Sensortechnik

Präzise Drahtseilakte

28.09.2006 | Redakteur:

Jede Automatisierung lebt geradezu davon, zu jedem Zeitpunkt Positionen exakt zu ermitteln und als elektrische Signale für die Steuerung bereitzustellen....

Mechatronische Wegmesstechnik mit SeilzügenJede Automatisierung lebt geradezu davon, zu jedem Zeitpunkt Positionen exakt zu ermitteln und als elektrische Signale für die Steuerung bereitzustellen. Aber auch in unendlich vielen anderen Bereichen wie beispielsweise der Bautechnik, der Verkehrstechnik oder der Bühnentechnik bestehen ähnliche Anforderungen. Zu den typischen Kriterien für die Bestimmung eines geeigneten Gebers gehören beispielsweise die mechanischen Einbauverhältnisse, die Umgebungsbedingungen sowie die Art der Signalübertragung und -weiterverarbeitung.

Darüber hinaus beeinflussen Auflösung, Linearität, Lebensdauererwartung und Funktionalität innerhalb eines Gesamtsystems die Auswahl. Schließlich sind die Betriebskosten über lange Zeit und nicht so sehr der aktuelle Preis bei der Entscheidungsfindung zu beachten. Bei Linearantrieben im Maschinenbau konnten sich Konstruktionen, die eine Drehbewegung über eine geeignete Mechanik linear umsetzen, einen festen Platz erobern.

Bei den an dieser Stelle beschriebenen Wegaufnehmern wird die Funktion umgekehrt, also die Linearbewegung in eine Drehbewegung übersetzt und von einem geeigneten Geber – meistens einem Winkelcodierer mit Feldbus-Schnittstelle oder Analogausgang – erfasst. Im Gegensatz zu den direkt angekoppelten linearen Weggebern mit ihren - meistens - auf ein bis zwei Meter begrenzten Messbereichen, wandeln die robusten Seilzug-Weg-Winkel-Wandler den linearen Hub eines Seils von bis zu 60 Metern Länge indirekt in eine Drehbewegung um, die von einem Winkelcodierer oder Impulsgeber gemessen wird (Bild 1).

Ein nicht rostendes Stahlseil wird von einem Federwerk auf eine Messtrommel mit definiertem Außendurchmesser gewickelt und mit der Welle eines Winkelcodierers gekuppelt. Die Bewegung der Trommel auf einer Spindel gewährleistet das reproduzierbare Aufwickeln Windung neben Windung. Größere Längen deckt das Multitour-Getriebe des Codierers ab.Die kompletten Geräte entsprechen der Schutzart IP65. Das Stahlseil mit 1,35 mm Durchmesser läuft am Gehäuseaustritt durch eine Düse mit Abstreifbürste, Führungskugel und Fettkammer.

Staub und Feuchtigkeit können daher nicht eindringen. Für besonders kritische Einsatzfälle lässt sich eine zusätzliche Luftdüse montieren, die einen leichten Überdruck erzeugt und so den Gehäuseaustritt noch besser gegen Verschmutzung schützt.Winkelcodierer und Impulsgeber gehören heute zu den vielseitigsten Messwertaufnehmern. Ausführungen mit elektrooptischen oder elektromagnetischen Sensorsystemen für einen Messbereich von 360 Grad (Monotour) oder für bis zu 4096 Umdrehungen (Multitour) stehen zur Verfügung, wobei inkrementale, absolut codierte oder analoge Schnittstellen gewählt werden können. In vieler Hinsicht bieten programmierbare Multitour-Winkelcodierer besondere Vorteile.

So kann sich der Maschinen- und Anlagenbauer bei der Disposition auf eine einzige Ausführung beschränken und aufwändiges Justieren durch einfaches Programmieren ersetzen. Bei den erwähnten Codierern lassen sich noch am Einsatzort bis zu 14 Parameter wie Code-Art und Richtung ändern. So können beispielsweise der Messhub des Seilzugs und die Auflösung des Winkelcodierers aufeinander abgestimmt werden. Ebenso ist die Eingabe von Grenzwerten für Arbeits- und Sicherheitsbereiche oder von elektronischen Nocken möglich.

Neben den Positionsdaten kann der Winkelcodierer auch ein analoges Tachosignal oder ein inkrementales Signal zur Messung der Verfahrgeschwindigkeit liefern. Schnittsstellen für den InterBus, Profibus DP oder CAN-Bus sowie Versionen, die ein kalibriertes Messsignal von 0 (4) bis 20 mA oder 0 bis 10 V_ ausgeben, runden die Möglichkeiten ab. Programmiert wird über Windows-PCs und die Software „Procod“ deren komfortable, grafische Bedienoberfläche sich zwischen Deutsch, Englisch oder Französisch umschalten lässt. Seilzüge kommen jedoch nicht nur bei größeren Hüben zum Einsatz. Das besonders platzsparende Prinzip und die Anforderungen des Marktes führten zur Entwicklung eines analogen Mini-Seilzuges für Wegmessungen bis 500 mm.

Die Bewegung des Seils wird hier über eine Federtrommel auf den Stößel eines induktiven Sensors übertragen. In dem nur 30 mm x 30 mm x 52 mm großen Gehäuse konnte auch die erforderliche Elektronik integriert werden, die ein wegproportionales Messsignal von 0,1 bis 4,9 V Gleichspannung liefert. Ursprünglich für Geräte der Medizin- und Reproduktionstechnik entwickelt, bewähren sich diese Mini-Seilzüge in vielen Maschinen und Geräten, die für analoge und digitale Wegmessaufnehmer anderer Bauart über nicht genug Platz verfügen.

Häufig müssen Verschiebungen, Klappen- oder Ventilstellungen, Schlittenbewegungen und ähnliche mechanische Größen unter kritischen Umgebungsbedingungen erfasst und gemessen werden. Zu den typischen Einsatzbedingungen gehören beispielsweise ex-geschützte Anlagen, hohe Temperaturen, Strahlungs- oder Unterwasserbereiche. Für solche Aufgaben wurden spezielle induktive Wegaufnehmer (IW 250SZ) entwickelt. Sie verfügen über einen durchgehenden Stößel mit einer Rückholfeder an der einen Seite und einem Kugelgelenk zur Aufnahme eines Stahlseils am anderen Ende. Das Seil wird geradlinig oder über eine Umlenkrolle mit dem Messobjekt verbunden und verändert die Position des Kerns im induktiven Sensorsystem. Mit diesen Systemen lassen sich Messhübe bis 100 mm erfassen, wobei der Sensor außerhalb kritischer Zonen angeordnet werden kann