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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2021

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INDUSTRIELLE AUTOMATION 4/2021

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Auf das hundertstel Grad genau Magnetringe für Sensortechnik – besondere Lösungen für besondere Anforderungen Sensoren und Magnetringe sind unabdingbar, wenn es um die exakte Positionsbestimmung und Drehzahlmessung geht. Vor allem im Zuge zunehmender Automatisierung, beispielsweise in der Robotik, kommt ihnen eine hohe Bedeutung zu. Gefordert sind hier Winkelmessungen mit einer Auflösung auf das hundertstel Grad genau. Wir stellen Ihnen eine neue Generation Magnet-Encoderringe vor, die derartige Messungen auch bei begrenzten Platzverhältnissen mit Bravour meistert. Mit der Erfindung der ASB-Technologie hat das Unternehmen NTN-SNR Roulements (europäische Tochtergesellschaft der NTN Corporation) im Jahr 1997 einen weltweiten Standard geschaffen. Die bis dahin übliche Lösung, bestehend aus passivem Sensor und Zahnkranz wurde durch einen aktiven Sensor und einen Magnetencoder in der Lagerdichtung abgelöst. Mög- Dipl.-Ing. (FH) Nicole Steinicke, Chef redakteurin, INDUSTRIELLE AUTOMATION lich wurden damit die Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit ab 0 km pro Stunde, eine kompaktere Bauweise und ein reduziertes Gewicht. Zudem wurde der Aufbau des Radlagers vereinfacht und eine Standardisierung der Komponenten erreicht. Heute nutzen mehr als 90 % der Hersteller in der europäischen Fahrzeugproduktion diese ASB-Technologie und stattet die meisten Radlager damit aus. Sie dienen der Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, Steuerung von ABS und ESP, Aktivierung der Berganfahrhilfe, Navigation und weiteren Elektronikfunktionen. Führend mit innovativer Sensortechnologie NTN-SNR ist also ein wichtiger Mechatronikpartner der Automobilindustrie. Doch nicht nur das. Der Marktführer für Präzisionsmechanik hat seine Aktivitäten mit einer Reihe von Sensorik-Produkten auf industrielle Anwendungen ausgeweitet. Dazu zählen hochauflösende Sensoren zur Messung absoluter (Winkel-)Positionen, instrumentierte Lager zur Steuerung von Elektromotoren sowie Fehlererkennungssysteme für den Antriebsstrang. Diese kompakten Lösungen erleichtern die Integration und kommen unter anderem in verschiedensten Robotersystemen zum Einsatz. 01

