Eintauchen in Sensorik

Drehgeber, die Wachendorff Automation mit einem NFC-Chip (Near Field Communication) ausgestattet hat, können nun per App konfiguriert werden. Der größte Vorteil einer Parameter-Konfigurierung per NFC ist ein Sicherheitsaspekt. Konfiguriert wird direkt an der Maschine. Das bedeutet, dass der Zugriff räumlich eingeschränkt ist. Zusätzlich schützen ein Passwort und eine verschleierte Kommunikation vor ungewollten Zugriffen. Störstrahlungen kommen durch die passive Kommunikation des NFC nicht auf.

Angebaut ist das NFC-Modul bei der WDGN-Serie. Zu ihr gehören Wellen- und Endhohlwellengeber mit Durchmessern von 36 und 58 mm und bis zu 300 N Wellenbelastung. Problematisch war bisher die Umgebungstemperatur, der die Drehgeber ausgesetzt sind. Die NCF-Technik ist Temperaturen unter –40 und über +80 °C nicht gewachsen. Dazu kamen die Dehnungsunterschiede zwischen dem Drehgeberwerkstoff Metall und dem Kunststoff des NFC-Moduls. Wie Wachendorff das gelöst hat, wird leider nicht verraten.

Bei HCP Sense wird das Lager zum Sensor. Lediglich ein Kabel wird an den Außenring des Lagers angebracht, eine Keramikschicht sorgt für die richtige Übertragung und schon werden Belastungen und Schmierung gemessen und analysiert. Die Keramik verändert nichts an den mechanischen Eigenschaften des Lagers. Der Vorteil, wenn der Sensor direkt am Lager liegt: Die elektrischen Eigenschaften des Lagers werden direkt gemessen, die Umgebung nimmt keinen Einfluss auf die Messung und das Messsignal kann eindeutig dem Lager zugeordnet werden. Gemessen werden Kräfte, Schmierung und Schäden am Wälzlager. HCP arbeitet bereits an einer kontaktlosen Variante seiner Sensortechnik.

Fraba Posital hat Wiegand-Sensoren in einige seiner Encoder eingebaut. Diese erzeugen eine Spannung, die ausreicht, den Drehgeber zu versorgen. Die Elektrizität entsteht so: Ein spezieller Draht, der Wiegand-Draht, ändert seine magnetische Polarität innerhalb von Mikrosekunden, sobald ihm ein externes Magnetfeld nahekommt. Das erzeugt einen Spannungsimpuls in einer benachbarten Kupferspule. Bei Drehgebern wird das Magnetfeld eines zusätzlich angebrachten Magnets durch die Drehung der Welle verändert.

Die ersten ASICs (Anwendungsspezifische integrierte Schaltungen) dafür hat Fraba selbst entwickelt, in der Zeit der Chip-Krise. Sie haben eine höhere Auflösung und eine bessere Genauigkeit erreicht als bei ihren zuvor verwendeten Bauteilen. Der Sensorhersteller sieht seine Drehgeber, die sich durch die Wiegand-Sensoren autark mit Strom versorgen, als einen Invest in Nachhaltigkeit.

Wo in einer Anwendung der Sensor angebracht wird, ist egal. Denn das Gas breitet sich überall im Raum aus und für die Messung ist der Anstieg an Elektrizität in der Luft entscheidend, der durch das austretende Gas entsteht. Speziell für Anwendungen im MEMS-Bereich (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme) bestehen die elektrochemischen Gassensoren aus einem Festpolymer. Wer eine Anwendung mit Öl oder Staub zu bestücken hat, der kann sich über einen PTFE-Filter in den Sensoren freuen.

Sensorik-Bayern ist Partner im Netzwerk „Strategische Partnerschaft Sensorik e.V.“. Gemeinsam werden kundenspezifische Sensoren entwickelt, zum Beispiel für Anwendungen im IoT-Bereich. Der Fokus liegt auf batteriebetriebenen, drahtlosen Sensoren, aber auch kabelgebundene Varianten schließen sie nicht aus. Um Kundenprojekte umzusetzen, arbeitet das Netzwerk sowohl mit festen Elektronik- und Software-Entwicklern sowie Physikern als auch mit Ingenieuren der Partner. Ein aktueller Schwerpunkt liegt im Retrofit alter Maschinen. Dabei geht es hauptsächlich um Condition-Monitoring-Aufgaben. Aber auch adaptive Prozessoptimierungen wie das Daten-Einlesen für KIs gehören zu ihrem Spektrum.

Ein etwas skurrileres Projekt war die „Bionic Roboskin“ für einen Roboter-Rochen, der in der Ostsee erste Daten sammelte. Die Haut basiert auf einem dreidimensionalen Textilverbund. Darauf wurden feuchtigkeitsbeständige elektrische Verbindungen für die Energieversorgung und Kommunikation sowie Sensorstrukturen eingewebt.

Einen Abstecher zu mobilen Arbeitsmaschinen konnten Besucher der Sensor+Test bei STW (Sensor Technik Wiedemann) machen. Unter anderem stellte das Unternehmen den Neigungssensor SMX.IGS-E aus. Er ist für Kranausleger und Hubarbeitsbühnen gedacht und misst Neigungswerte in einer Dimension, also 360°, oder in zwei Dimensionen mit +/- 90°. Zudem werden Beschleunigungen und Drehraten in allen drei Raumachsen gemessen. Neben den klassischen Tiefpassfiltern wie Butterworth und „kritisch gedämpft“ kann für dynamische Anwendungen auch ein Kalman-Filter aktiviert werden. Dieser berechnet die geplante Position voraus. Damit ausgestattet ist der Sensor gut für dynamische Applikationen geeignet. Die erfassten Messwerte werden über ein CAN-, CANopen oder SAE J1939 Interface an die Steuerung weitergegeben.

Odisi 6000 ist nicht neu, aber in Verbindung mit der Anwendung ein Eyecatcher auf der Messe. Um anschaulich zu machen, wie das Messgerät Dehnungsveränderungen anzeigt, hatten Hersteller Luna Innovations und Polytec eine Kugelbahn aufgebaut. Das mehrkanalige, faseroptische System hat in Echtzeit die Dehnung der Kunststoffbahn, die von einer runterrollenden Kugel ausgelöst wird, gemessen und visualisiert. Für die Genauigkeit setzt Odisi alle 0,65 mm einen Messpunkt. Die hochauflösenden Dehnungssensoren von Luna, die aus polyimidbeschichteten Fasern bestehen, haben einen Durchmesser von 150 µm, sind in den Standardlängen von 1 m bis 100 m kalibriert und mit Temperaturbeständigkeiten von 220 oder 300 °C erhältlich. Dehnung oder Temperatur messen die Sensoren bei Kunststoffen, Stahl, Holz, Glas oder Carbon. Anwendungsgebiete finden sich unter anderem im Automobilbau oder bei Windkraftanlagen.