Trends in der Weg- und Winkelmesstechnik

Dipl.-Ing.(FH) Dietrich Homburg und Ellen-Christine Reiff, M. A., beide RBS Stutensee

Die Produktprogramme werden immer vielfältiger, praxisgerechter und montagefreundlicher. Dabei stehen nicht nur Standardprodukte, sondern zunehmend auch applikationspezifische Lösungen im Vordergrund, angefangen von der Lenkwinkelerfassung im Kraftfahrzeug bis hin zur Kontrolle der registergenauen Position in Druckmaschinen. Moderne Potentiometer können sich den hier gestellten Messaufgaben beinahe wie Chamäleons anpassen. Neue Maßstäbe setzen dabei immer stärker kontaktlos arbeitende Systeme, die in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen werden, so zum Beispiel auf kapazitiver oder neuerdings auch induktiver Basis.

Im praktischen Einsatz haben sich zum Beispiel die kontaktlosen, linearen Wegsensoren der Baureihe TLI, die sich beispielsweise direkt im Druckbereich von Zylindern integrieren lassen, bewährt. Das verwendete Verfahren nutzt die Vorzüge potentiometrischer Systeme, arbeitet jedoch berührungslos und damit verschleißfrei. Eine bewegliche Sonde nimmt kapazitiv einen Verschiebestrom von einer Widerstandsbahn auf, der von der jeweiligen Position der Sonde abhängig ist. Der Strom wird auf die parallel liegende Kollektorbahn übertragen und elektronisch ausgewertet. Das Ausgangssignal ist der Verschiebung der Sonde und damit dem Messwert streng proportional.

Das Verfahren ermöglicht Genauigkeiten bis 0,15 Prozent, Auflösungen bis 0,01 mm und Verstellgeschwindigkeiten bis 10 m/s. Die Sensoren, deren Lebensdauer mit mehr als 200 Millionen Hüben angegeben wird, sind wahlweise mit Steckeranschluss oder Kabelausgang lieferbar.

Diese Systeme lassen sich einfach in kundenspezifische Lösungen integrieren. Daher gibt es dafür viele Anwendungen, zum Beispiel direkt in Hydraulikzylindern oder in Druckplattenlade- und Einrichtesystemen bei Bogenoffsetmaschinen, die den Plattenwechsel zu einer Angelegenheit von wenigen Sekunden machen.

Der induktive Linearaufnehmer FTI mit 10 mm Nutzlänge eignet sich vor allem dann, wenn ein preiswertes Messsystem gesucht wird, das analoge Ausgangssignale liefert und dabei hohe Bewegungsfrequenzen verkraftet. Er arbeitet kontaktlos, verschleißfrei und mit Linearitäten von 0,2 Prozent obendrein auch noch hochgenau. Der Temperaturkoeffizient ist kleiner als 80 ppm/°C. Das heißt, die Messergebnisse sind nahezu temperaturunabhängig. Die Auflösung wird praktisch nur durch die nachgeschaltete Elektronik begrenzt.

In vielen Anwendungen sind „normale“ Leitplastik-Potentiometer aufgrund ihres günstigen Preis/Leistungsverhältnisses und ihrer Zuverlässigkeit noch immer ohne ernstzunehmende Konkurrenz.

Das vielfältige Angebot macht es leicht, für jeden Einsatzfall die passende Lösung zu finden. Die in Hannover präsentierten linearen Wegaufnehmer decken in den unterschiedlichsten Bauformen Messlängen von 10 bis 4000 mm ab. Linearitäten bis ± 0,02 Prozent, bezogen auf den maximalen Messbereich, lassen sich dabei ohne weiteres realisieren. Praxisgerechte Details erleichtern bei allen Ausführungen Handling und Montage. Die Kurzwegaufnehmer TE und TES beispielsweise benötigen durch ihre einseitige Zugstange nur wenig Einbauplatz. Bei einem elektrischen Messbereich von 25 bis 150 mm betragen die Gehäuselängen zwischen 75 und 200 mm.

