Eine Publikation der Binkert Medien AG
Schleifring und Winkelsensor – eine sinnvolle Kombination : Ausgabe 01/2014, 15.04.2014

Exakte, winkelgenaue Positionserfassung

Schleifringübertrager sind elektromechanische Komponenten, die man zur Übertragung von Strömen, elektrischen Signalen oder Medien zwischen einem stationären und einem rotierenden Bauteil verwendet.Um die Stellung zwischen rotierendem und stationärem Maschinenteil zu erfassen, integriert man häufig Winkelsensoren in die Schleifringübertrager, die daher klein und robust sein müssen.

Ein Schleifringübertrager besteht in der Regel aus Schleifringkörper und einem Stromabnehmer, meist mit zusätzlicher Kapselung. Die Morgan-Rekofa GmbH bietet für ganz unterschiedliche Branchen geeignete Schleifring- bzw. Drehübertrager, zum Beispiel für Haupt-, Mess- und Steuerströme, Daten- sowie Videosignale oder sogar Medien wie Luft, Wasser oder Öl. Bei den elektrischen Systemen lässt sich zwischen kontaktierender und kontaktloser Übertragung per Lichtwellenleiter unterscheiden. Zusätzlich lassen sich diese Baugruppen mit entsprechenden Medienverteilern kombinieren und im Gesamten kapseln. Anwendungen gibt es dadurch quer durch alle Branchen.

Positionserfassung zwischen drehbarem Aufbau und Unterwagen

«Ein typischer Anwendungsfall sind Baumaschinen wie z.B. Radbagger», erläutert Christoph Daun, zuständig für Konstruktion und technischen Vertrieb bei Morgan-Rekofa. «Unsere Schleifringübertrager übernehmen hier die Energie- und Datenübertragung zwischen dem drehbaren Aufbau und dem axial beweglichen Unterwagen, also dem Fahrgestell.» Gleichzeitig muss allerdings auch die genaue Position des Aufbaus bzw. des Baggerarms erfasst werden, um beispielsweise beim Fahrbetrieb die Geradeausstellung sicherzustellen und Gefährdungen bzw. Beschädigungen am Fahrzeug zu vermeiden. Diese Aufgabe übernehmen Winkelsensoren, die direkt in den Schleifringübertrager integriert sind.

Um für den Einsatzort Bagger gerüstet zu sein, sollten die eingesetzten Sensoren die Drehwinkel unter den rauen Betriebsbedingungen beim Baustelleneinsatz zuverlässig und mit der notwendigen Genauigkeit erfassen und sich trotz dem geringen Einbauraum gut in den Schleifringübertrager integrieren lassen. Daun: «Eine passende Lösung fanden wir im Programm des Sensorikspezialisten Novotechnik. Heute setzen wir, wann immer der Kunde es wünscht, magnetische Winkelsensoren, z.B. der Baureihe RFD 4000 bzw. RFC 4800, in unseren Schleifringübertragern zur Positionserfassung ein.»

Kontaktlos, kompakt und einfach zu montieren

Für diese Wahl sprachen gleich mehrere Gründe: Die Sensoren erfassen den Messwinkel berührungslos und damit ohne mechanischen Verschleiss. Sie liefern absolute Messwerte über volle 360°, die sie der Steuerung als Analogsignal mit einer Auflösung von 12 Bit zur Verfügung stellen. Die (unabhän-gige) Linearität liegt bei ±0,5 Prozent, die Wiederholgenauigkeit bei ±0,1 Prozent. Dass die Sensoren ausserdem auch noch preisgünstig sind und sich durch ihre kompakte Bau- form gut in den Schleifringübertrager integrieren lassen, waren weitere Argumente für die Auswahl. So benötigt der kompakte Sensor RFD 4000 dank seinen Massen 40 

3 

27 

3 

7 mm nur wenig Einbauplatz.

Die einfache Integrationsart leitet sich aus dem magnetischen Funktionsprinzip ab: Für die kontaktlose Winkelerfassung bringt man an der drehenden Achse einen Positionsgeber mit einem darin integrierten Magneten an. Je nach Drehposition ändert sich die Orientierung des Magnetfeldes und damit das Eingangssignal des Sensors. Diese Signaländerung wird dann noch innerhalb des Sensor-IC in ein drehwinkelproportionales Ausgangssignal umgerechnet und der übergeordneten Steuerung zur Verfügung gestellt, je nach Applikation entweder über direkte Kabelverbindung oder über einen Kontakt des Schleifringübertragers.

Einfache Montage, die Toleranzen zulässt

Weil Sensorelement und positionsgebender Magnet konstruktiv voneinander getrennt sind, vereinfacht sich die Montage, denn der Sensor lässt sich in bis zu 4 mm Entfernung zum Positionsgeber platzieren. Ein seitlicher Versatz von bis 3 mm wird ebenfalls toleriert. Die Konstrukteure bei Morgan-Rekofa wissen diese Vorteile bei der Montage zu schätzen. Da weder Welle noch Lagerung notwendig sind und der Messabstand variabel ist, sind applikationsbedingte Einbautoleranzen unproblematisch. Der gleiche Sensor lässt sich dadurch problemlos für die teilweise doch sehr unterschiedlichen Schleifringübertrager einsetzen. Bei Bedarf kann man sogar durch Material hindurch messen, solange dieses nicht magnetisch ist, was je nach Applikation weitere Konstruktionsfreiheiten erschliesst.

Robuste Lösungen für harte Einsatzbedingungen

Mit den harten Umgebungsbedingungen im Baustelleneinsatz haben die magnetischen Sensoren keine Probleme. Das Gehäuse besteht aus hochwertigem und temperaturbeständigem Kunststoff. Ausserdem ist der Sensor vollkommen vergossen und damit nässe- und verschmutzungsunempfindlich. Für die elektrische Verbindung kommen Einzeladern oder Rundkabel zum Einsatz, die ebenfalls eingegossen sind. Die Sensoren erfüllen serienmässig die Anforderungen der Schutzart IP 67 bzw. IP 69 K und arbeiten bei Umgebungstemperaturen zwischen –40 und +125°C, sind also auch in dieser Hinsicht für den Einsatz an den Schleifringübertragern bestens gerüstet.

Infoservice


Novotechnik Messwertaufnehmer OHG Horbstrasse 12, DE-73760 Ostfildern
Tel. 0049 711 44 890, Fax 0049 711 44 89 118 info@novotechnik.de, www.novotechnik.de



Christoph Daun: «Heute setzen wir, wann immer der Kunde es wünscht, magnetische Winkelsensoren in unseren Schleifringübertragern zur Positionserfassung ein»


Für die kontaktlose Winkelerfassung bringt man an der drehenden Achse einen Positionsgeber mit integriertem Magneten an


Der magnetische Winkelsensor der Baureihe RFD 4000 zeichnet sich durch seine Kompakt- und Robustheit aus


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