. Präzise Messungen von Positionen und Geschwindigkeiten bis 10.000 U/min sind damit möglich. Ab September 2022 ist der ABN erhältlich.

Erreicht werden diese Werte durch die Abtastung einer hochpräzisen optischen Codescheibe. Ausgestattet mit der Schnittstelle CANopen bzw. CANopen Safety kann der als funktional sicher konstruierte Drehgeber auch für sicherheitsrelevante Applikationen eingesetzt werden. Die Anforderungen für den SIL2 Level nach IEC 61508 werden erfüllt. Interne Überwachungsfunktionen stellen sicher, dass im Fehlerfall ein sicherer Zustand eingenommen wird und eine Fehlermeldung an die Steuerung erfolgt. Der Messbereich des Singleturn-Drehgebers ABN beträgt 1 Umdrehung. Das Multiturn-Pendant ARN ist in Planung, wobei bis zu 24 Bit Umdrehungen sicher erfasst werden. Das ist ein Messbereich von fast 17 Millionen Umdrehungen. Aufgrund des Abtastprinzips mit Codescheibe sind Ausführungen mit durchgehender Hohlwelle möglich.

Mechanisch sind auch beim Modell ABN/ARN vielseitige Eigenschaften erhältlich: Unterschiedliche Gehäusematerialien – von seewasserfestem Aluminium bis lebensmittelverträglichem Edelstahl. Eine Reihe unterschiedlicher Flansch- und Wellenausführungen sowie M12-Stecker oder Kabelanschluss gehören ins Programm. Mit der Wellenausführung für die Anbindung des spielfreien TWK Messzahnrades ZRS lassen sich kleinste Bewegungen eines Innen- oder Außenzahnkranzes sicher erkennen und an die Steuerung übermitteln. Eine Spezialsoftware für Drehkranzanwendungen, die das Positionssignal direkt auf den Drehkranz kalibriert, sorgt dafür, dass das Positionssignal bei einer vollen Umdrehung des Drehkranzes einen Nullübergang hat, so dass man immer weiß, in welche Richtung beispielsweise der Ausleger eines Mobilkrans zeigt. Das Positionssignal geht von 0 bis 360° bei parametrierbarer Übersetzung und Auflösung. Dieser Ausgabecode arbeitet auch dann sicher weiter, wenn der Messbereich des Drehgebers durchlaufen wurde und weitergedreht wird.

Damit reiht sich der Drehgeber ABN in das Portfolio der Safety-Sensoren ein, das viele unterschiedliche Sensortypen und Schnittstellen beinhaltet. Von Neigungs- und Vibrationssensoren bis Nockenschaltwerke, bei denen Safety-Schaltkontakte in einem Drehgeber integriert sind, die in eine Sicherheitskette geschaltet werden können und diese sicher unterbrechen, wenn Positions- oder Geschwindigkeitslimits überschritten werden. Insbesondere die Drehgeber gibt es von klein und platzsparend bis Heavy-Duty, mit Schutzarten bis IP69K und auch als vollredundante Ausführungen, die zwei autarke Messsysteme beinhalten, die sich zusätzlich intern überwachen.
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Safety und noch mehr Safety: CANopen Safety - SIL3

