Integrierte Messung

Die neue Technologie zur berührungslosen Drehmoment- und Kraftmessung wurde bereits in Form einer neuen Produktreihe berührungsloser Sensoren in die Praxis umgesetzt. Sie erlaubt das Herangehen an hunderte industrielle Anwendungen. Mit ihr wird der Bedarf für die direkte Messung von Drehmoment in Echtzeit gedeckt.

Seit vielen Jahren suchen Ingenieure nach neuen Verfahren zur direkten Messung des Drehmoments und damit der Leistung, die über eine rotierenden Welle übertragen wird. Diese Messung ist wichtig, da sie die Bewertung und Steuerung wesentlicher Parameter mechanischer Systeme ermöglicht, die sich sowohl auf die Leistungsfähigkeit als auch auf die Zuverlässigkeit des Systems in seiner Gesamtheit auswirken. Bisher bot jedoch kein Verfahren eine umfassende Lösung für dieses Problem, auch wenn verschiedene am Markt verfügbare Drehmomentmessgeräte wie Dynamometer oder Dehnungsmessstreifen in bestimmten Bereichen erfolgreich eingesetzt werden. Dynamometer finden seit langem bei der Drehmomentmessung im Laborbereich oder im Prüffeld Verwendung, jedoch sind sie in der Regel groß, teuer und komplex und weisen eine vergleichsweise geringe Bandbreite auf. Dehnungsmessstreifen dienen meist zur Messung der am Metall infolge des Drehmoments entstehenden Torsionswirkung und zeichnen sich durch eine hohe Genauigkeit aus. Jedoch sind Dehnungsmessstreifen sehr empfindliche Geräte, bei denen der Messaufnehmer selbst auf der rotierenden Welle liegt und mit einer stationären elektronischen Auswertungseinheit verbunden ist. Dehnungsmessstreifen finden sich daher hauptsächlich im Laborbereich beziehungsweise in Prüfständen oder werden zur Offline-Kontrolle eingesetzt. Die Lösung zur Drehmomentmessung basiert auf einer innovativen Kombination aus magnetischer Induktion und elektronischer Messdaten-Verarbeitung, die sofort eine direkte, berührungslose und genaue Messung des an einer rotierenden Welle wirkenden Drehmoments. Dieses berührungslose Verfahren eignet sich auch für schwierige Umgebungsbedingungen und bietet im Vergleich mit bisherigen Lösungen einen sehr deutlichen Preisvorteil. Durch eine besondere Behandlung, das heißt Magnetisierung einer Welle und den Einsatz speziell entwickelter Schaltungen und Signalverarbeitungsverfahren lassen sich Veränderungen des Magnetfelds messen, die durch die Verdrehung der Welle als Folge des gerade wirkenden Drehmoments entstehen. Das Drehmoment kann in recht großem Abstand zur Welle gemessen werden, durch Dreck und Flüssigkeiten hindurch, unabhängig von Drehgeschwindigkeit und mit zu vernachlässigender Hysterese, wobei jedoch der normale Abstand zur Welle einige wenige Millimeter beträgt. Die einzigen Einschränkungen beim Einsatz eines solchen Systems sind, dass die Welle aus ferromagnetischem Material (welches eine Speicherung der Magnetisierung erlaubt) bestehen muss, sie den Curie-Punkt während des Betriebs nicht erreichen darf, nicht beschädigt und nicht ungeschützt einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird. In den allermeisten der möglichen Einsatzgebiete kommt keine dieser Einschränkungen zum Tragen. Die Drehmomentmesstechnologie besteht aus drei Hauptkomponenten:

– Die den Torsionskräften ausgesetzte Welle wird durch Einprägung eines magnetischen Musters zum passiven Drehmomentsensor.

– Der Magnetmesskopf misst die Änderungen des Magnetfeldes der Welle, die sich durch das an der Welle wirkende Drehmoment ergeben.

– Die mit dem Messkopf verbundene elektronische Signalverarbeitung, deren elektrisches Ausgangssignal den Wert und die Richtung des an der Welle wirkenden Drehmoments wiedergibt.

Das an einer rotierenden Welle wirkende Drehmoment kann in einem Bereich gemessen werden, der vom völligen Stillstand bis über 100000 U/min reicht. Die Welle und die Messelektronik können so eingestellt werden, dass sie sich für unterschiedlichste Messbereiche eignen und typischerweise eine Ungenauigkeit von 0,5 Prozent des Messbereichsendwerts aufweisen.

Jetzt hat der Hersteller seinen ersten berührungslosen Drehmomentsensor auf Grundlage dieser neuartigen Technologie auf den Markt gebracht. Seine Vorzüge sind:

– sehr hohe Genauigkeit, die über die Anforderungen der meisten industriellen Anwendungen hinausgeht,

– sehr einfache Implementierung unter den verschiedensten Umgebungsbedingungen,

– um den Faktor 10 bis 100 niedrigere Kosten im Vergleich zu anderen Drehmomentmessverfahren,

– Dank seiner Zuverlässigkeit und kompakten Bauform ist er selbst unter ungünstigen Umgebungsbedingungen einsetzbar.

Weiterentwicklungen des Verfahrens ermöglichen es bereits heute, nicht nur das Drehmoment sondern auch die Winkellage der Welle, ihre Winkelgeschwindigkeit sowie die Biegung eines Stabes zu messen. So kann mit Hilfe eines genauen und wirtschaftlichen Sensors die tatsächliche mechanische Ausgangsleistung von Rotationsmaschinen in Echtzeit direkt erfasst werden. Möglich ist auch eine direkte Messung der Kräfte innerhalb von Trägern. Parallel arbeitet der Hersteller an der Entwicklung von Drehmoment- und Kraftsensoren, die auf anderen berührungslosen Messverfahren als dem aktuellen Verfahren beruhen: Messung des Drehmoments an Scheiben, Messung des Drucks auf Oberflächen, etc.

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