DER KONSTRUKTEUR 5/2015

SPECIAL I SENSORTECHNIK
proportional zur gemessenen Kraft, z. B.
dem Drehmoment, verhält.
Es gibt mindestens fünf verschiedene
Wege, wie ein ferromagnetisches Objekt,
z. B. eine Welle, ein in der Umgebung befindliches
Magnetfeld manipuliert und beeinflusst.
Jeder dieser verschiedenen Effekte
kann dazu verwendet werden, mechanische
Kräfte an dem Testobjekt zu messen.
Welcher dieser Effekte die beste und zuverlässigste
Drehmomentmessung ermöglicht,
hat das Engineeringteam in den vergangenen
Jahren erforscht und analysiert. Ein
sich wechselndes Magnetfeld mit einer bestimmten
Frequenz im hörbaren Bereich
und sehr geringer Intensität wird innerhalb
des Sensorelements erzeugt und abgestrahlt.
Das zurückkommende und vorverarbeitete
magnetische Signal wird dann mit
dem Signal verglichen, welches man zuvor
bei „null“ Drehmoment gemessen hat.
Vergleiche mit anderen
Messmethoden
In der Vergangenheit mussten zur Drehmomentmessung
Dehnungsmesstreifen oder
SAW(Service Akustik Wave)-Elemente dauerhaft
auf dem Testobjekt befestigt werden.
Andere Drehmoment-Messmethoden erfordern
die permanente Magnetisierung
des Testobjekts, bevor der eigentliche Drehmomentsensor-Baustein
angebracht werden
kann. Auch das Messen der tatsächlichen
Verformung des Testobjekts mit
Es gibt keinerlei Anforderungen an das Messobjekt, außer
dass es aus ferromagnetischem Material sein muss
einem Differential-Winkelmessgerät an
zwei verschiedenen Stellen der Welle ist
eine häufig verwendete Option. Die meisten,
wenn nicht sogar alle, der in der Vergangenheit
verwendeten Drehmoment-
Messmethoden erfordern, dass eine permanente
Veränderung am Testobjekt durchgeführt
wird. In vielen Applikationen ist das
ein Grund weshalb ein Drehmomentsensor
bisher nicht anwendbar war. Es führte zu
hohen Kosten, hoher Komplexität und erforderte
zeitraubende Logistik.
Dazu kommt noch die begrenzte Tauglichkeit
der bekannten Drehmoment-Messmethoden
in Applikationen mit rauer Umweltbedingung.
Staub, Schmutz, Luftfeuchtigkeit,
hohe Temperaturen und mechanische Vibration
sind für viele Technologien nur schwer
oder gar nicht akzeptabel, um unter diesen Bedingungen
Drehmoment messen zu können.
Wenn zur Messung von Drehmoment ein
magnetisches Messprinzip verwendet wird,
dann kann die Sensorlösung so designt werden,
dass diese für raue Umweltbedingungen
tauglich ist. Sie kann Faktoren wie Wasser, Öl,
Staub, Vibration, Luftspaltänderung usw.
widerstehen. Außerdem hat das hier vorgestellte
magnetische Messverfahren den Vorteil,
dass es keinen Schaden nimmt, wenn die
Kräfte am Testobjekt beliebig groß werden.
Design und Anwendung
Diese neue berührungslose Drehmoment-
Sensor-Technologie hat den Namen Active
2 oder einfach A2 bekommen und ist in
weniger als einer Minute am Messobjekt
einsatzbereit. Es gibt keinerlei Anforderungen
an das Messobjekt außer, dass es aus
ferromagnetischem Material sein muss. Es
besteht keine Notwendigkeit die Welle zu
verändern noch muss die Welle durch ein
spezielles Fertigungsverfahren laufen.
Der A2-Sensor besteht aus dem Sensormodul,
ein relativ kleines Bauteil, dass in
unmittelbarer Nähe zur Messstelle gebracht
wird, und der Sensorelektronik. Im Sensormodul
selbst werden nur passive Bauelemente
verwendet – überwiegend Induktoren
– weshalb dieses Bauteil für raue Umweltbedingungen
so geeignet ist. Es sind
z. B. Betriebstemperaturen von > 210 °C
möglich.
Der A2-Drehmomentsensor ist immer
wieder verwendbar in den verschiedensten
Applikationen und an beliebigen Wellengrößen.
Das Sensormodul ist so einfach zu
handhaben wie ein Thermometer: Nahe an
die Messstelle halten und sofort mit den
Messungen beginnen.
Der Anwender kann entscheiden, ob er
das Sensor-Modul vom A2-Sensor-Kit permanent,
sprich dauerhaft, in seiner Applikation
verbauen möchte, oder ob er das
Sensor-Kit nur dazu benötigt, bei der Produktentwicklung
die optimalen Einstellungen
der Messmethode zu ermitteln. Mit den
ermittelten Sensoreinstellungen kann der
Anwender dann einen applikationsspezifischen
und bauform-optimierten A2-Sensor
bestellen. Dieser ist dann weitaus kostengünstiger,
kann aber nicht mehr in den Einstellungen
verstellt werden.
Bild: Aufmacher, EpicStockMedia, www.fotolia.de
www.tam-sensors.com
01 Das Sensorsystem besteht aus
der Sensor-Elektronik und dem
Sensor-Modul, das nicht viel größer ist,
als ein Legobaustein
02 Mit den mit Hilfe des Sensor-Kits
ermittelten Sensoreinstellungen kann der
Anwender dann einen applikationsspezifischen
Sensor bestellen
03 Drehmoment-Messkurve von einem
Active-2-Sensor gemessen an einer Welle mit
10 mm Durchmesser
Der Konstrukteur 5/2015 63