24. mai 2022

Absolute Drehgeber
Die TWK geht den nächsten Schritt in Richtung ‚Sicherheit in der Sensorik‘ und stellt in der Reihe der funktional sicheren Sensoren mit dem etablierten Schnittstellenstandard CANopen Safety (EN 50325-5) das neue Sensormodell TxSN mit magnetischem Sensorsystem vor. Dieses Modell umfasst den Multiturn-Drehgeber TRSN und seinen kleinen Singleturn-Bruder TBSN. Es wird den SIL3 Level nach EN ISO 61508 erfüllen und entsprechend zertifiziert und ist nach ISO 26262 auch ASIL-D konform.
Für einige Applikationen reicht der Safety-Level SIL2/PLd nicht aus. Beispielsweise bei autonom fahrenden Fahrzeugen, den sogenannten AGVs (Automated Guided Vehicles), die sich selbstständig und rechnergesteuert im öffentlichen Raum bewegen. Da hier die Sicherheitsanforderungen besonders hoch sind – es kann bei inkorrekter Funktion hoher Personen- und Sachschaden entstehen – kommt für die verwendete Technik ein hoher Safety-Level zum Tragen. Die Fahrzeuge müssen mit SIL3 Komponenten ausgestattet sein, mitunter an den Rädern, um Lenkeinschlag und Geschwindigkeit zu erfassen. Zu nennen wären auch ferngesteuerte Fahrzeuge, die ohne anwesenden Fahrer bewegt werden. Sie werden von einem Arbeitsplatz aus ferngelenkt. Der Operateur kann mit seinem mit Monitoren, Pedalen und Lenkrad ausgestatteten Platz ein mit Kameras und Remote-Technik ausgestattetes Fahrzeug zum gewünschten Zielort fernlenken. Und natürlich auch wieder zurück. Für die Übertragung zum Fahrzeug ist schnelles Internet gemäß 5G Standard vorgesehen.
Für die Bedienelemente des Fernlenkplatzes bietet die TWK SIL3-Drehgeber für die Erfassung der wichtigen Steuerbefehle an. Ende 2022 werden die ersten Geräte des Modells TxSN ausgeliefert. Der vollredundante Aufbau und erweiterte Diagnose- und Watchdogfunktionen stellen die SIL3 Fähigkeit sicher. Zusätzlich sind ausgiebige Testverfahren für Hard- und Firmware während der Konstruktionsphase und später für jedes auszuliefernde Gerät in der Fertigung Voraussetzung für die Zertifizierung nach IEC 61508 mit Level SIL3 und die ASIL-D Konformität nach ISO 26262. Jeder Drehgeber gibt dann über das SIL3-fähige Bussystem und das CANopen Safety Protokoll den zweifach erfassten, auf Plausibilität überprüften und in getrennten Microcontrollern verarbeiteten Positionswert aus. Normal und bitinvertiert. In der Safety-Steuerung findet dann die übliche Safetyprüfung statt, ob beide Werte innerhalb eines Zeitfensters eintreffen und ob sie – bis auf die Invertierung – identisch sind. Ist das nicht der Fall, wird ein Alarm ausgelöst und das Fahrzeug wird angehalten.
Für dieses Modell, wie auch für die schon etablierten SIL2 / PLd Modelle, sind einige Features für weitere Applikationen vorgesehen, die die Konstruktion der Kundenapplikation erleichtern. Beispielsweise ist ein weites Spektrum an robusten Gehäusen lieferbar: seewasserfestes Aluminium als Standard, verschiedene Edelstähle – auch lebensmitteltaugliche, magnetisch abschirmender Edelstahl für Applikationen mit starken Magnetfeldern oder Sondergehäuse für Ausführungen für den Explosionsschutz nach ATEX Zone 1 und 21. Die kompakteste Version ist die mit einem Gehäusedurchmesser von nur 42 mm.
Weitere Eigenschaften des TxSN: Positionsauflösungen bis 16 Bit, parametrierbare Torzeit für die Geschwindigkeitsmessung, Drehzahlen bis 10.000 U/min und viele Flansch- und Wellenformen. Schutzarten bis IP69K sind möglich sowie eine Wellenbelastbarkeit bis 250 N axial und radial. Der elektrische Anschluss ist über M12 Stecker oder Kabel realisiert.

Weitere Informationen finden Sie unter: www.twk.de
Safety und noch mehr Safety: CANopen Safety - SIL3
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Elektronisches Nockenschaltwerk NOCE79/S3: PLd zertifiziert

