DER KONSTRUKTEUR 6/2018

SENSORTECHNIK Parameter

SENSORTECHNIK Parameter Auflösung Single-+Multiturn Echt-absolute Multiturn Hall-Encoder mit Getriebe 14+5 Bit (31 Umdrehungen), 14+8 Bit (255 Umdrehungen) Quasi-absolute Multiturn Hall-Encoder mit inkrementeller Umdrehungszählung Absolute optische Multiturn-Encoder mit Getriebe 14+12 Bit (4086 Umdrehungen ) 14+12 Bit (4086 Umdrehungen) Linearität Singleturn 360° 0,3% 0,3% 12 arc Sekunden Multiturn Technologie Robustes planares Nonius-Getriebe, 2-6 Getrieberäder Empfindlichkeit gegenüber Wellenbelastung/-überlastung Unempfindlich gegen Wellenbelastung / passagere Überlastung, geblockte Lager 465 Umdrehungsmesseung auf Basis von Zusatzsensoren (Reedschalter, Hallschalter, Impulsdraht) batteriebetrieben oder Energiegewinnung aus Zählimpuls Unempfindlich gegen Wellenbelastung Mehrstufiges Getriebe, vier Getrieberäder Verschiebung der Codescheibe gegen Sensorchip möglich; Luftspalt < 0,05mm; verklebte, nicht geblockte Lager können zu Ausfällen bei normaler Wellenbelastung führen Einfluß durch externe Magnetfelder Integrale Abschirmung bis 0,5T Gehäuse-Abschirmung möglich Starke externe magnetische Felder können zu einer Sättigung von Transformatoren führen Redundanzfähigkeit Volle 2-fach Redundanz möglich Komplex und kostenintensiv Kostenintensiv Diagnosefähigkeit Mittel bis hoch Gering Hoch bei vollständig absoluter Auswertung (keine inkrementelle Zählung der Umdrehungen, da störempfindlich) Zuverlässigkeit Technologie Hoch. Geringe Komplexität, Einzeltechnologie-Design. Elektronikschutz durch Vollverguß Durchschnittlich. Multitechnologie-Design, kein Elektronik-Schutz durrch Vollverguß möglich Zuverlässigkeit unter extremen Umweltbedingungen nicht immer garantiert EX-Schutz Ex-Schutzzone 22 Staub, Vollverguß Vollverguß nicht möglich Vollverguß nicht möglich SiL-Fähigkeit Bis SIL3 keine Bis SIL3 Schutzarten IP67 als Standard IP69K / IP68 (500m) möglich IP65 (IP67), IP69K verfügbar Integration in hydraulische Zylinder Möglich Nicht möglich Nicht möglich Hohlwellenausführung bis Ømm Möglich aber kostenintensiv Möglich aber kostenintensiv Bis ca. 85 mm (aufwändig, kostenintensiv) Vergleich der unterschiedlichen Encoder-Technologien SPECIAL „UNTER RAUEN UMGEBUNGS- BEDINGUNGEN SIND MAGNETISCHE ENCODER OPTISCHEN WEIT ÜBERLEGEN“ Klaus Manfred Steinich, Geschäftsführer ASM Automation Sensorik Messtechnik GmbH und Erfinder der Posihall Technologie Elektromagnetische Störungen können in bisher verfügbaren magnetischen Encodern die korrekte Positionserfassung beinträchtigen. Die neue echt-absolute magnetische Encoder-Technologie Posihall überwindet diese Schwäche und bietet eine überlegene Lösung für die korrekte und zuverlässige Winkelmessung von bis zu 255 Umdrehungen. Im Vergleich zu den derzeit verfügbaren magnetischen Encoder-Technologien stellt die Posihall-Technologie eine Weiterentwicklung dar, die eine zuverlässige Positionserfassung insbesondere unter rauen Umweltbedingungen ermöglicht. www.DerKonstrukteur.de Magnetfelder beeinflusst werden, da die Anzahl der Umdrehungen vom Zählsystem einzeln (inkrementell) gezählt wird. Nach z. B. einem Stromausfall ist zunächst kein korrektes Messergebnis verfügbar, da der Sensor die bereits gezählten Umdrehungen „vergessen“ hat. Die ASM GmbH hat ein magnetisch angetriebenes System entwickelt, welches Nonius-Prinzipien verwendet und damit eine echt-absolute Messung ermöglicht, die diese Schwäche überwindet: Posihall-magnetische-Multiturn-Encoder messen bis 255 