DREHMOMENTSENSORAUFBAU

Aufbau des Drehmomentsensors



Kontroller: Durch eine leistungsstarke Signalverarbeitung können die Kleinsignale digitalisiert und verarbeitet werden
Ferrite: Der Ferrit stellt einen wichtigen Baustein dar um das eingekoppelte Magnetfeld zu lenken und damit die Effizienz des Sensors zu erhöhen
Sensorelement: Das Magnetfeld für die Messung wird durch Planarspulen Induktivitäten erzeugt
Sensorgehäuse: Anwendungsspezifische Ausgestaltung des Sensorgehäuses stellt sicher dass Bauraumanforderungen von Kunden eingehalten werden können

Maße und Dimensionen des Drehmomentsensors

Die Dimensionierung des Sensors hängt von den Bauraumanforderungen der Kunden ab. Durch einen modularen Baukasten können verschiedene Anforderungen von Kunden realisiert werden. Selbst kleine Dimensionen können durch eine enge Zusammenarbeit mit Kunden in einem Produkt umgesetzt werden. Auch eine direkte Integration des Sensors in die Kundenanwendung kann durch eine geeignete Auslegung und Dimensionierung der mechanischen und elektrischen Schnittstelleen umgesetzt werden.

Drehmomentsensor von der SeiteULC02

Signal und Versorgung des Drehmomentsensors

Der Sensor benötigt eine 5V Spannungsversorgung. Die Stromaufnahme beträgt ca. 100mA bei 5V. Das Ausgangssignal für den Kunden kann spezifisch ausgelegt werden. Standardschnittstellen die bereits implementiert sind (SPI, UART, CAN) können kundenspezifisch konfiguriert werden.

Signalbandbreite des Drehmomentsensors

Die Standard Signalbandbreite des Sensors betragen 100Hz bei einem Signal zu Rauschverhalten von < 0.1% FS. Durch Anpassungen der interne Signalverarbeitung kann das Ausgangssignal auf bis zu 1kHz angepasst werden.

Welche Kräfte kann der Sensor messen

Die Dimensionierung und Ausrichtung der Messpulen definiert welche mechanischen Kräfte gemessen werden.

Kunden, die den Anspruch haben mehrere Kraftvektoren zu messen, z.B. Drehmoment und Axialkräfte, können durch ein kundenspezifisches Design und eine entsprechende Auslegung des Sensors bedient werden. Außerdem können durch Auswertung der Messdaten auch Biegekräfte ermittelt werden. Die Sensortechnologie ist so entwickelt dass durch kleine konstruktive Anpassungen verschiedene Messaufgaben gelöst werden können.


MESSVORAUSSETZUNGEN

Material des Testobjektes

Wichtige Voraussetzung für den Einsatz der Technologie ist dass die Messwelle aus einem ferromagnetischen Material besteht und gehärtet ist. Geeignete Materialen für die Wellen und die Härtungen empfehlen wir gerne in einem ersten Gespräch. Wichtig für unsere Kunden ist, dass die Messwelle ein Teil des Sensors ist und dass in einer Zusammenarbeit das System aufeinander abgestimmt werden muss. Die Dimensionierung der Welle und der Sicherheitsfaktor für Überlast bestimmen die zu erwartenden Genauigkeiten in der Anwendung.

Positionierung des Drehmomentsensors

Ein wichtiger Faktor für die Genauigkeit und Robustheit in der Anwendung ist die richtige Dimensionierung des Sensorgehäuses und der Aufnahme des Sensors in der Kundenanwendung. Die Sensoraufnahme muss möglichst so ausgelegt werden dass die Position des Sensors in Bezug auf die Messstelle möglichst wenig Bewegung zulässt. Wir empfehlen hier die Anbringung des Sensors möglichst nahe an einem Wellenlager oder einer Wellenhalterung.

Abbildungen: Das Active Sensormodul kann „inline“ an das Testobjekt (wie bei der Getriebewelle im linken Bild) oder tangential in Bezug auf den Querschnitt der Welle (rechtes Bild) platziert werden.

Abstand zwischen Sensormodul und Zielobjekt

Um eine zuverlässige Drehmomentmessung zu ermöglichen, muss das Sensormodul das Testobjekt nicht berühren. Der Sensor kann mit einem Abstand von bis zu 1mm von der Messstelle dimensioniert werden. Es sollte jedoch beachtet werden dass der Abstand vom Sensor zu Messwelle einen Einfluss auf die Messgenauigkeit hat. Der Abstand des Sensors von der Messwelle definiert die Sensititivät des Gesamtsystems, d.h. je näher der Sensor an der Messwelle ist desto größer ist das Signal.

Mehrdimensionale Sensoren

Je nach Anforderungen an die Messgenauigkeit und die Messaufgabe können ein oder mehrere Sensoren eingesetzt werden. Durch die Anzahl der Sensoren und die dadurch gewonnene Statistik können verschiedene Messeffekte unterdrückt werden. In spezifischen OEM Anwendungen können auch in einem Sensormodul verschiedene Sensoren integriert werden.
Abbildung: Beispiel eines Drehmomentsensors (links) oder zwei Drehmomentsensoren (rechts), die am nächsten zu der Oberfläche einer rotierenden Welle (Testobjekt) platziert wurden. Der Drehmomentsensor wird die ausgewählten Kräfte erfassen und messen.

BETRIEBSBEDINGUNGEN

Mechanische Erschütterungen und Vibrationen

Mechanische Erschütterungen oder Vibrationen können einen Einfluss auf das Sensorsignal haben, daher ist es wichtig den Sensor richtig zu montieren und auszurichten. Durch geeignete Massnahmen im Design des Sensors können bereits in einer frühen Phase des Entwicklungsprozesses mit dem Kunden zusammen die Störfaktoren erkannt und entsprechend limitiert werden. Eine gute Halterung und Positionierung des Sensors ist wichtig um ein gutes Messergebnis in der Anwendung zu erhalten.

Betriebstemperaturbereich des Drehmomentsensors

Die Komponenten des Sensors sind so gewählt dass Sie die meisten Industrieanforderungen von -40°C bis 105°C einhalten. Durch Auswahl anderer Komponenten kann der Temperaturbereich auch auf 125°C erweitert werden.

Beschichtung der Testobjektoberfläche mit Chrom/ Lack

Beschichtungen, Öl, Rost oder Staub haben grundsätzlich keinen Einfluss auf das Messergebnis. Die Einflussfaktoren müssen aber in kundenspezifischen Tests an der Kundenwelle und der spezifischen Applikation untersucht werden.