Drehmomenterfassung

Drahtlose Technologie

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Sensor Technology hat eine neue Serie berührungsloser Drehmomentsensoren auf den Markt gebracht, die auf einem vollständigen Vier-Element-Dehnungsmessstreifen-Brückendesign basieren und die vorhandenen berührungslosen Sensoren ergänzen, die mit der Erkennung von akustischen Oberflächenwellen (AOW) arbeiten.

Als TorqSense SGR510/520-Serie bezeichnet, verfügen die neuen Geräte über eine Messkapazität von 250 % über dem Messbereich, so dass plötzliche Drehmomentspitzen genau gemessen und aufgezeichnet werden können. Die Konzeption gleicht auch alle Fremdkräfte aus, wie etwa Biegemomente, die unbeabsichtigt auf den Sensor ausgeübt werden, verbessert die Empfindlichkeit und hat eine große Temperaturtoleranz.

Die Brücke besteht im Wesentlichen aus vier auf die zu überwachende Welle geklebten Dehnungsmessstreifen (DMS), die in einer quadratischen Formation im Winkel von 45 Grad zur Rotationsachse angeordnet ist. Wenn daher auf die Welle ein Drehmoment angewendet wird, werden zwei Messgeräte unter Spannung gedehnt und auf zwei Druck ausgeübt. 

Ein am Rotor montierter Ultraminiatur-Mikrocontroller, der von einer induktiven Spule angetrieben wird, misst die Differenzwerte in jedem Dehnungsmessstreifen und überträgt sie digital über dieselbe Spule an den Stator zurück. Die Messgeber der SGR510/520 Serie verwenden dann modernste DMS-Signalverarbeitungstechniken, um eine kostengünstige Lösung zur Messung von einem Drehmoment mit hoher Bandbreite und Überlastbarkeit zu bieten.

„Gegenüber herkömmlichen Drehmomentsensoren bietet dieses Konzept des TorqSense SGR510/520 einige wesentliche Vorteile“, sagt Mark Ingham von Sensor Technology. „Erstens eliminiert es die Art von Störgeräuschaufnahme und Signalverfälschung, die mit einem Schleifring und anderen analogen Methoden zur Übertragung von Drehmomentdaten vom Rotor zum Stator verbunden sind.“

Ingham erklärt, dass aufgrund des kurzen Abstands zwischen den DMS-Elementen und den Messkreisen des Rotors die externe Störgeräuschaufnahme in die Verkabelung praktisch eliminiert wird. Darüber hinaus reduziert die Mehrpunktkalibrierung alle Linearitätsfehler innerhalb des Sensors. Weiter führt er aus, dass die große Funktionsüberschreitungsfähigkeit es ermöglicht, die Spitzen eines Drehmomentsignals zuverlässig, und ohne, dass sie abgeschnitten werden, zu erfassen, wenn der Sensor nahe an seiner vollen Nennleistung betrieben wird. Dies verbunden mit einer mechanischen Überlastfähigkeit von mehr als 400 % machen den Drehmomentsensor der Serie SGR510/520 zu einer sehr robusten Lösung zur Messung des Drehmoments.

Der Messbereich der SGR-Serie liegt bei 1 Nm bis 500 Nm (Modelle bis 13000 Nm sind in Kürze verfügbar) mit einer Genauigkeit von +/- 0,1 % und einer Auflösung von +/- 0,01 % des Messwandlers. Die digitale Übertragung zwischen Rotor und Stator schneidet alle zyklischen Schwankungen des Signals aufgrund der Wellenrotation ab und erzeugt eine digitale Abtastrate von 4000 Abtastungen pro Sekunde.

Zu den weiteren Funktionen gehören ein optionaler einstellbarer Filter für den gleitenden Mittelwert, ein Stromversorgungsbereich von 12 VDC bis 32 VDC, vom Benutzer konfigurierbare analoge Ausgangsspannungen, eine Auswahl an RS232-Kommunikationen, eine USB-Schnittstelle, eine CAN-Bus-Schnittstelle, ein externes Ethernet-Gateway und virtuelle LabView-Instrumente.

„Für eine einfache Bedienung gibt es eine integrierte Testfunktion“, sagt Mark, der den neuen TorqSense SGR510/520 wie folgt zusammenfasst: „Die meisten Drehmomentsensoren benötigen Schleifringe, um die Drehmomentwerte von der rotierenden Welle auf die statische Anzeige zu übertragen. Diese sind im Einsatz laut, langsam und umständlich einzurichten und soweit es die Verschleißteile betrifft nicht immer zuverlässig. Unsere TorqSense Serien arbeiten ohne Schleifringe und verwenden stattdessen eine berührungslose Signalübertragung, sodass diese Probleme schon von der Konzeption her grundlegend gelöst sind. Die neue Serie SGR510/520 eignet sich für Anwendungen wie Drehmomentmessungen, Tests, Rückkopplungssteuerung von Antriebsmechanismen und Prozesssteuerung."