11. avril 2022

Andere Sensoren
Seit Jahrzehnten ist TWK im Bereich der Windindustrie ein innovativer und verlässlicher Partner ihrer Kunden. Innovative Produkte hat TWK seitdem auf den Markt gebracht, die auf die Anforderungen der Branche passgenau zugeschnitten sind. Zu den Vibrations- und Rotornabensensoren gesellen sich die elektronischen Nockenschaltwerke, die ohne Umkehrspiel auch kleine Drehbewegungen erfassen. In diesem Fall haben wir das NOCE mit SSI Schnittstelle weiterentwickelt und die PLd Variante in der kompakten 79er Bauform herausgebracht. Wobei nicht die SSI Schnittstelle an sich aber die eingebauten Safety-Schaltkontakte und somit die komplette Sensorik und Signalverarbeitung zertifiziert sind. Die Schaltkontakte werden aus zwangsgeführten Relais mit Kontrollkontakt und einem zusätzlich in Reihe geschalteten Standard-Relais gebildet. Damit ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Kontakt im Gefahrenfall nicht öffnet, nahezu ausgeschlossen. Er kann in einer Sicherheitskette, in der diverse Sicherheitskomponenten integriert sind, implementiert werden, um im Gefahrenfall die Applikation in den sicheren Zustand zu bringen. Zahlreiche interne Überwachungsfunktionen sorgen dafür, dass das NOCE im Fehlerfall alle Kontakte öffnet und damit auch der sichere Zustand vorliegt.
Ein typischer Anwendungsfall ist die Azimut-Einstellung der Gondel von Windkraftanlagen. Bei sich ändernder Windrichtung wird die Gondel dementsprechend ausgerichtet, damit der Rotor immer genau im Wind steht. Im ungünstigen Fall kann es sein, dass der Wind so dreht, dass die Gondel immer in eine Richtung nachgestellt wird. Damit die Energie-Kabel im Mast durch Verdrillung nicht abreißen, muss nach ca. 2,5 Umdrehungen die Anlage gestoppt und zurück auf „Mitte“ gestellt werden. Diese Sicherheitsaufgabe übernehmen die elektronischen Nockenschaltwerke von TWK.
Der NOCE ist insgesamt mit vier galvanisch getrennten Schaltkontakten ausgestattet: zwei Safety-Schaltkontakte, wie oben beschrieben und zwei normale, die mit Standardrelais hoher Lebensdauer bestückt sind. Die Schaltpunkte können mit Teach-In Pins im Stecker eingestellt werden. Ebenso Preset und Coderichtung des SSI Signals. Die Teach-In Prozedur ist so gestaltet, dass versehentliche Änderungen ausgeschlossen und somit die Safety-Kriterien erfüllt sind. Das robuste Gerät aus Aluminium oder Edelstahl mit Schutzart IP67 und hoher EMV-Festigkeit wird in jeglicher Hinsicht den geforderten Sicherheitsansprüchen gerecht. Verschiedene Flansch- und Wellenausführungen und auch die Schnittstellen IO-Link und CANopen safety sind möglich. Ebenso eine Auflösung des Positionssignals bis 16 Bit. Ein zusätzliches UL® Zertifikat ist in Kürze verfügbar.
Elektronisches Nockenschaltwerk NOCE79/S3: PLd zertifiziert
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Neuer EtherCAT Drehgeber: Fail-Safe und explosionsgeschützt

18. février 2022

Absolute Drehgeber
Er folgt auf den PROFIsafe Drehgeber TRT78/S3 als ein weiterer SIL2/PLd-Vertreter, der auch die strengen Anforderungen an den Explosionsschutz gemäß ATEX Richtlinie 2014/34/EU mit den Zonen 1 (Gas) und 21 (Staub) erfüllt. Das robuste Gehäuse aus Aluminium oder Edelstahl mit Kabelanschluss ist druckfest gekapselt (Ex d), d.h. das Gehäuse hält dem Explosionsdruck von internen Komponenten, die eine Zündung auslösen könnten, stand. Eine Übertragung nach außen wird verhindert, so dass explosive Gase oder Dämpfe in der Umgebung nicht entzündet werden. Zudem ist das Gehäuse gegen das Eindringen von Staub sicher abgedichtet (Ex t) und die Oberflächentemperatur übersteigt nicht 100 °C (T5). Die Geräte der Bauform 78 entsprechen somit der ATEX Gruppe II, Kat. 2G (Gas) mit Explosionsgruppe IIC sowie Kat. 2D (Staub) mit Explosionsgruppe IIIC. Die Zertifizierung entspricht den geltenden Normen von ATEX, IECEx, North Amerika und EAC-Ex. Selbstverständlich mit SIL2/PLd Zertifikat.
Der Drehgeber mit redundanter magnetischer Positionserfassung und EtherCAT-FSoE Protokoll nach ETG.5100 Version 1.2.0 bietet alle EtherCAT Write/Read-Services und folgende Features:
Complex slave mit CANopen over EtherCAT (CoE),
Fieldbus Memory Management Unit (FMMU) und
Firmware-Update über EtherCAT (FoE).
Seine Auflösung beträgt bis 65.536 Schritte / 360° (16 Bit) bei einem Messbereich von 4096 Umdrehungen. Neben der Position kann auch die Drehgeschwindigkeit der Welle präzise erfasst und ausgelesen werden. Unterschiedliche Flansch- und Wellenausführungen sowie die abnehmbare Anschlusshaube erlauben eine leichte Integration des TRK78 in die Applikation.
Die Einsatzgebiete für diese Art Sensoren erweitern sich von Jahr zu Jahr, da einerseits die Anforderungen an den Personen- und Sachwerteschutz steigen und andererseits die Eigenschaften von zunehmend automatisierten Produktionsanlagen und deren Umgebung eine erhöhte Sicherheit im Sinne von Funktionaler Sicherheit und Explosionsschutz erfordern: Steigende Produktionskapazitäten mit erhöhter Anlagen-Effizienz in größer werdenden Produktionsumgebungen mit unvermeidbarer Gas- und Staubexposition. So werden unter anderem von der chemischen Industrie, der Textilindustrie oder der holzverarbeitenden Industrie zunehmend sicherheitsgerichtete Komponenten mit zusätzlichem ATEX Zertifikat verlangt. Die TWK als Spezialist für sichere Sensoren kommt diesem Bedarf gerne nach und erweitert das Portfolio jedes Jahr um einige neue Sensoren, die diesen Anforderungen gerecht werden.
Weitere Informationen finden Sie auf unserer Website twk.de.
Neuer EtherCAT Drehgeber: Fail-Safe und explosionsgeschützt
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Rotornabensensor NBT-D/S3 mit SIL2/PLd Zertifikat

