O+P Fluidtechnik 5/2016

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RUBRIZIERUNGSEBENE DREHMOMENTMESSWELLE VIER IN EINEM SPECIAL / MESS- UND PRÜFTECHNIK Autor: Jürgen Kösters, Leiter Messtechnik bei KTR in Rheine 48 O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 4/2016 5/2016
DREHMOMENTMESSWELLE Jürgen Kösters In der modernen Antriebstechnik ist die präzise Messung von Drehmoment und Drehzahl nicht mehr wegzudenken. KTR geht noch einen Schritt weiter und hat eine Drehmomentmesswelle mit integrierter Drehzahlmessung entwickelt, die zusätzlich auch Drehwinkel und -richtung ermittelt. Die Ergebnisse einer Drehmoment- und Drehzahlmessung geben nicht nur Aufschluss über das Niveau der mechanischen Leistungen einer Anlage. Aus den Bestimmungen der physikalischen Größen lässt sich auch der Wirkungsgrad optimieren oder die Umweltbelastungen reduzieren. In der industriellen Antriebstechnik wird die Drehmomentmesstechnik in erster Linie in Prüfständen eingesetzt. Hier werden mitunter Motoren, Turbinen, Getriebe oder Pumpen aber auch Kupplungen geprüft. Die Messtechnik kann auch unmittelbar in den Regelkreis einer Maschine integriert werden, um Maschinenbauteile zu schützen oder Prozesse zu automatisieren. Überdies finden sie ihren Einsatz an Montagelinien oder in der Qualitätssicherung. Der technische Fortschritt der Antriebstechnik lässt dabei die Ansprüche der Anwender an die notwendigen Messmittel in Sachen Schnelligkeit, Genauigkeit, Zuverlässigkeit aber auch Wirtschaftlichkeit stetig wachsen. Um den gewachsenen Anforderungen der Anwender gerecht zu werden, hat KTR das Messsystem DATAFLEX weiterentwickelt. MEHR AUSSTATTUNG SERIENMÄSSIG Das Programm der neuen DATAFLEX-Baureihe umfasst Messbereiche von 10 bis 5 000 Nm. Bei der Entwicklung der Präzisionsmesswelle setzten die KTR-Ingenieure auf das bewährte Messprinzip mittels Dehnungsmessstreifen und paarten es mit neuen elektronischen Komponenten, die eigens von KTR hierfür entwickelt wurden. Mit einer Abtastrate von 10 kHz bietet das System eine überdurchschnittlich hohe Messfrequenz und ermöglicht damit die Ermittlung gefährlicher Drehmomentspitzen hochdynamischer Antriebe. Diese Belastungen müssen frühzeitig erkannt und entschärft werden, um unerwartete Schäden im gesamten Antriebssystem zu vermeiden. Die störunempfindliche Datenübertragung arbeitet digital mit einer Auflösung von 24 Bit und besitzt eine Messungenauigkeit von nur 0,1 % vom Endwert. Das dabei ausgegebene Signal ist äußerst rauscharm. Für die meisten Anwender ist die Messung der Drehzahl zur Leistungsermittlung des Antriebs durchaus sinnvoll, vielfach sogar zwingend erforderlich. Oft müssen dazu Drehzahlsensoren kostenpflichtig hinzu geordert werden oder schlimmer noch: die Erweiterung ist aus technischen Gründen nicht möglich. Ergänzend zur Drehmomentmessung besitzt die DATAFLEX-Messwelle einen Encoder zur Ermittlung der Drehzahl. Je nach Baugröße liefert dieser zwei um 90 Grad phasenversetzte Signale mit einer Auflösung von 360, 450 bzw. 720 Impulsen pro Umdrehung. Der Aufnehmer ist kein optionales Extra, sondern im Serienumfang enthalten. Aufgrund der hohen Auflösung eignet sich das Drehzahlsignal der Baureihe auch zur Bestimmung der aktuellen Winkellage der Welle. Damit kann ein Drehmomentereignis einer bestimmten Winkelposition zugeordnet werden. Überdies sorgt ein integrierter f/U-Konverter dafür, dass neben den gebräuchlichen Rechtecksignalen auch ein Gleichspannungssignal ausgegeben wird. Durch diesen simplen Spannungsausgang kann das Drehzahlsignal an eine analoge Datenerfassungskarte angeschlossen werden. Der Spannungsausgang kann für unterschiedlichste Maximaldrehzahlen skaliert werden, so dass Auflösung und Genauigkeit sowohl für sehr schnelle als auch langsame Antriebe ausreichen. Des Weiteren zeigt ein weiterer Ausgang die Drehrichtung der Antriebswelle an. SENSORTEST INTEGRIERT POINTIERT DREHMOMENT-, DREHZAHL-, DREHWINKEL- UND DREHRICHTUNGSMESSUNG IN EINEM HAUPTANWENDUNGSGEBIET PRÜFSTANDTECHNIK WEITERE BAUREIHEN BEREITS IN ENTWICKLUNG Die Kommunikation zwischen rotierender Welle und feststehender Elektronik erfolgt bidirektional und berührungslos. Im Messmodus werden hier die Daten von der rotierenden Welle an den feststehenden Empfänger gesendet und dort aufbereitet. Im Testmodus hingegen erzeugt der Empfänger ein Signal und schickt dieses zurück zur rotierenden Elektronik, was einen Sensortest auslöst. Die Stromversorgung der rotierenden Bauteile wird dabei über eine induktive Energieübertragung sichergestellt. Das Anschlussgehäuse DF2 lässt sich mit den DATAFLEX- Messwellen einfach kombinieren und besitzt eine Aufnahme zur Hutschienenmontage sowie Schraubklemmen für den Anschluss externer Geräte. Bei der Drehmomentausgabe setzten die KTR- Entwickler weiterhin auf den analogen Spannungsausgang (- 10 … 10 V), so dass der Messbereich handelsüblicher Messwerterfassungskarten voll ausgenutzt werden kann. Das System wurde so ausgelegt, dass es sich auf eine zukünftige digitale Kommunikation erweitern lässt. Der Drehmomentausgang ist in fünf Stufen filterbar, so dass kurze Drehmomentspitzen auf der Anzeige reduziert werden können. Ebenfalls am Anschlussgehäuse vorhanden sind Anschlüsse für die Drehzahlmessung, Drehrichtungssignal und Gleichspannungs-Drehzahlsignal. Sämtliche Ausgänge sind kompatibel zu Messwerterfassungskarten wie auch zu SPS-Steuerungen. O+P – Ölhydraulik und Pneumatik 5/2016 49
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