SENSORIK UND MESSTECHNIK 01 Die Magnetpaare sind zueinander versetzt, sodass der Sensor immer exakt erkennt, an welcher Stelle er sich befindet 02 Sensor-/Encoder-Lösung für Steuerungssysteme: die Magnetringe können ab einem Innendurchmesser von 15 mm produziert werden; noch kleinere sind in der Entwicklung 03 Sensoren in zylindrische Bauform bieten in einem kompakten und robusten Gehäuse eine hohe Auflösung und lassen sich an zahlreiche Anwendungen anpassen Magnet-Encoderringe nach dem Prinzip „True-Power-On“ Wir entwickeln Lösungen für die Mobilität von morgen und IoT-Technologien bis hin zu Industrie-4.0-Anwendungen NTN Corporation arbeitet stets an der Weiterentwicklung seines Portfolios und hat nun seine Magnet-Encoderringe auf Basis der ASB-Technologie auf ein neues Niveau gebracht. Ein Sensor mit diesem Encoderring misst nicht nur die absolute Winkelposition einer Welle, sondern er erfasst auch die Drehzahl zuverlässig und unter schwierigsten Bedingungen, beispielsweise innerhalb eines Ölnebels. Die Messdaten werden in nahezu jeder Umgebung fehlerfrei geliefert. Möglich ist dies durch den technischen Aufbau der mehrspurigen Magnetringe: Auf einem Metallring wird eine magnetisierbare Kautschukschicht aufvulkanisiert, die im Anschluss mit zwei zueinander versetzten magnetischen Spuren unterschiedlicher Polpaarzahlen magnetisiert wird. Die Hauptspur unterscheidet sich von der Nebenspur um ein Polpaar, N gegenüber N-1. Der Messsensor erkennt durch die versetzte Anordnung zu jeder Zeit – auch nach einem Wiedereinschalten – an welcher Stelle der Welle er sich befindet und kann dadurch den Winkel absolut und exakt messen. Dieses Messprinzip wird auch ‚True- Power-On‘ genannt. Die Encoderringe wurden für unterschiedliche Anwendungen entwickelt und sind als radiale und axiale Varianten verfügbar. Aktuell umfasst das Portfolio zwölf unterschiedliche Baugrößen ab einem Innendurchmesser von 15 mm. Weitere, noch kleinere Durchmesser sind in der Entwicklung. Zudem lassen sich auch indi- viduelle Encoderringe fertigen oder auf noch kleinere Wellendurchmesser adaptieren. Präzise Messungen auch unter widrigen Bedingungen Als Einsatzgebiete sieht der Mechatronik- Experte jedoch nicht nur die Robotik. Auch diverse Elektromotoren und Equipment für Industrie-4.0-Applikationen haben die Pioniere und Experten im Blick. Vorteil ist, dass die Magnetringe unempfindlich gegenüber Vibrationen, hohen Temperaturen und Staub sind und sich dadurch auch bei schwierigsten Bedingungen einsetzen lassen. In Kombination mit einem passenden Sensor, z. B. dem iC-MU von iC-Haus, sind die Drehzahlaufnahme des rotierenden Magnetringes und eine absolute Winkelerfassung ohne Referenzfahrt mühelos realisierbar. Vor der Messung muss also keine Einstellung erfolgen und auch nach einem Stromausfall ist der Sensor ohne erneute Kalibrierung direkt wieder aus beliebiger Position einsatzbereit. Die Magnetringe punkten durch Vielseitigkeit und Kompaktheit Durch ihre oben beschriebenen Eigenschaften sind die Magnetringe in zahlreichen Industriebereichen einsetzbar, in denen hochpräzise Winkelmessungen auf kleinstem Raum gefragt sind. Dazu zählt zum einen die Produktion und der Einsatz von Robotern. Zum anderen finden sie in den Endprodukten selbst ihre Anwendung, wenn es um permanente Winkelmessungen im laufenden Betrieb geht. So müssen beispielsweise in der Landwirtschaft die exakten Bewegungen von teilautonomen Ernte maschinen kontrolliert werden. Im Bausektor werden Bagger bereits teilweise automatisiert betrieben. Hier müssen u. a. Winkel und exakte Position der Schaufel überwacht werden, um nicht zuletzt auch die Sicherheit der Mitarbeiter zu gewährleisten. In der Logistik kommen Winkelund Positionsmessungen bei automatisierten Regalbediengeräten (RBG) und Gabelstaplern zum Einsatz. 02 Unschlagbar hohe Auflösung Wie präzise die Magnetringe und der dazugehörige Sensor arbeiten, zeigt auch die Anzahl der Informationen pro Umdrehung bei einem 64-polpaarigen Magnetring. Zum Beispiel ist mit dem iC-MU-Sensor eine Auflösung von 18 bit möglich. Umgerechnet sind dies 262 144 Winkelschritte pro Umdrehung und 700 unterschiedliche Positionen pro Winkelgrad. Diese Auflösung ist je nach Konfiguration des verwendeten Sensors problemlos bis zu einer Drehzahl von 6 000 Umdrehungen pro Minute erreichbar. Ein Sensor mit geringerer Auflösung kann für höhere Geschwindigkeiten verwendet werden – dann sind beispielsweise 24 000 Umdrehungen pro Minute bei einer 16-bit-Auflösung möglich. Blick in die Zukunft NTN richtet bei der Produktentwicklung konsequent den Blick in die Zukunft. „Wir versuchen, die Anforderungen der Kunden im Zusammenhang mit neuen Markttrends zu antizipieren und Lösungen, Systeme oder Produkte mit hohem Mehrwert zu entwickeln“, sagt Jean-Pierre Sand, Business Development Manager Innovation bei NTN-SNR Roulements. Allein 800 Mitarbeiter weltweit suchen und entwickeln Innovationen für eine Vielzahl von Anwendungen, die auf Energieeinsparungen und Effizienz ausgerichtet sind. Dazu zählen Lager mit reduzierter Reibung, Lösungen für die Elektrifizierung von Fahrzeugen oder IoT-Technologien für neue Mobilitätslösungen wie vernetzte autonome Fahrzeuge und Konzepte rund um zukünftige Industrie-4.0- Anwendungen. Zu den Branchen zählen neben der Automobilindustrie unter anderem Windenergietechnik, Textilmaschinen, die Zementherstellung sowie Werkzeugmaschinen. Bilder: Aufmacher chiradech – stock.adobe.com, sonstige NTN-SNR www.ntn-snr.com/de 03 www.industrielle-automation.net INDUSTRIELLE AUTOMATION 04/2021 13

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