Bei den rotatorischen Aufnehmern umfasst die breitgefächerte Produktpalette Ausführungen mit kleinsten Abmessungen und kleinsten Betätigungskräften ebenso wie gedichtete Geräte in schweren Gussgehäusen. Das Standardpotentiometer P 1400 beispielsweise ist mit einem Durchmesser von nur 22,2 mm und einer Höhe von 25,4 mm besonders bei engen Einbauverhältnissen interessant. Dabei erreicht der „Zwerg“ eine unabhängige Linearität von 0,25 Prozent. Mehrfingerschleifer und verspannte Kugellagerung sorgen für eine Wiederholgenauigkeit von 0,015°. Bei den Rundpotentiometern der Baureihe SP 2500 wurde ein neuartiges Befestigungskonzept verwirklicht: Drei an das Gehäuse angespritzte Laschen mit Langlöchern erlauben einen problemlosen Anbau und einfache mechanische Justierung. Ebenfalls montagefreundlich und gut in kundenspezifische Applikationen integrierbar sind Hohlwellen-Potentiometer aus dem Lieferprogramm der Schwesterfirma Contelec. Besonders erwähnenswert ist außerdem das für den Einsatz unter extrem rauhen Umgebungsbedingungen ausgelegte Industrie-Potentiometer AWS, das eine lückenlose Ausgangsspannung über 360 Grad erzeugt.

Auch die Messwertumformer bieten eine große Auswahl. Die ein- oder mehrkanaligen Geräte versorgen die Potentiometer, greifen das Schleifersignal durch eine hochohmige Eingangsstufe belastungsfrei ab und wandeln es in ein normiertes Strom- bzw. Spannungssignal um. Je nach Typ sind die Umformer entweder für die Schaltschrankmontage oder die Vor-Ort-Montage direkt an der Steckverbindung des Potentiometers ausgelegt. Die Elektronik wurde dazu in einer Leitungsdose passend zum Gerätestecker nach DIN 433650 integriert. Für den Feldeinsatz unter extremen Bedingungen wurde außerdem eine Ausführung im stabilen Aluminium-Druckgussgehäuse entwickelt, die die Anforderungen der Schutzart IP 66 erfüllt. Auch die Kommunikation mit übergeordneten Automatisierungseinrichtungen über Feldbussysteme ist für moderne Messwertumformer unproblematisch. Geräte mit integrierter CAN-Bus-Schnittstelle beispielsweise sind inzwischen verfügbar.

Anwendungsbereiche translatorischer und rotatorischer Potentiometer erstrecken sich quer durch alle industriellen Bereiche (Bild 1 und 2). Sie sind zum Beispiel in der Mess- und Regeltechnik ebenso unersetzlich wie bei Präge- und Stanzmaschinen, in Holzbearbeitung, Fahrzeugbau, in der Textilindustrie oder in der Bühnentechnik. Mit modifizierten, aus dem Standardprogramm abgeleiteten Ausführungen lassen sich auch sehr spezielle Aufgabenstellungen lösen. Als Lenkwinkelsensor für adaptive Kfz-Systeme beispielsweise tragen sie dazu bei, die Fahrsicherheit zu erhöhen. Ausgelegt für die Hohlwellenmontage werden die Sensoren über eine Feinverzahnung direkt am unteren Ende der Lenkspindel angebracht. Kurzhubtaster lassen sich für die Gangwahlerkennung direkt im Schaltgetriebe integrieren. Für Joysticks, mit der die Mobilhydraulik an Krananlagen, Radladern, Baggern oder ähnlichen Baufahrzeugen gesteuert wird, wurde ebenfalls ein Potentiometer entwickelt. Der Aufnehmer mit Mittenrückstellung und Schalterfunktion kann mit dem Daumen aus der Mittellage symmetrisch in zwei Richtungen bewegt werden und steuert so Funktionen wie Heben, Senken oder Schwenken. Selbst die Raumfahrtechnik vertraut auf die robusten Weg- und Winkelaufnehmer: Als Drehgeber für eines der Messsysteme, die zur Zeit mit der Cassini-Huygens-Mission zum Saturn fliegen, ist ein Rundpotentiometer auf Leitplastikbasis eingesetzt.

Weitere Informationen A QE 401