5 Winkelmessung

Die Wahl des Mikrocontrollers (Absch. 5.1) ermöglicht die Langzeitspeicherung von Werten auch bei ausgeschalteter Anlage (EEPROM-Speicher). Dadurch ist eine Winkelmessung mit einem Inkrementalgeber möglich, da durch die Speicherung der ,,letzten Position'' immer der Bezug zu einem vordefinierten bzw. programmierbaren Bezugswinkel herstellbar ist. Zu berücksichtigen ist aber, dass in allen geplanten Betriebsarten (Automatikbetrieb, Handbetrieb, ...) zuverlässig alle Schritte mitgezählt werden und die Endlage der Drehbewegung im Permanentspeicher abgelegt wird.

Man entschied sich für eine einfache Gabellichtschranke mit optischer Taktscheibe der Firma Sharp (Abb. 5.3).

Figure 5.3: Lichtschranken/Drehwinkelgeber (Quelle: Conrad Electronic)

• Dieses Modul enthält 2 versetzte Photosensoren, wodurch es grundsätzlich auch möglich wäre, Geschwindigkeiten und Drehrichtungen zu ermitteln und zusätzlich die Signalauflösung zu erhöhen.
• Den Sensoren ist eine Kontroll-Logik nachgeschaltet, die zu einer Verbesserung der Signalqualität führt.
• Das Modul wird mit einer Taktscheibe für 120 Takte pro Umdrehung ausgeliefert.

Die technischen Daten des Drehwinkelgebers sind aus Tab. A.5 ersichtlich.

In Abbildung 2.2 ist zu sehen, dass das Winkelmesssystem (Pos. 15) die einzige direkt in die Mechanik integrierte Komponente darstellt. Die Koppelung des Elektromotors an die Drehvorrichtung geschieht über die Abtriebswelle des Motorgetriebes. Diese treibt über zwei Zahnräder direkt die Filterhalterung der Drehvorrichtung an.

Die beiden Zahnräder weisen eine Zähnezahl von 11 Zähnen (Ritzel) und 66 Zähnen (Abtrieb) auf.

Daraus ergibt sich eine Antriebsübersetzung von:

$$N=\frac{z1}{z2}=\frac{11}{66}=\frac{1}{6}\approx0.166$$

Die Taktscheibe ist direkt auf der Abtriebswelle des Motorgetriebes montiert und führt somit 6 Umdrehungen während einer Filterumdrehung aus. Bei 120 Takten pro Getriebewellenumdrehung errechnet sich die effektive Messauflösung in Winkelgrad über die Formel:

$$\frac{1}{120}\cdot N=\frac{1}{120}\cdot\frac{1}{6}\hat{=}\frac{1}{720}\cdot360°=0.5°$$

Auf die Filteroberfläche umgerechnet ergibt dies nach Abb. 5.4 bei einem Filterkorb-Durchmesser von $d=120mm$ eine definierte Wegstrecke auf der Filteroberfläche und somit die Messgenauigkeit bezogen auf den Messtakt.

Figure 5.4: Winkel-Messgenauigkeit

$$L=\frac{1}{720}\cdot d\cdot\pi=\frac{120mm\cdot\pi}{720}\approx0.524mm$$

Damit ist die geforderte Messgenauigkeit von $1mm$ aus Absch. 4.4 erfüllt.

Hinweis:
Diese Komponente ist als einziger elektronischer Bauteil in die Anlage integriert und erfordert umfangreiche Montagearbeiten bei Änderungen, Reparaturen, ... (Abb. 5.5).

Figure 5.5: Antriebsmotor und Drehwinkelmessmodul