Leistungsmessung

Berührungslose und wartungsfreie Leistungsflusserfassung an Wellen mittels Micro-Welding-Sensor

Einfach installierbare Lösung für effizientere Maschinen in der Energiekrise.

Insbesondere im Rahmen der Energiekrise stellt der Energieträgerverbrauch durch ineffiziente Lastprofile älterer Maschinen und Anlagen viele Unternehmen vor große Herausforderungen. Die Integration von Sensorik zur Leistungsflusserfassung und Lastkollektiverstellung bietet einen großen Stellhebel dar, den Energieverbrauch signifikant zu reduzieren, ohne Produktivität zu verlieren.

Die Messung an rotierenden Teilen stellt jedoch seit jeher eine Herausforderung dar. Nicht nur die wartungsfreie endlose Energieversorgung der Sensoren, sondern auch die Sensorapplikation ist zeit-, Know-how – und damit auch kostenintensiv.

Deshalb wurde Sensortelemetrie oft nur bei aufwändigen Prototypenversuchen, Prüfständen oder bei Problemen im Serienbetrieb eingesetzt. Zudem war insbesondere eine Applikation bei Maschinen und Anlagen im Realbetrieb aufgrund der fehlenden Reinraumsituation nur schwerlich und nur mit viel Aufwand möglich.

Öle und Fette bei sich im Betrieb befindenden Maschinen lassen eine Applikation von Drehmomentsensorik für die effektive Leistungserfassung mittels Dehnungsmesstreifen kaum zu.

Die Lösung:

Manner bietet nun einen mittels Micro-Welding montierbaren TelMA-Sensor für Leistungsflusserfassung als einfache Installation.

Der TelMA-Sensor mit integrierter Sensorik und Energieversorgung kann problemlos und in weniger als 3 Minuten ohne Tiefenreinigung der Applikationsfläche auch im rauen Umfeld installiert werden. Mittels Mikroschweißtechnik wird der fertige telemetrische Torsionssensor ohne Verschaltungsaufwand oder Kleben appliziert. Die von uns empfohlenen Mikroschweißgeräte sind tragbar und somit einfach in der Anwendung vor Ort.

Der TelMA-Sensor ist temperaturfest bis zu 125 °C und somit fast ohne Einschränkungen in Anlagen und Maschinen einsetzbar. Die hohe Signalabtastrate von 2.000 Samples/Sekunde garantiert eine hohe Signalauflösung kHz. Damit sind auch dynamische Drehmomentsignale problemlos erfassbar.

Zwei Standardausführungen werden angeboten

TelMA Torque: Schweißbarer Leistungsmesssensor basierend auf einer Drehmomentmesstechnik mit integrierter Temperatur- und Drehzahlerfassung sowie induktiver Energieversorgung

Eine Kompensation von Biegemomenten kann durch die Verwendung von zwei Sensorelementen realisiert werden – das System verrechnet in diesem Fall direkt ohne Aufwand die Signale für den Anwender und gibt ein kompensiertes Signal aus.

Antennensystem und Datenübertragung

Integriert im Torsionssensorelement befindet sich das Telemetrie-Interface mit Antenne. Somit ist das Element nach der Montage komplett batterielos und wartungsfrei appliziert.

Das TelMA-System bietet ein modulares Antennensystem. So kann sowohl ein Ring um die Welle gespannt werden und ein punktueller Datenabgriff stattfinden als auch eine mit Abstand umschließende Statorantenne realisiert werden. Beide Optionen können je nach Anwendungsumfeld eingesetzt werden.

Punktueller Datenabgriff – Zur Erfassung der Telemetriedaten mit einem Abstand bis zu 30 mm wird ein Antennenträger mit integriertem Kupferdraht und intelligentem Abgleichmodul auf die Welle gespannt. Dieser Antennenträger aus Kunststoff oder 3D-Druck kann beliebige Durchmesser von 30…500 mm haben. Nach dem Einlegen der Kupferspur kann der Draht einfach verschraubt werden. Die komplette Applikation des Rotors ist fertig.

Umschließende Statorantenne – Zur Erfassung der Telemetriedaten wird eine Statorantenne mit integriertem Kupferring verwendet. Unterschiedliche Durchmesser können für weniger als 100 EUR beim PCB Lieferanten mit ca. 1 Woche Lieferzeit bestellt werden. Der Kabelanschluss mit Drehzahlkit ist einfach und in der Auswerteeinheit mittels Schraubklemmen realisiert. Auch 2-teilige Lösungen zur Applikation sind möglich.

Statorauswerteeinheit:

Die finale Komponente des Systems stellt die robuste IP67 Auswerteeinheit dar.

Die Versorgungsspannung des Systems von 9 - 30 V bietet zudem eine enorme Flexibilität im Einsatz z. B. im Fahrzeugbetrieb. Neben dem gewohnten Spannungsausgang 0 - 5 V ist ebenfalls ein Stromausgang (4…20 mA) erhältlich. Die zusätzliche CAN-Schnittstelle lässt auch eine direkte Signalweitergabe zu. Die direkte Ausgabe von Nm oder auch Leistung ist möglich.

Das System kann direkt verwendet werden und gegebenenfalls noch durch die Manner-Software „Telemetrie-Interface“ entsprechend konfiguriert (Sensorname, Sample Rate, Informationshinterlegung etc.) und kalibriert werden (Nullpunkt- und Verstärkungseinstellungen).

Die Verwendung des Systems ist besonders einfach gestaltet und keinerlei elektronisches Vorwissen nötig.

Das System:

Der schweißbare TelMA bietet eine elegante Methode der Leistungsmessung mit integrierter zusätzlicher Temperaturerfassung an Antriebssträngen im Feld und bei Maschinen (Getriebe, Pumpen, Motoren, Schiffsantriebe, Gelenkwellen). Er eignet sich besonders als Retro-Fit aufgrund der kurzen Montagezeit in bestehenden Anlagen. Im Gegensatz zur klassischen Dehnungsmessstreifenklebetechnik mit quasi Reinraumbedingungen kann der TelMA-Sensor selbst unter rauesten Umweltbedingungen in kürzester Zeit vor Ort montiert werden.

Oft spielt der Zeitfaktor für die Installation eine entscheidende Rolle. Klebe- und Klebeaushärtezeiten für Dehnungsmessstreifen führen zu langen Stillstandzeiten, die vermieden werden sollen. Lange Liegezeiten sind unerwünscht. Eine weitere Herausforderung im Bereich der Messtechnik für größere Maschinen ist der Transport der Wellenteile bzw. die Applikationsfähigkeit vor Ort ohne Großtransporte zu realisieren.

Insbesondere im Bereich der Großmaschinen, der Landwirtschaft und bei Gelenkwellen für LKWs und Baumaschinen bietet Torque eine alternative Lösung zur konventionellen Sensor- und Telemetrieapplikation.

Die Vorteile auf einen Blick:

  • Dauerfestigkeit
  • flexibles Antennensystem zur Übertragung
  • Unempfindlichkeit gegenüber magnetischen Feldern
  • kein Problem mit Wellenströmen bei Hybrid- oder Elektroantrieben
  • freie Wahl des Werkstoffes (keine Notwendigkeit ferromagnetischer Werkstoffe)
  • keine Beeinflussung des Messsignals bei Wellenverlagerungen/Radialschwingungen
  • gute Messsignalqualität selbst bei geringen Torsionsspannungen
  •  um Faktor zehn höhere Genauigkeit als bei magnetischen Verfahren

Kontakt bei Fragen bzw. Anfragen: Tel. +49 7424 93 29-0

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