Nur nicht durchdrehen
Schleifring und Winkelsensor für eine sinnvolle Kombination
Schleifringübertrager sind elektromechanische Komponenten, die zur Übertragung von Strömen, elektrischen Signalen oder Medien zwischen einem stationären und einem rotierenden Bauteil verwendet werden. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo eine Drehbewegung von mehr als 360° erwünscht ist und eine Schleppkette die Bewegungsfreiheit einschränken würde. Um die Stellung zwischen rotierendem und stationärem Maschinenteil zu erfassen, werden in den Schleifringübertragern häufig Winkelsensoren integriert, die allerdings nur wenig Bauraum beanspruchen sollten und mit den oft rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig zurechtkommen müssen.

Ein Schleifringübertrager besteht in der Regel aus Schleifringkörper und einem Stromabnehmer, meist mit zusätzlicher Kapselung. Dieses grundsätzliche Prinzip lässt viele Varianten zu. Das zeigt das breit gefächerte Programm der Morgan-Rekofa GmbH. Für ganz unterschiedliche Branchen finden sich hier geeignete Schleifring- bzw. Drehübertrager, z.B. für Haupt-, Mess- und Steuerströme, Daten- sowie Videosignale oder sogar Medien wie Luft, Wasser oder Öl. Bei den elektrischen Systemen lässt sich zwischen kontaktierender und kontaktloser Übertragung per Lichtwellenleiter unterscheiden. Zusätzlich können diese Baugruppen mit entsprechenden Medienverteilern kombiniert und im Gesamten gekapselt werden. Anwendungsmöglichkeiten gibt es dadurch quer durch alle Branchen.

Positionserfassung zwischen drehbarem Aufbau und Unterwagen

\“Ein typischer Anwendungsfall sind Baumaschinen wie z.B. Radbagger\“, erläutert Christoph Daun, zuständig für Konstruktion und technischen Vertrieb bei Morgan-Rekofa. \“Unsere Schleifringübertrager übernehmen hier die Energie- und Datenübertragung zwischen dem drehbaren Aufbau und dem axial beweglichen Unterwagen, also dem Fahrgestell.\“ Gleichzeitig muss allerdings auch die genaue Position des Aufbaus bzw. des Baggerarms erfasst werden, um beispielsweise beim Fahrbetrieb die Geradeausstellung sicherzustellen und Gefährdungen bzw. Beschädigungen am Fahrzeug zu vermeiden. Diese Aufgabe übernehmen Winkelsensoren, die direkt in den Schleifringübertrager integriert sind. Um für den Einsatzort Bagger gerüstet zu sein, sollten die eingesetzten Sensoren allerdings eine Reihe bestimmter Eigenschaften mitbringen. \“Sie müssen die Drehwinkel unter den rauen Betriebsbedingungen beim Baustelleneinsatz zuverlässig und mit der notwendigen Genauigkeit erfassen und sich trotz des geringen Einbauraumes gut in den Schleifringübertrager integrieren lassen\“, fasst Daun zusammen. \“Eine passende Lösung fanden wir schließlich im Programm von Novotechnik. Heute setzen wir, wann immer der Kunde es wünscht, magnetische Winkelsensoren z.B. der Baureihe RFD 4000 bzw. RFC 4800 in unseren Schleifringübertragern zur Positionserfassung ein (Bild 1).\“

Kontaktlos & einfach zu montieren

Für diese Wahl sprachen gleich mehrere Gründe: Die Sensoren erfassen den Messwinkel berührungslos und damit ohne mechanischen Verschleiß. Sie liefern absolute Messwerte über volle 360°, die sie der Steuerung als Analogsignal mit einer Auflösung von 12Bit zur Verfügung stellen. Die (unabhängige) Linearität liegt bei +/-0,5%, die Wiederholgenauigkeit bei +/-0,1%. Dass die Sensoren außerdem auch noch sehr preisgünstig sind und sich durch ihre kompakte Bauform gut in den Schleifringübertrager integrieren lassen, waren weitere Argumente für die Auswahl. Schließlich benötigt der Sensor RFD 4000 dank seiner miniaturisierten Bauform mit 40mm Länge, 27mm Breite und 7mm Höhe (bzw. beim RFC 4800 Durchmesser 48mm bei einer Höhe von 13,8mm) nur wenig Einbauplatz. Bei Letzterem steht darüber hinaus eine Vielzahl von analogen und digitalen Schnittstellen zur Verfügung. Mehrkanaligkeit ist bei allen Baureihen verfügbar, um auch sicherheitsrelevante Anwendungen bedienen zu können. Die einfache Integrationsmöglichkeit leitet sich aus dem magnetischen Funktionsprinzip ab (Bild 2): Für die kontaktlose Winkelerfassung wird an der drehenden Achse ein Positionsgeber mit einem darin integrierten Magneten angebracht. Je nach Drehposition verändert sich die Orientierung des Magnetfeldes und damit das Eingangssignal des Sensors. Diese Signaländerung wird dann noch innerhalb des Sensor-ICs in ein drehwinkelproportionales Ausgangssignal umgerechnet und der übergeordneten Steuerung zur Verfügung gestellt, je nach Applikation entweder über direkte Kabelverbindung oder über einen Kontakt des Schleifringübertragers.

Montage, die Toleranzen zulässt

Weil Sensorelement und positionsgebender Magnet konstruktiv voneinander getrennt sind, vereinfacht sich die Montage, denn der Sensor kann in bis zu 4mm Entfernung zum Positionsgeber platziert werden. Ein seitlicher Versatz von bis 3mm wird ebenfalls toleriert. Die Konstrukteure bei Morgan-Rekofa wissen diese Vorteile bei der Montage zu schätzen. Da weder Welle noch Lagerung notwendig sind und der Messabstand variabel ist, sind applikationsbedingte Einbautoleranzen unproblematisch. Der gleiche Sensor lässt sich dadurch problemlos für die teilweise doch sehr unterschiedlichen Schleifringübertrager einsetzen. Falls Bedarf bestünde, könnte sogar durch Material hindurch gemessen werden, solange dieses nicht magnetisch ist, was je nach Applikation weitere Konstruktionsfreiheiten erschließt.

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Thematik: Allgemein
Novotechnik Messwertaufnehmer OHG
http://www.novotechnik.de

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