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EF 2018

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Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2018 - Fachzeitschrift für Industrielle Automation, Mess-, Steuer- und Regeltechnik

Messtechnik Wie geht man

Messtechnik Wie geht man mit einer Drehmoment- Hysterese um? Hysterese zu groß ist. In manchen Fällen kann durch eine Optimierung des mechanischen Messaufbaus die Hysterese minimiert werden. Dies gelingt aber nicht immer. Eine Lösung des Problems versprechen die neuen Active Torque Sensorsysteme, die auf einem magnetischen Messprinzip basieren. Diese intelligenten Sensoren können mehrere Messwerte in Echtzeit unter verschiedenen Messbedingungen aufnehmen. Das Resultat ist eine deutlich geringere gemessene Hysterese. Bild 1: Bidirektionale Schleife einer Drehmomentmessung, die an einer nicht gehärteten und ferromagnetischen Welle aufgenommen wurde. In diesem speziellen Fall beträgt die durch die entstehende Hysterese bedingte Messabweichung ±7 % Wird eine Drehmomentmessung direkt auf einer industriellen Antriebswelle vorgenommen, beispielsweise bei einer Bohrung oder an einer Antriebswelle, können die Messergebnisse unbrauchbar sein, weil die Reale Messbedingungen und Ursachen der Hysterese Das Drehmoment unter (idealen) Laborbedingungen zu messen ist deutlich einfacher als unter realen Betriebsbedingungen, wie z. B. an einer Pumpenwelle oder Bohrmaschinenwelle. Die Betriebsbedingungen im Messlabor die Eigenschaften der Testobjekte sind bekannt und können vom Benutzer festgelegt werden. Das ist in der realen Welt nicht so. Oft sind die physikalischen Eigenschaften der Antriebswelle, an der die Messungen gemacht wer- Autor: Lutz May Torque And More GmbH www.tam-sensors.com Bild 2: Diese Abbildung zeigt eine bidirektionale Schleife der Drehmomentmessung, die unter den gleichen Bedingungen wie für die Messungen für Bild 1 aufgenommen wurde. Allerdings wurde ein Aktive Torque- Sensor mit integrierter Hysterese-Kompensation verwendet. Der Messfehler der Hysterese hat sich auf ±1,8 % reduziert. 10 Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2018

Messtechnik Bild 3: Innerer Aufbau einer Steuerelektronik eines Aktive Torque-Sensorsystems. Die Steuerungseinheit wechselt zwischen zwei verschiedenen Einstellungen mit der der Feldgenerator des Sensor-Modules betrieben wird. Dadurch ist es möglich mit den zwei verschiedenen Messergebnissen eine Differenzmessung durchzuführen. Verschiedene Gründe können für die mögliche Abweichung der gemessenen Hysterese verantwortlich sein. Einige davon sind hier aufgelistet: • Material der Welle (Legierung) • Verwendeter Härteprozess und erreichte Oberflächenhärtung • Anvisierter Messbereich des Drehmoments im Vergleich zum Wellendurchmesser (Wellensteifigkeit) • Mögliche Überlastung der Welle • Veränderung der Umgebungstemperatur während der Drehmomentmessung In den meisten Fällen können Drehmomentmessungen mit einer geringen Hysterese dadurch erreicht werden, indem man höher legierte ferromagnetische Stähle verwendet. Dabei sollte die Härte mindestens 50 HRc betragen. Außerdem spielt das Härteverfahren eine wichtige Rolle. Es sollte kein induktives Härteverfahren verwendet werden, weil dabei schnell eine Überlast auftreten kann. Außerdem sollte die Welle, an der gemessen wird, nicht über einen Sicherheitsfaktor von 10 überlastet werden. Die eingesetzten Drehmomentkräfte sollten ein Zehntel der Belastungsgrenze nicht überschreiten. Ebenso wichtig ist es, dass die Betriebstemperatur möglichst gleich Bild 4: Workflow den sollen, unbekannt oder können nicht beeinflusst werden. Tritt beim Messen des Drehmomentes eine größere Hysterese auf, ergeben sich nicht-lineare Messresultate. Das heißt, abhängig von der Aufnahmebedingung liegen für ein und dieselbe Messung mehr als ein mögliches Ergebnis vor, obwohl die gleiche Kraft einwirkt. Die Messabweichungen, die auf dem Hysterese effekt beruhen, können kleiner als ±1 % des gesamten Messbereiches sein oder bis zu ±20 % oder sogar noch mehr betragen (Bild 1). Bild 5: Die Legierungen, die für Ölbohrwellen verwendet werden und die Tatsache, dass diese nicht gehärtet sind, ergeben eine nicht-lineare Messkurve, deren Hysterese-Fehler bei fast 100 % liegen kann, wenn man versucht die Drehmomentkräfte direkt an der sich drehenden Welle zu messen Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2018 11

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