Mit optoelektrischen Sensoren lassen sich große Getriebe überwachen

Drehmomentsensorik Mit optoelektrischen Sensoren lassen sich große Getriebe überwachen

08.09.2015Autor / Redakteur: Vlad Lata und Philipp Mehl * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Ein spezieller Drehmomentsensor überwacht große Getriebe und stellt Veränderungen fest. Grundlage ist ein optoelektrisches Messprinzip, das die Torsion direkt auf der Welle misst.

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MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

ISH Ingenieursozietät GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

KONUX GmbH

Große Getriebe überwachen: Eine Windkraftanlage lässt sich mit einem speziellen Drehmomentsensor überwachen, der nach einem optoelektrischen Prinzip arbeitet.
( © visivasnc - Fotolia)

Die Funktionen großer Getriebe werden mit einer Vielzahl unterschiedlicher Sensoren überwacht. Ein Funktionsprinzip dabei ist, das Getriebeöl zu überwachen. So wird beispielsweise der Abrieb innerhalb der Anlage beobachtet, um Verschleiß rechtzeitig zu erkennen. Eine solche Lösung wird von IFM oder Eisenbeiss angeboten. Eine weitere Möglichkeit ist es, den Winkel und die Leistungsaufnahme zu überwachen, um Veränderungen in der Funktion festzustellen. Sämtliche Drehmomentsensorik scheiterte bisher an großen Getrieben, wie sie in Schiffen, Lokomotiven oder Windkraftanlagen zum Einsatz kommen.

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Dabei ist es wünschenswert, die Anlagen umfassend zu überwachen. Große Getriebe laufen in der Regel unter hoher Last und in kritischen Bereichen, ein Ausfall ist daher oft mit unnötigen Kosten verbunden. Abhilfe können künftig optoelektronische Sensoren bieten, die ein höheres Maß an Sicherheit schaffen. Auch Abweichungen vom Idealwert lassen sich zuverlässig auslesen und die Funktion entsprechend anpassen. Die Effizienz lässt sich zusätzlich durch die Analyse von Kraftspitzen steigern.

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Moderne Sensorik sorgt für Sicherheit

Ein großer deutscher Automobilhersteller hat errechnet, dass bereits die Verkürzung eines einzelnen Produktionsschritts um zwei Sekunden, auf das Jahr gerechnet, Millionenbeträge einsparen kann. Genauso führt eine Verzögerung um den gleichen Zeitraum zu immensen Schäden. Entsprechend groß ist das Interesse daran, die Produktion so effizient und reibungslos wie möglich ablaufen zu lassen. Die Drehmomentsensoren von Konux bieten Reaktionszeiten im zweistelligen Mikrosekundenbereich und erlauben eine Echzeitüberwachung der Realtime-Klasse 3 (RTC3). Das ist Voraussetzung, um die Produktionsgeschwindigkeit zu erhöhen und dementsprechend höhere Erträge zu erzielen.

Neben den monetären Aspekten sorgt die genauere Überwachung von Prozessen auch dafür, dass die Sicherheit im Betrieb steigt. Mit moderner Sensorik lassen sich Gefahren frühzeitig erkennen und intervenieren. So können beispielsweise kollaborative Roboter schneller auf Kollisionen reagieren oder ein Nothalt innerhalb einer Produktionsstraße in Echtzeit ausgelöst werden.

Optoelektronische Messung mit patentiertem Konverter

Konux hat ein optoelektronisches Messprinzip entwickelt, das echte Drehmomentmessungen in großen Getrieben erlaubt und eröffnet damit ein neues Anwendungsfeld für Sensoren. Optoelektronische Drehmomentsensoren können die Torsion direkt auf der Welle messen. Da diese direkt proportional zum Drehmoment ist, kann dessen Größe exakt ausgegeben werden. Das bedeutet in diesem Fall eine Genauigkeit von 0,01 Prozent bei einem Verdrehwinkel von einem Grad.

Die Messung findet an beiden Enden der vorhandenen Welle über je eine Winkelmessung statt. Hier strahlt je eine LED durch eine patentierte Konverterscheibe auf eine Photodiode. Letztere wandelt das Licht in Photostrom um. Durch die Krafteinwirkung verändert sich die Position der Konverterscheibe. Dadurch ändert sich ebenfalls die an der Photodiode ankommende Lichtmenge. Anhand des dadurch variierenden Signals kann festgestellt werden, wie sich der Winkel verändert.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Messtechnik, Sensorik und Test II erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Sensoren auf die jeweilige Anwendung anpassen

Anhand zweier Winkelmessungen am Ein- und Ausgang der Welle lässt sich die Torsion feststellen, die direkt proportional zum Drehmoment ist. Das Drehmoment kann im Anschluss ausgegeben werden. Die optoelektronischen Sensoren geben das Signal nicht ungefiltert aus, sondern stellen direkt brauchbare Informationen zur Verfügung. Dabei sind die Sensoren maßgeschneidert und entsprechend auf eine Vielzahl von Anwendungen anpassbar. Sie benötigen keinen künstlichen Referenzpunkt und können sowohl in statischen als auch dynamischen Anwendungen eingesetzt werden.

Neben der Drehmomentmessung können mit dem optoelektronischen Messverfahren acht weitere mechanische Größen erfasst werden. Winkelmessung, Durchfluss und Kraft sind drei Beispiele. Interessant sind dabei insbesondere die Standardgenauigkeit von 0,1 Prozent und die robuste Bauweise ohne Anfälligkeiten gegenüber fast allen Umwelteinflüssen. Mit Blick auf das industrielle Internet der Dinge kommt es zu einer größeren Zahl an vernetzten Anlagen und damit steigen auch die Anforderungen an die entsprechenden Schnittstellen der meisten elektronischen Bauteile.

Die optoelektronischer Sensoren lassen sich mit allen gängigen Standards wie das drahtlose iWLAN oder dem drahtgebundenen industriellen Ethernet vernetzen. Durch die präzise Echtzeitüberwachung und einem Signal, das auch bei Stillstand der Maschine seinen Wert speichert, eröffnen sich neue Möglichkeiten der Integration in vollautomatisierte Abläufe. Auch bei einem Ausfall der Versorgungsspannung oder Stillstand der Maschine bleibt die absolute Messung erhalten. Bei einem Neustart setzt die Messung an der selben Stelle fort.

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