Magnetorestriktive Drehmomentsensoren

Auf den Achsen und Gelenken der Roboterarme können Drehmomentsensoren über die kontinuierliche Erfassung der auftretenden Kräfte dafür sorgen, dass sich der Antrieb exakt und sekundenschnell an das ermittelte Drehmoment anpasst. Registriert der Sensor auf seinem Weg auch nur die geringste Abweichung der vorgegebenen Kräfte, lässt sich die Bewegung automatisch abbremsen oder abbrechen.

Einschränkungen herkömmlicher Drehmomentsensorik

Moderne Roboteranwendungen verlangen serientaugliche Drehmomentsensoren. NCTE

Drehmomentsensoren kennen die meisten Ingenieure nur aus Testanwendungen. Obwohl diese Messtechnologie wertvolle Datenerhebungs-, Optimierungs- und Steuerungsoptionen bietet, halten viele Entwickler und Anwendungsingenieure sie immer noch für teuer, fehleranfällig und komplex. Der Grund liegt darin, dass die im Markt kommerziell erhältlichen Drehmomentsensoren auf Basis von Dehnmessstreifen anspruchsvollen Bedingungen oft nicht standhalten. Mechanische, thermische und chemische Beanspruchung bringen herkömmliche Lösungen schnell an die Grenzen, Dehnmessstreifen fallen ab oder liefern unzureichende Daten. Zudem ist die Signalübertragung per Telemetrie aufwendig, sehr teuer und störanfällig. Folglich kam Drehmomentsensorik bislang nahezu ausschließlich in exklusiven Prüf-, Test- und Entwicklungsanwendungen zum Einsatz. Industrietaugliche Serienlösungen für Volumenmärkte erschienen aufgrund der Limitationen der Technologie kaum erschließbar.

Berührungsfreie Drehmomentsensoren des Sensorik-Spezialisten NCTE, die das Prinzip der Magnetostriktion nutzen, eröffnen völlig neue Anwendungen, mit dem entscheidenden Vorteil, dass sie serientauglich sind. Ihre außerordentliche Robustheit, Haltbarkeit und Präzision ermöglichen wartungsfreie Sensoriklösungen, die genauso lange halten wie das Fahrzeug, der Roboter oder die Anlage selbst, während ihre bestechend einfache Technologie insbesondere auch für OEM-Serienprodukte attraktive Kostenstrukturen bietet.

Die berührungsfreie Dimension des Messens

Im patentierten NCTE-Prozess werden Welle, Achse oder beliebige rotierende Komponenten einer Maschine oder eines Fahrzeugs selbst zum Primärsensor und arbeiten vollständig berührungsfrei. Zur Kraftmessung nutzen diese Sensoren das Prinzip der Magnetostriktion. In einem eigenentwickelten, patentgeschützten Strompulsverfahren erhält die Achse eine dauerhaft remanente, schwache magnetische Codierung.

Die kompakten, extrem robusten Standardsensoren der Serie 2000 eignen sich für Labor- und Prüfstandanwendungen. NCTE

Das dabei erzeugte Magnetfeld ist langzeitstabil und unempfindlich auch gegen schwierige Umgebungsbedingungen wie Vibrationen, hohe Umdrehungszahlen und Temperaturen. Nahe der Achse erfassen hochauflösende Miniatursensoren berührungslos und verschleißfrei selbst kleinste Drehmomentänderungen durch einen Luftspalt von mehreren Zehntel-Millimetern. Dies erlaubt präzise Echtzeitmessungen zur Steigerung von Produktivität, Effizienz und Ausfallsicherheit, ermöglicht signifikante Gewichtseinsparungen und lässt sich zum Schutz vor Überlast und zur optimalen Steuerung von Antrieben nutzen. Ebenso ermittelt die Drehmomentmessung wertvolle Daten zur Entwicklung optimierter Motoren oder Maschinen, bei Bedarf auch in hochauflösender Abtastrate. So gewinnt man äußerst wertvolle Erkenntnisse über vorliegende Kräfte in Antriebsträngen aller Art. Aufgrund ihrer berührungsfreien Arbeitsweise erschließt sich für NCTE-Drehmomentsensoren eine Vielzahl von Anwendungen, die weit über die Möglichkeiten normaler Drehmomentsensoren hinausgehen.

Für anspruchsvolle Messaufgaben mit besonders hoher Genauigkeit eignet sich die Standardsensor-Serie 3000. NCTE

Industrietaugliche drehmomentabhängige Steuerung

Drehmomentsensoren auf Achsen und Gelenken von Roboterarmen und Maschinen sorgen über die kontinuierliche Erfassung der auftretenden Kräfte dafür, dass sich der Antrieb exakt an das ermittelte Drehmoment anpassen lässt. Die NCTE-Sensoren zeichnen sich für Industrie-4.0-Anwendungen besonders durch extrem kurze Systemlaufzeiten der Messdaten an die Kundenschnittstelle aus, sodass in kürzester Zeit eine Regelung auf den Sensor möglich ist. Die kontinuierliche Echtzeitmessung erkennt zu jedem Zeitpunkt kleinste Veränderungen der auftretenden Kräfte und Momente an den Achsen und ermöglicht dadurch die unmittelbare Echtzeitanpassung der entsprechenden Bewegungen, wodurch sich Unfälle sicher vermeiden lassen.