Umdrehungen mittels eines magnetisch gekoppelten Multihall-Sensorsystems mit einer Auflösung von 16 Bit. Was die Sensortechnologie auszeichnet, ist das echt-absolute Messprinzip. Dies bedeutet, dass auch nach einem Stromausfall sofort wieder korrekte Messergebnisse angezeigt werden. Posihall-Sensoren können direkt auf die Drehachse einer Maschine montiert werden. Die Posirot-Serie magnetischer Singleturn-Encoder von ASM arbeitet grundsätzlich wellenlos. Für die Multiturn-Encoder der Posihall-Serie stehen wellenbehaftete Lösungen zur Verfügung. Die Sensorelektronik ist komplett versiegelt und durch ein robustes Aluminiumgehäuse geschützt. Die berührungslose magnetische Multihall-Technologie ist in der Lage, Messdaten auch dann zuverlässig zu erfassen, wenn das Maschinengehäuse mit Wasser oder Öl gefüllt ist – z. B. durch Undichtigkeiten an Dichtungen, Lagern oder anderen Verbindungselementen zum umgebenden System. Die Sensoren verfügen über eine integrale Abschirmung gegen magnetische Felder und arbeiten in Umgebungen mit Magnetfeldstärken bis zu 0,5 Tesla. Posihall-Winkelsensoren funktionieren zuverlässig und präzise bei hohen Schock- und Vibrationswerten sowie bei extremen Temperaturen von -40 °C bis +85 °C. Die IP-Schutzart beträgt IP67, mit entsprechendem Gegenstecker IP69. Die Sensoren sind entweder mit Analogausgang (Spannung 0,5 – 10 V, 0,5 – 4,5 V, Strom 4 – 20 mA) oder digitalem Ausgang (CANopen oder SAE J1939). Für Sicherheitsanwendungen sind die Sensoren auch in redundanter Version erhältlich. Bilder: ASM www.asm-sensor.de 60 DER KONSTRUKTEUR 6/2018

SENSORTECHNIK PIEZOELEKTRISCHE DEHNUNGSSENSOREN Piezoelektrische (PE) Dehnungssensoren von Kistler stellen ein einfaches, aber effektives Mittel dar, um Maschinen und Werkzeuge vor Überlast und Beschädigung zu schützen. Dank hoher Eigenfrequenz und Empfindlichkeit erfassen sie selbst kleinste Veränderungen der Struktur und fungieren somit als Frühwarnsystem bei kritischen Prozessabweichungen in Fertigung und Montage – wie zum Beispiel beim Pressen, Stanzen sowie weiteren Umformverfahren. Oberflächendehnungssensoren werden mit nur einer Schraube direkt an der Maschinenstruktur angebracht, Dehnungsmessdübel können per Sacklochbohrung sogar direkt in Werkzeuge integriert werden. Gegenüber Dehnmessstreifen (DMS) punkten PE-Sensoren insbesondere durch Langzeitstabilität, Temperaturunempfindlichkeit und Überlastsicherheit. Ab sofort können sowohl PE-Dehnungssensoren als auch alle anderen piezoelektrischen Sensoren von Kistler direkt via Ethernet in die Maschinensteuerung eingebunden werden: Möglich macht das der einzige digitale Ladungsverstärker auf dem Markt (Typ 5074A). Anlagen- und Maschinenbauer können damit erstmals beliebige piezoelektrische Sensoren direkt in ihr echtzeitfähiges Ethernet-System (Profinet, EtherCAT oder Ethernet/IP) integrieren und Einstellungen am Messverstärker bequem über die Steuerung vornehmen – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu Smart Automation und Industrie 4.0. www.kistler.com KAPAZITIVER MEMS-NIEDERDRUCKSENSOR Pewatron präsentiert mit der PPCP3 Serie eine neue Drucksensoren-Generation. Das dabei zum Einsatz kommende kapazitive Messprinzip auf MEMS-Basis hat gegenüber dem weit verbreiteten und etablierten piezoresistiven einige wesentliche Vorteile. Tests haben gezeigt, dass die eine Seite der Membrane mit bis 20 bar Überdruck belastet werden kann und dies bei einem Niederdrucksensor mit wenigen mbar Messbereich. Das ist ein bahnbrechender Vorteil