Trends in der kontaktlosen Weg-und Winkelmesstechnik

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Induktiv, magnetostriktiv und mit GMR-Effekt:

Novotechnik (http://www.novotechnik.de) zeigt auf der SPS/IPC/DRIVES u.a. induktive Linearaufnehmer, die ein verschleißfreier Ersatz für klassische Potentiometerlösungen sein können, störunempfindliche und hochgenaue magnetostriktive Wegaufnehmer und Multiturn-Sensoren, die den GMR-Effekt nutzen. Für die Lenkwinkelerfassung gibt es einen neuen induktiven Linearsensor, der sich für alle heute üblichen Stahlzylinder mit durchgehender Kolbenstange eignet.

Die SPS/IPC/DRIVES in Nürnberg wird 2011 wieder für die Automatisierungstechnik der wohl wichtigste Treffpunkt des Jahres. Wer sich über die neuesten Sensorik-Trends informieren will, ist hier sicher bestens aufgehoben. Auf dem Messestand des Sensorikspezialisten Novotechnik, Ostfildern, findet man gleich eine ganze Reihe interessanter Neu- und Weiterentwicklungen rund um die Weg- und Winkelmesstechnik. Dazu gehören beispielsweise induktive Linearaufnehmer, die ein verschleißfreier Ersatz für klassische Potentiometerlösungen sein können, störunempfindliche und hochgenaue magnetostriktive Wegaufnehmer für große Messbereiche und Multiturn-Sensoren, die den GMR-Effekt nutzen. Für die die Lenkwinkelerfassung an Hydraulikzylindern gibt es einen neuen Linearsensor, der induktiv arbeitet und sich z.B. für alle heute üblichen Stahlzylinder mit durchgehender Kolbenstange eignet.

Induktive Wegaufnehmer mit praxisgerechten Features
Mit den induktiven Wegaufnehmern der Serie LS1 hat der Sensorikspezialist Novotechnik jetzt eine verschleißfreie Alternative zu praktisch allen marktüblichen kleinen Linearpotentiometern mit quadratischem Querschnitt im Programm. Die Wegaufnehmer, die nach dem NOVOPAD-Verfahren arbeiten, sind hinsichtlich ihrer Abmessungen vollständig kompatibel mit der potentiometrischen Baureihe T-Serie des gleichen Herstellers. Sie sind wahlweise erhältlich als Taster mit integrierter Rückstellfeder und Messbereichen zwischen 25 und 100 mm sowie als Wegaufnehmer mit spielfreier Kugelkupplung für Zug- oder Schubanwendungen und Messbereichen zwischen 25 und 200 mm.
Die integrierte Signalverarbeitung stellt den Messwert als absolutes Strom- oder Spannungssignal am Ausgang zur Verfügung. Besonders praktisch ist in vielen Anwendungsfällen die ebenfalls integrierte Teach-In-Funktion mit Status-LED. Per Knopfdruck direkt am Wegaufnehmer lassen sich beispielsweise Null- und Endpunkt der Messung wählen, die Kennlinie drehen bzw. invertieren oder der gewünschte Signalhub einstellen. Ein separater Messumformer ist dazu – anders als bei Potentiometern – nicht erforderlich. Die Wegaufnehmer überzeugen durch eine gute Wiederholgenauigkeit (besser 0,025 % vom Messbereich), hohe Auflösung (12 oder 13 Bit) und Linearität (bis +/- 0,05 %). Die Update-Rate des Ausgangssignals wird mit ca. 1 kHz angegeben, was für eine Vielzahl von Anwendungen mehr als ausreichend ist. Dass die induktiven Wegaufnehmer gegen Magnetfelder völlig unempfindlich sind, dürfte in etlichen Applikationen ebenfalls ein Vorteil sein.

Istwert-Erfassung an hydraulischen Lenkzylindern
Für die Lenkwinkelerfassung an Hydraulikzylindern zeigt der Sensorikspezialist einen neuen Linearsensor, der induktiv arbeitet und sich z.B. für alle heute üblichen Stahlzylinder mit durchgehender Kolbenstange eignet. Der Lenkachsensensor LAS170 besteht im Prinzip aus zwei Komponenten: der Signal-Leiterplatte mit der integrierten Auswerteelektronik und einem frei beweglichen Positionsgeber, der direkt an der Kolbenstange befestigt wird. Der induktiv und damit berührungslos ermittelte Messwert wird als lineares, analoges Spannungssignal ausgegeben. Da das Messsystem absolute Werte liefert, ist auch nach einer Unterbrechung der Spannungsversorgung – z.B. nach einem Check oder Wechsel der Fahrzeugbatterie – keine Neujustage notwendig. Der Lenkachsensensor ist vollständig redundant ausgelegt und erfüllt alle einschlägigen Sicherheitskriterien. Er arbeitet mit einer Auflösung von 0,1 mm, die Wiederholgenauigkeit liegt bei 0,2 mm. Außerdem ist der Sensor sehr robust, dampfstrahlfest, resistent gegenüber allen an seinem Arbeitsplatz potentiell auftretenden chemischen Substanzen und eignet sich für Umgebungstemperaturen zwischen -40 °C und +50 °C.

