Drehmomentsensoren

Schäden an Maschinen verhindern

Wie genau verhalten sich Rohstoffe innerhalb einer Maschine? Welche Kräfte entstehen dadurch? Und wann wird die Belastung so hoch, dass Komponenten verschleißen oder brechen? Diese Fragen ließen sich früher nur schwer beantworten: Herkömmliche Sensorsysteme, die entsprechende Daten liefern, halten den Umweltbedingungen in Maschinen und Anlagen nicht stand - etwa Vibrationen, Biegungen, Öle, Feuchtigkeit, Reinigungs- und Schmiermittel oder hohe Temperaturen. Exakte Daten sind jedoch wichtig, um Maschinen zu regeln; andernfalls kann es zu Qualitätsmängeln in der Produktion oder zu Schäden an Komponenten kommen.

Die Elektronik (links), die magnetisierte Welle (rechts) und der Sekundärsensor mit integrierten Magnetfeldspulen (hinten) bilden gemeinsam das komplette Sensorsystem.

Heute sind moderne Drehmomentsensoren auf dem Markt, die an dieser Stelle ansetzen. Die NCTEngineering GmbH aus Unterhaching bei München nutzt dabei das Prinzip der Magnetostriktion: Mit Hilfe von Strompulsen lassen sich bestimmte Bauteile, die zum Sensor werden sollen, magnetisieren - etwa Getriebeeingangs- oder -ausgangswellen. Unter der Wellenoberfläche entsteht ein langzeitstabiles Magnetfeld. Nimmt das Drehmoment zu oder ab, verändert sich das Magnetfeld. Hochauflösende Magnetfeldspulen detektieren dies berührungslos in einem Abstand von bis zu drei Millimetern. Diese Spulen lassen sich in einen Spulenhalter vergießen, so dass ihre Position zur Welle stets konstant bleibt. Bei externen magnetischen Störfeldern dient ein Gehäuse als zusätzliche Abschirmung. Eine Auswerteelektronik erfasst die Veränderungen des Magnetfelds innerhalb von Mikrosekunden und wandelt sie in sichtbare und damit nutzbare elektrische Signale um. Der Vorteil dieser Technologie ist, dass man kein zusätzliches Bauteil verkleben muss. Stattdessen wird eine bereits vorhandene Komponente, die Welle, durch magnetische Codierung zum Sensor. Dies macht ihn unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen. Zudem sind keine Schleifkontakte vorhanden, und auch die störanfällige Übertragung der Signale via Telemetrie entfällt. Dadurch arbeitet die Sensorik zuverlässiger als beispielsweise Dehnungsmessstreifen; gleichzeitig werden exakte Messergebnisse erzielt.

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Einsatz in Richtmaschinen und Extrudern

Bewährt hat sich die Technologie beispielsweise bei Richtmaschinen. Um Bleche zu begradigen, werden sie durch zwei übereinander liegende Schichten von Rollen geführt und dabei nach oben und unten gebogen. Rutschen Bleche durch oder verkanten sie, überlasten die Gelenkwellen. NCTE-Sensoren auf den Wellen oder den entsprechenden Kupplungsstücken erkennen innerhalb von Sekundenbruchteilen, wenn sich das Drehmoment verändert. So lässt sich dieses anpassen oder die Maschine regeln, bevor Schäden entstehen. Auch bei Schneckenextrudern messen NCTE-Sensoren bereits erfolgreich Drehmomente. Extruder kommen beispielsweise in der Lebensmittel- sowie der Kunststoffindustrie zum Einsatz, um verschiedene Rohstoffe zu mischen, aufzuschmelzen und in Form zu pressen. Verklemmen sich die Schneckenwellen oder wirken unterschiedliche Drehmomente auf die einzelnen Wellen, kann es zu fehlerhaften Mischverhältnissen kommen. Zudem kann eine Schneckenwelle brechen oder das Getriebe zu Schaden kommen, wenn der Druck im Extruder zu groß wird. Ein Sensor an jeder Ausgangswelle des Verzweigungsgetriebes oder am Kupplungsstück misst das auftretende Drehmoment, und signalisiert rechtzeitig, wenn die Belastung zu hoch wird.

NCTE-Drehmomentsensoren lassen sich nicht nur in Richtmaschinen und Extrudern einsetzen, sondern überall dort, wo anhand von Drehmomenten die auftretenden Kräfte gemessen werden sollen. Sie verhindern Schäden an den Maschinen und damit verbundene Produktionsstillstände, die Produktion wird effizienter und wirtschaftlicher. jg

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