zu den herkömmlichen piezoresistiven MEMS-Drucksensoren. Die disruptive Technologie zeichnet sich außerdem durch einen äußerst geringen Stromverbrauch, eine sehr hohe Auflösung und Genauigkeit aus. Der Sensor-Chip besitzt zwei Mess- und zwei Referenzkapazitäten. Dieser Aufbau sorgt für eine sehr gute Offset-Stabilität und fast kein Drift. Im Gegensatz zu den aufwändigen Doppel-Chip- Lösungen auf piezoresistiver Basis, die es auf dem Markt gibt, ist beim PPCP3 alles auf einem Sensor integriert und somit wesentlich preiswerter und einfacher zu produzieren. In Anwendungen wie Touchscreens oder Näherungsschaltern hat sich die kapazitive Technologie bereits durchgesetzt und durch den Einsatz im Consumer-Bereich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt. Laut Anbieter ist die Zeit nun reif für kapazitive MEMS-Drucksensoren – durch die technologisch bedingten Vorteile werden diese die Drucksensorik in den nächsten Jahren revolutionieren. www.pewatron.com THERMOMODUL MIT STECKERLOSER KONTAKTIERUNG Ipetronik präsentiert erstmals sein neues M-TDC- Thermomodul. Das Gerät ist mit einer speziellen Kontaktierungstechnik ausgestattet, die eine steckerlose Aufrüstung von Thermoelement-Messstellen erlaubt. Hierfür werden die Sensorkabel direkt in das Modul eingeschoben; Kontaktierung und Verriegelung erfolgen automatisch. Für hochgenaue Temperaturmessungen sorgen die PT100-Fühler, die an jedem Analogeingang verbaut sind. Mit der Entwicklung dieser patentierten Thermocouple-Direct-Connect-Verbindungstechnik – kurz: TDC – vereinfacht Ipetronik die Montage von Thermoelement-Messstellen und ermöglicht so noch effizientere Arbeitsabläufe. Der asymmetrisch gestaltete M-TDC-Leitungsquerschnitt garantiert einen verpolungssicheren Sensoranschluss und stellt so sicher, dass die Thermoelement-Leitung mit der richtigen Polung in das Modul eingeführt wird. Jene Leitung ist mit einem auf Teflon-basierenden Mantel- und Isolationswerkstoff versehen. Dadurch ist das Material mechanisch belastbar und besitzt sowohl enorme Widerstandskraft gegen aggressive Medien als auch gute elektrische Isolationseigenschaften. Es ist besonders hitze- und kältebeständig und kann in einem Temperaturbereich von -160 bis +260 °C eingesetzt werden. Das M-TDC Modul erfüllt sämtliche Qualitätsanforderungen wie die Schutzklasse IP65, Schock- und Temperaturresistenz und fügt sich optimal in die Ipetronik Hard- und Software-Infrastruktur ein. www.ipetronik.com LEISTUNGSSTARKE INERTIALE MESSEINHEITEN Der Sensor-Spezialist ASC GmbH sieht sich als führender Hersteller von Beschleunigungssensoren. Die inertialen Messeinheiten (IMUs) des Anbieters zeichnen sich durch eine Bias-Stabilität von 9 °/hr und einen Angular Random Walk von 0,2 °/√hr aus. Die ASC-IMU 7.x.y verfügt über sechs Freiheitsgrade (DOF), drei Beschleunigungssensoren und drei Drehratensensoren. Die ASC-IMUs werden z. B. für Fahrkomfort-Messungen an Traktoren, Lkws und Pkws verwendet. Sie kommen aber auch während Flugtests an verschiedenen Stellen in der Kabine zum Einsatz und messen dort die Trägheitsgrößen mit einer bestimmten zeitlichen Auflösung. Ein weiteres Einsatzgebiet der ASC-IMUs ist die sogenannte Bridging Navigation. Hier sichern die Sensoren vorübergehend die Position von Fahrzeugen, die mit einem GPS-Sender ausgestattet sind und das Signal z. B. bei einer Tunnelfahrt vorübergehend verlieren. Neben eigenen IMUs bietet das Unternehmen auch die digitalen IMUs von Honeywell an. www.asc-sensors.de DER KONSTRUKTEUR 6/2018 61