09. décembre 2021

Drehmomentsensoren
Möglich wird die beliebige Montage durch den Einsatz von MEMS-Sensoren. Der Rotornabensensor beinhaltet einen Gyroskopsensor hoher Präzision, der die anliegende Drehzahl (Winkelgeschwindigkeit) misst. Ein zusätzlich verbauter Accelerometer dient zur Validierung des Drehzahlsignals und gibt den aktuell vorliegenden Winkel auf der 360° Skala als Rotorposition aus.
Die Schnittstelle des Sensors ist PROFIsafe über PROFINET, zusätzlich ausgestattet mit dem PROFINET-Standard Modul. Entwickelt wurde dieses Gerät als funktional sichere Safety-Version nach ISO 13849 und IEC 61508 mit Performance Level d und Safety Integrated Level 2 bei einer Gebrauchsdauer von 25 Jahren. Nun liegt auch das Zertifikat seitens der TÜV-Zertifizierungsstelle vor. Der Anwender kann sicher sein, einen sicheren Sensor zu verbauen, der zuverlässige Daten liefert. Und zwar im doppelten Sinn: messtechnisch und funktional sicher.
Die beliebige Montage im Rotor einer Windkraftanlage oder in einer ähnlichen Applikation - ohne eine erforderliche Wellenanbindung - vereinfacht den Einsatz für den Anwender erheblich. Es erforderte bei der Entwicklung eine neue Herangehensweise an die Messwertverarbeitung. Die Implementierung eines Kalman-Filters für die Verknüpfung der Messwerte des Gyroskops und des Accelerometers sowie neu entwickelte Algorithmen und Korrekturfilter haben schließlich ein sehr gutes Ergebnis gebracht: Ein schnell reagierendes und störungstolerantes Drehzahlsignal hoher Genauigkeit. Bislang einzigartig auf dem Markt. Die typischen in einer Windkraftanlage auftretenden Längs- und Querschwingungen sowie Gondelvibrationen wirken sich nur wenig auf die Güte des Signals aus. Viele Tests im Labor und im Feld wurden erfolgreich bestanden, auch bei leichtem Verkippen aus der Drehebene. Das Maß der Dinge waren hier die hohen Anforderungen unserer Kunden. Erste Serieneinsätze sind bereits erfolgt.
Der robuste und witterungsresistente Sensor trägt somit zu einem sicheren Betrieb einer Windkraftanlage bei, um beispielsweise Schäden durch Überdrehzahl des Rotors zu vermeiden. Er bietet mit seinem stabilen Aluminiumgehäuse die Schutzklasse IP67. Der Anschluss erfolgt über M12-Stecker.
Weitergehende Informationen finden Sie auf unserer Homepage www.twk.de.
Rotornabensensor NBT-D/S3 mit SIL2/PLd Zertifikat
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