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Winkelsensoren

Hochauflösender Gürtel-Drehgeber für große Wellendurchmesser

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Flexibler Gürtel mit genauer Maßverkörperung

Vor diesem Hintergrund drängten vor allem Anwender aus den Bereichen Wind- und Wasserkraftanlagen, Papiermaschinen, Baumaschinen oder Großantrieben auf bessere Lösungen. Ihr Bedarf an robusten, einfach montier- und wechselbaren lagerlosen Drehgebersystemen, mit denen sich Drehzahl und Position mit hoher Auflösung messen lassen, steigt ständig. Mit dem zum Patent angemeldeten Lösungsansatz HDmag flex erfüllen die Spannbandgeber MIR 3000F (inkremental) und MQR 3000F (quasi-abolut) solche anspruchsvollen Messaufgaben an Wellen mit beliebigem (theoretisch auch unbegrenztem) Durchmesser.

Die Elektronik im Sensorkopf ist vollständig vergossen

Die Geber für Wellendurchmesser bis 3183 mm haben einen Sensorkopf mit zwei Abtasteinheiten zur doppelten magnetischen Abtastung eines Bandes, das an seinen Enden, ähnlich einem Gürtel, mit einem Spannschloss um die Welle gespannt wird. Das Messprinzip hat eine konstant hohe Signalqualität, auch bei großen Luftspalttoleranzen. Durch die berührungslose Abtastung arbeitet der Drehgeber praktisch verschleißfrei und ist unempfindlich gegen Staub, Schmutz, Flüssigkeiten und Betauung.

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Der Sensorkopf mit seiner vollständig vergossenen Elektronik kann in jeder Position an der Welle befestigt werden. Er toleriert große axiale Verschiebungen des Spannbandes von ±5 mm, wie sie beispielsweise aufgrund thermischer Ausdehnung an langen Wellen auftreten können. Der Luftspalt, also der radiale Abstand vom Spannband zum Sensorkopf, darf bis 3 mm groß sein, wodurch die bei Großwellen und deren Lagerungen typischen Toleranzen gut beherrschbar werden.

Ein Anbau des Spannbandes an einer beliebigen axialen Position auf der Welle ist schnell und ohne großen Aufwand realisierbar; die Wellenoberfläche bleibt frei von Bohrungen, Nuten und Einstichen. Stattdessen lässt sich das werksseitig dem Umfang der Welle entsprechend zugeschnittene Spannband einfach um die Welle legen und mit dem an seinen Enden angebrachten Spannschloss verbinden. Die Drehgeber eignen sich damit sehr gut für Nachrüstungen.

Schnelle Signalverarbeitung und hochpräzise Messwerte

Das Spannschloss ist so ausgelegt, dass es Toleranzen des Wellendurchmessers von etwa 2 mm ausgleichen kann. Für die anschließende Montage des Sensorkopfs sind lediglich zwei Befestigungsschrauben notwendig. Der Luftspalt lässt sich einfach mit einer Lehre einstellen. Eine Person erledigt diese Arbeiten innerhalb weniger Minuten. Hierbei lässt sich die im Abtastkopf integrierte elektronische Funktionsüberwachung als Justierhilfe nutzen.

Selbst eine für einen Wellendurchmesser von 2 m ausgelegte Sensorausführung wiegt weniger als 2 kg und passt in eine schuhschachtelgroße Verpackung. Montage- und Transportkosten reduzieren sich damit deutlich gegenüber den bisher verfügbaren Lösungen zur Positions- und Drehzahlerfassung an großen Wellen.

Aufgrund seiner intelligenten Echtzeit-Signalverarbeitung liefert der Spannbandgeber jederzeit inkrementale und quasi-absolute Positionssignale mit konstant hoher Qualität, unabhängig von der Spannschlossweite. Pro Umdrehung sind bei jedem Wellendurchmesser bis zu 131.072 Impulse möglich. Die beiden Sensoren im Abtastkopf sind werkseitig so ausgerichtet, dass stets wenigstens ein Magnetsensor das magnetisierte Band abtastet. Das ermöglicht eine durchgehende Positions- und Drehzahlberechnung trotz der durch das Spannschloss bedingten Lücke. Die Welle kann sich im Betrieb axial bis zu 10 mm und radial bis zu 2 mm hin und her bewegen.

Die Genauigkeit des bis 20 Bit aufgelösten Positionssignals liegt an einer 1000-mm-Welle bei ±0,02 Grad. Das ermöglicht beispielsweise an Windkraftanlagen den ferngesteuerten Rotor-Lock der Turbinenwelle. Der Spannbandgeber liefert eine gültige Position, sobald nach dem Einschalten des Geräts die Lücke des Spannbandes den Abtastkopf zweimal in gleicher Drehrichtung passiert hat.

Gleichzeitig liefert die Elektronik des Spannbandgebers die präzisen digitalen Drehzahlsignale in Echtzeit bis 18 Bit Auflösung bei frei wählbarer Filterung. Er erfasst sogar hochsensibel Kriechbewegungen von nur 0,003 U/min; dies entspricht einer einzigen Umdrehung in sechs Stunden. Alle von der Anwendung geforderten Ausgangssignale werden werksseitig konfiguriert. Als elektrische Schnittstellen stehen SSI, HTL, TTL SinCos und Kombinationen davon zur Verfügung.

* Henning Förste ist Produktmanager Motion Control bei Baumer.

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