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Winkel- und Drehzahlmessung Ein Drehgeber für die Großen

| Autor / Redakteur: Henning Förste / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Baumer hat einen Spannbandgeber entwickelt, dessen zum Patent angemeldetes Konzept die direkte, präzise Winkel- und Drehzahlmessung an großen Wellen ermöglicht. Passende Anwendungen finden sich fast bei allen Antrieben, Maschinen und Anlagen mit großen Wellen, wie Generatoren und Großantriebe oder in Wasser- und Windkraftanlagen.

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Je größer der Wellendurchmesser eines Antriebs oder Generators, desto schwieriger gestaltet sich die Montage der Drehgeber. Kompromisse ließen sich bislang daher kaum vermeiden. Im Bild eine Schiffswelle.
Je größer der Wellendurchmesser eines Antriebs oder Generators, desto schwieriger gestaltet sich die Montage der Drehgeber. Kompromisse ließen sich bislang daher kaum vermeiden. Im Bild eine Schiffswelle.
(Bild: Baumer)

Zur genauen und energieeffizienten Regelung von Antrieben und Generatoren ist die präzise Messung von Position und Drehzahl erforderlich. Drehgeber stellen die dazu erforderlichen Informationen zur Verfügung: Je größer der Wellendurchmesser eines Antriebs oder Generators, desto schwieriger gestaltet sich allerdings die Fertigung und Montage der Drehgeber; oberhalb von 1 m Durchmesser standen bislang nur kostenintensive Sondervarianten zur Verfügung.

Das hat sich nun geändert. Ein lagerloser Spannband-Magnetgeber lässt sich für praktisch beliebig große Wellen fertigen und ermöglicht die genaue, hochaufgelöste Messung von Position und Drehzahl. Er basiert auf einer berührungslosen und verschleißfreien magnetischen Abtastung kombiniert mit einer ausgeklügelten Signalverarbeitung.

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Die Messung von Position und Drehzahl an großen Motor- oder Generatorwellen, wie sie in Walzwerken, Papiermaschinen, Wind- und Wasserkraftanlagen zu finden sind, bedeutete bisher erheblichen Aufwand. Zum einen verlangen die eher rauen Umgebungsbedingungen möglichst robuste Drehgeber-Lösungen, zum anderen ist es keineswegs trivial, einen entsprechenden Geber an den dicken Wellen zu montieren.

Große Wellen erforderten Kompromisse

Die Montage eines Standard-Heavy-Duty-Drehgebers benötigt einen kleinen Adapterzapfen am freien Wellenende. Das kann erhebliche Rundlauffehler in Form von Taumeln nach sich ziehen und der Geber misst unter Umständen nicht an der regelungstechnisch interessanteren Lastseite. Seine B-seitige Montage verhindert zudem eine für viele Anwendungen sinnvolle durchgängige Hohlwelle und vergrößert gleichzeitig den insgesamt erforderlichen Einbauraum. Meist ist dann auch noch ein mechanischer Trittschutz für den Geber vonnöten, damit er vor Beschädigungen geschützt ist.

Eine bessere Alternative sind da lagerlose magnetische Drehgeber, die aus einem auf der Welle montierten Polrad und einem fest angebrachten Abtastkopf bestehen. Ihre Montage ist auch auf der A-Seite möglich, da diese Geber sehr kurz bauen. Bei großen Wellendurchmessern – derzeit sind etwa 1000 mm möglich – kann sich dies trotzdem schwierig gestalten, denn das Geberrad, das über ein Wellenende geschoben und fixiert werden muss, ist recht groß und schwer. Mittlerweile gibt es zwar geteilte Polräder auf dem Markt für den nachträglichen Anbau an Wellen ohne direkt zugängliches Ende. Allerdings sind diese mit zwei gravierenden Nachteilen verbunden: Es entstehen hohe Kosten und Einschränkungen bezüglich der verfügbaren Hohlwellendurchmesser, weil es sich hier immer noch um passend zum Durchmesser realisierte Sonderanfertigungen handelt. Darüber hinaus führen die beiden Stoßstellen an den Enden der Halbringe zu einem Verlust an Signalqualität.

Flexibler Gürtel mit genauer Maßverkörperung

Vor diesem Hintergrund drängen vor allem Anwender aus den Bereichen Wind- und Wasserkraftanlagen, Papiermaschinen, Baumaschinen oder Großantrieben auf bessere Lösungen. Ihr Bedarf an robusten, einfach montier- und wechselbaren lagerlosen Drehgebersystemen, mit denen sich Drehzahl und Position mit hoher Auflösung messen lassen, steigt ständig.

Sensorikspezialist Baumer hat nun entsprechend reagiert: Mit einem zum Patent angemeldeten Ansatz lösen die Spannbandgeber HD-mag flex jetzt solche anspruchsvollen Messaufgaben an Wellen mit beliebigem – theoretisch unbegrenztem – Durchmesser.

Der Spannbandgeber basiert auf einer doppelt ausgeführten, magnetischen Abtastung eines Bandes, das an seinen Enden ähnlich einem Gürtel mit einem Spannschloss um die Welle gespannt wird. Durch das berührungslose Messprinzip arbeitet der Drehgeber praktisch verschleißfrei und ist äußerst unempfindlich gegen Staub, Schmutz, Flüssigkeiten und Betauung.

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