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Drehzahl- und Lagegeber

 

Magnetische Geber

Magnetische Geber bestehen aus einem Abtastkopf und einem Informationsträger. Der Abtastkopf enthält Sensorelemente, die die Stärke des magnetischen Feldes an der Oberfläche des Informationsträgers erfassen und in elektrische Signale umsetzen. Der Informationsträger besteht entweder aus einer Anreihung von Permanentmagneten mit abwechselnd gegensinniger Magnetisierung oder aus einem metallischen Element mit zyklisch veränderlicher Permeabilität.

 

Geber mit wechselnder Magnetisierung

Bei diesen Gebern misst der Sensor unmittelbar die Stärke des magnetischen Feldes, das von den Permanentmagneten des Informationsträgers erzeugt wird. Zumeist besteht der Informationsträger aus einem ferritischen Material, das entsprechend magnetisiert wurde. Die Bereiche unterschiedlicher Magnetisierung können nicht beliebig schmal gemacht werden, so dass die erreichbare Auflösung begrenzt ist.

 

Geber mit veränderlicher Permeabilität

Geber mit veränderlicher Permeabilität weisen eine Oberfläche mit zyklischen Erhebungen und Vertiefungen auf. Damit ergibt sich ein zyklisch veränderlicher Luftspalt und damit ein zyklisch schwankender magnetischer Widerstand (Permeabilität). Wird der Informationsträger einem Magnetfeld ausgesetzt, das zum Beispiel im Abtastkopf erzeugt wurde, entsteht eine typische Verteilung der magnetischen Feldstärke über der Oberfläche des Informationsträgers. Bereiche größerer Feldstärke wechseln sich mit Bereichen geringerer Feldstärke ab. Diese Verteilung wird vom Sensor erfasst.

Informationsträger mit veränderlicher Permeabilität können in unterschiedlicher Präzision hergestellt werden. Einfachste Anwendungen verwenden Zahnräder als Informationsträger, anspruchsvolle Anwendungen Stahlbänder mit eingeätzter Oberflächenstruktur.

 

Inkrementalspur

Der Informationsträger weist einen Bereich zyklisch wechselnder Magnetisierung oder Permeabilität auf. Dieser Bereich wird als Inkrementalspur bezeichnet. Findet zwischen Informationsträger und Sensor eine Relativbewegung statt, generiert der Sensor, der die Inkrementalspur abtastet, ein sinusförmiges Signal. Jede Signalperiode entspricht einer Relativbewegung von einer magnetischen Teilung und wird als Inkrement bezeichnet.

Ein einzelnes sinusförmiges Signal reicht zur eindeutigen Lagebestimmung noch nicht aus. Deshalb werden im praktischen Einsatz zwei Sensoren verwendet. Sie sind um eine halbe magnetische Teilung (90°) versetzt angeordnet. Bei einer Relativbewegung zwischen dem Informationsträger und dem Abtastkopf, der beide Sensoren enthält, entstehen zwei Signale, ein Sinus- und ein Cosinussignal. Die gleichzeitige Auswertung beider Signale gestattet die eindeutige Lagebestimmung.

 

Nullspur

Die inkrementellen Lageinformationen sind relativ. Mit ihrer Hilfe kann eine Lageänderung leicht erfasst werden. In praktischen Anwendungen sind jedoch absolute Lageinformationen bezogen auf einen Referenzpunkt erforderlich. Für diesen Zweck verfügen magnetische Geber auf ihrem Informationsträger neben der Inkrementalspur zusätzlich über eine Nullspur. Diese weist nur einen einzigen schmalen Bereich mit einer veränderlichen Feldstärke oder Permeabilität auf (z. B. ein Zahnrad mit nur einem Zahn).

Im gesamten absoluten Verfahrbereich des Gebers (bei rotatorischen Gebern innerhalb einer Umdrehung) wird der zugehörige Sensor für die Nullspur nur in einer ganz bestimmten Relativposition von Informationsträger und Abtastkopf, der den Sensor enthält, mit einem veränderlichen Magnetfeld beaufschlagt und gibt ein entsprechendes Ausgangssignal, den Nullimpuls ab.