Eine Metallbalgkupplung macht den robusten Sensor der Serie 6000 flexibel einsetzbar. NCTE

Drehmomentsensoren lassen sich im Industrie-4.0-Umfeld auch zur automatisierten Überwachung von Antrieben interagierender Aggregate nutzen. Hier vermeidet die Echtzeitmessung der auftretenden Kräfte sicher Fehlfunktionen, Kollisionen und Beschädigungen aller Art. Die ständige Kraftrückmeldung ermöglicht außerdem Antigravitationsregelungen.

Robust, langlebig, wartungs- und rekalibrierungsfrei

Im Robotereinsatz herrschen für Sensoren Extrembedingungen, die eine nicht zu bewältigende Herausforderung für klassische Dehnmessstreifen darstellen. Die berührungsfreie Messung mechanischer Kräfte auf Basis magnetischer Effekte in den NCTE-Sensoren funktioniert hingegen unabhängig davon, ob die Welle von Luft, Öl, Wasser oder einem anderen Medium umgeben ist. Die gekapselten Sekundärsensoren halten selbst härtesten Umweltbedingungen, wie sie beispielsweise in der Luftfahrt oder in anspruchsvollen Prüfständen auftreten, mühelos stand. Da die Welle selbst der Primärsensor ist, sind diese Drehmomentsensoren lebenslang wartungs- und rekalibrierungsfrei und halten daher ohne jeglichen Benutzeraufwand genauso lange wie die Welle selbst.

Die Standardsensoren für Off-Highway-Fahrzeuge, Agrartechnik, Entwicklung und Prüfstandsbau sind mit Flansch/Flansch- oder Zapfwellenanschlüssen erhältlich. NCTE

Verkapselt gegen magnetische Einflüsse

Um zuverlässig in einem Umfeld mit vielen elektromagnetischen Einflüssen zu funktionieren, wie beispielsweise in einem Roboter, erhalten die magnetostriktiv arbeitenden NCTE-Sensoren nicht nur eine spezielle Kodierung der magnetischen Feldeinbringung. Auch die besondere Anordnung der magnetischen Messaufnehmer, auch Sekundärsensoren genannt, schützt die Sensoren effektiv gegen parasitäre magnetische Einflüsse. Zudem sind alle NCTE-Sensoren verkapselt, was sie besonders beim Einsatz in Anlagen, Fahrzeugen, Robotern und Maschinen von den ständig durch laufende Motoren, Antriebe und magnetische Werkzeuge verursachten Störfeldern abschirmt.

Einsatz in Hohlwellen und Innenwellen

Mit dem patentierten Verfahren lassen sich auch Hohlwellen mit innenliegenden leistungsführenden Kabeln zu Primärsensoren magnetisieren. Die gekapselten Sekundärsensoren sind auch hier perfekt geschützt vor magnetischen Störfeldern jeder Art und erfüllen damit alle EMV-Anforderungen. Ebenso lassen sich Innenwellen als Primärsensoren magnetisieren, um damit hochpräzise Drehmomentmessungen sogar in extrem engen Bauräumen, zum Beispiel in Getrieben oder Antrieben, zu ermöglichen.

Kraftmessung für Drehmoment, Scherung, Biegung

Eine Spitzenposition nimmt NCTE mit neuartigen Sensorlösungen ein, die eine Drehmomentmessung und eine parallele Biegungsmessung in zwei Achsen in einem einzigen Sensor vereinigen. Hierfür verbindet man mehrere Miniatursekundärsensoren miteinander, die berührungsfrei und in Echtzeit die unterschiedlichen Leistungsdaten erheben. Diese hocheffiziente Messtechnologie bietet insbesondere in Anwendungen mit komplexen Bewegungsabläufen wie beispielsweise in Robotern entscheidende Vorteile.

Die Sensoren des Unternehmens sind bereits in vielen anspruchsvollen Industrien erfolgreich im Einsatz, beispielsweise in Windkraftanlagen, in der Automobilindustrie, in Elektro-Bikes, im Motorsport, in der Luftfahrt oder im Prüfstandbau. Überall, wo Kräfte extrem robust, präzise und serientauglich zu messen sind, helfen diese intelligenten Lösungen, Maschinenausfälle zu vermeiden, Effizienz und Produktivität zu steigern, Gewicht zu reduzieren und Kosten zu sparen. Auf Wunsch integrieren die NCTE-Experten auch Sensoren in kundenspezifische Applikationen. Ergänzt wird das Angebot durch verschiedene bereits in Serie gelieferte OEM-Lösungen und Nachrüstangebote für bestehende Anlagen.

(pet)