Magnetostriktive Wegaufnehmer setzen neue Maßstäbe
Für lange Messbereiche bieten sich Wegaufnehmer an, die nach dem magnetostriktiven NOVOSTRIKTIV-Verfahren arbeiten. Die in Nürnberg gezeigte Baureihe TP1 gibt es für Messbereiche zwischen 50 und 4500 mm, wahlweise mit freiem d.h. berührungslosem oder geführtem Positionsgeber. Sowohl Mechanik als auch Messelement und Auswerte-Elektronik wurden optimiert, um eine möglichst hohe Störunempfindlichkeit zu erreichen. Auch bei störenden Feldern in der Umgebung, Vibrationen der Maschine oder Schockbelastungen liefern die Messaufnehmer dadurch stabile Ausgangssignale mit Linearitätswerten bis 10 µm. Die Auflösung ist unabhängig von der Messlänge und beträgt bei digitalen Varianten 1 µm.
Besonderer Wert wurde bei den Wegaufnehmern auf die Sicherheit der internen Messwertaufbereitung gelegt sowie auf die Datenausgabe mit einer Update-Rate von 16 kHz. Den Positionswert errechnet die Elektronik aus dem Wert der digitalisierten Messzeit und der bekannten Geschwindigkeit der Torsionswelle. Der ermittelte Positionswert wird auf Plausibilität überprüft, linearisiert und entsprechend der Schnittstelle aufbereitet. Zur Wahl stehen neben analogen Strom- und Spannungsschnittstellen auch Start-Stop-, SSI- und DyMoS-Schnittstelle. Ausführungen mit inkrementeller bzw. Quadratur-Schnittstelle eignen sich als Ersatz für bei Linearbewegungen aufwändige Drehgeberlösungen. Auch als robustere Alternative zu Glasmaßstäben sind sie oft das Mittel der Wahl, da für viele Applikationen die geforderte Genauigkeit mit magnetostriktiven Wegaufnehmern durchaus erreicht wird. Die Wegaufnehmer erfüllen serienmäßig die Anforderungen der Schutzart IP67 bzw. IP68 und das selbst in kritischen Anwendungen über die gesamte Lebensdauer hinweg; diese ist dank des kontaktlosen Messprinzips mechanisch praktisch unbegrenzt.

Robuste Multiturn-Sensoren für Automotive und Industrie
Multiturn-Sensoren, die auf herkömmlichen Funktionsprinzipien basieren, sind für viele Anwendungen in Industrie oder Automotive-Bereich eher ungeeignet: Sie brauchen entweder eine dauerhafte Stromversorgung, verwenden für den Umdrehungszähler verschleißbehaftete Getriebe oder sind für den Einsatzbereich zu aufwändig und damit oft zu teuer. Um hier Abhilfe zu schaffen, hat Novotechnik die GMR-Technologie (Giant-Magneto-Resistance) zur Serienreife entwickelt und setzt sie in den Multiturn-Sensoren der Baureihe RSM 2800 ein. Der Messbereich ist zwischen 2 und 16 Umdrehungen einstellbar und wird als stetige, analoge Kennlinie ausgegeben. Zudem gibt es Varianten mit verschiedenen Versorgungs- und Ausgangsspannungen. Die Auflösung der Analogschnittstelle beträgt aktuell 16 Bit. Geschwindigkeiten bis 800 U/min sind möglich. Durch Implementierung digitaler Schnittstellen (SSI, SPI und CAN) werden künftig bis zu 18 Bit Gesamtauflösung (Winkel und Umdrehung) erreicht. Gleichzeitig gibt es auch zweikanalige Varianten, sodass sich der Multiturn auch für sicherheitsrelevante Anwendungen eignet.
Auch in puncto Genauigkeit können die GMR-Sensoren überzeugen: Über den gesamten Messbereich liegen die Linearitätsabweichungen unter 0,05 %. Die robusten Sensoren erfüllen serienmäßig die Anforderungen bis Schutzart IP67, sind also staubdicht und gegen zeitweiliges Untertauchen geschützt. Sie lassen sich gut in die jeweilige Applikation integrieren. Die Welle wurde so ausgestaltet, dass sie einfach und winkelindexiert von einem entsprechenden kundenseitigen Gegenstück aufgenommen werden kann. Typische Einsatzbereiche für die Sensoren gibt es in so genannten True-Power-on-Systemen, beispielsweise in der Kfz-Technik bei elektronischen Lenksystemen, aber auch in den verschiedensten industriellen Anwendungen.

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