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Kleines Drehmoment - ein wesentlicher Bestandteil für die Entwicklung der nächsten Generation von technischen Systemen

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Die wachsende Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-Miniatur- und Mikromaschinen hat Sensor Technology Ltd. dazu veranlasst, einen Drehmomentmonitor zu entwickeln, der bis auf 10 mNm genau messen kann

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Diese Fähigkeit wird mit einer Bandbreite von 50 kHz kombiniert, so dass selbst die flüchtigsten transienten Drehmomente genau erfasst werden können.

In der technischen Entwicklung gibt es eine Reihe langfristiger Trends, darunter der Wunsch nach immer kompakteren Systemen, genaueren Messungen und feinerer Auflösung der Daten, immer ausgefeilteren Informationsanzeigen und höheren Betriebsgeschwindigkeiten. Über einen Zeitraum von etwa zwei oder drei Jahrzehnten betrachtet, sind diese Trends in vielen, vielen Bereichen, von Konsumgütern bis zu medizinischen Geräten, von Produktionsmaschinen bis zu Transportlösungen, sehr offensichtlich.

Diese Fortschritte werden durch die Nachfrage der Nutzer vorangetrieben, aber auch durch neue Technologien wie Elektronik und Computertechnik ermöglicht. Mark Ingham vom spezialisierten Sensorhersteller Sensor Technology Ltd. erklärt dies so: "Die meisten Nutzer unserer Geräte arbeiten an der Spitze der Technologie und entwickeln neue Lösungen für praktische technische oder wissenschaftliche Projekte. Es ist also nur zu erwarten, dass sie unsere Produkte zu immer größerer Leistung antreiben wollen.

"Glücklicherweise können wir dies tun, da sich die Elektronik und die darin eingebetteten Anzeigetechnologien ständig verbessern."

Das Unternehmen hat nun steigende elektronische Datenverarbeitungsgeschwindigkeiten und die neuesten Anzeigesysteme mit neuen, im eigenen Haus entwickelten Sensortechniken kombiniert, um eine neue Generation optischer Rotationsdrehmomentsensoren herzustellen, die für Anwendungen konzipiert sind, bei denen eine präzise, dynamische Messung von Rotations- und statischen Drehmomenten im Bereich von 10mNm bis 100Nm mit hoher Auflösung erforderlich ist, so dass auch ultrakurze Drehmomentspitzen und -tiefs erfasst werden können

Zu den typischen Anwendungen gehören die Profilierung der Beschleunigung und Verzögerung von Hochgeschwindigkeitsmotoren, die Steuerung von Mikrosystemen und Miniaturmaschinen, die Erfassung von Daten aus sich wiederholenden wissenschaftlichen Experimenten und die Prüfung von Industriemaschinen bis zur Zerstörung.

Das Funktionsprinzip

Die Technologie des optischen Drehmomentsensors ORT230/240 von Sensor Technology basiert auf einem umfassend erprobten und entwickelten Messprinzip, bei dem zwei Scheiben mit segmentierten Gittern in geringem Abstand voneinander auf einer rotierenden Antriebswelle positioniert werden, so dass die undurchsichtigen Sektoren auf der einen Scheibe die klaren Sektoren auf der anderen Scheibe teilweise verdecken. Das Licht durchdringt die Sektoren und wird von photovoltaischen Detektoren erfasst

Wenn ein Drehmoment auf die Welle ausgeübt wird, ergibt sich eine leichte Verdrehung, die die Ausrichtung der Gitter verändert und somit das Licht, das zu einem Detektor durchgelassen wird, variiert. Die Anwendung dieser Technik führt zu einem Aufnehmer, der in der Lage ist, ein Drehmoment bidirektional zu erfassen, und der eine schnelle mechanische und elektrische Reaktion, eine geringe Trägheit und völlige Freiheit von Bürsten oder komplexer Elektronik aufweist.

Die Intensität der Lichtstrahlen, die ständig überwacht wird, wird durch das aufgebrachte Drehmoment moduliert und erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das zur genauen Anzeige des von der Welle übertragenen Drehmoments verwendet wird. Die Lichtintensität wird innerhalb des Aufnehmerkörpers automatisch von einer Überwachungszelle gesteuert

Es kann eine sehr hohe Empfindlichkeit bei voller Skala mit schnellen elektrischen Reaktionen bis zu 50 kHz und geringer Trägheit erreicht werden. Da die Messung berührungslos erfolgt, ist sie auch völlig frei von Bürsten und komplexer Elektronik auf der Welle, wie sie bei herkömmlichen Drehmomentmesssystemen häufig zu finden sind

Das Fehlen von Bürsten und fester Elektronik ermöglicht einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb mit einer Dauerleistung von standardmäßig bis zu 30.000 U/min. Weitere Drehzahlsteigerungen sind je nach Wellengröße möglich. Die Drehmomentwelle hat eine geringe Nachgiebigkeit von maximal 0,5° Torsionsausschlag bei den kleineren Aufnehmern und maximal 0,25° bei den größeren Aufnehmern bei Vollausschlag. Jedes Skalenenddrehmoment kann im Bereich von 10mNm bis 100Nm angegeben werden. Die berührungslose Arbeitsweise gewährleistet eine lange und zuverlässige Lebensdauer mit präzisem Betrieb (was Sensor Technology mit einer lebenslangen Garantie garantiert). Das optische Funktionsprinzip bedeutet auch, dass es völlig unempfindlich gegenüber Störungen ist.

Die Sensoren der Serie TorqSense ORT 230 bieten feste analoge Spannungs- oder Stromausgänge - einen für Drehmoment und einen für Drehzahl oder Leistung. Der TorqSense ORT 240 bietet zwei vom Benutzer wählbare analoge Spannungs- oder Stromausgänge - einen für Drehmoment und den anderen für Drehzahl, Leistung oder Spitzendrehmoment - sowie digitale Ausgänge einschließlich RS232, CANbus und USB für die Anbindung an moderne Messgeräte und Laptops. Der ORT 240 ermöglicht den Anschluss von bis zu 10 Messwertaufnehmern über USB sowie eine Software zur Konfiguration der Messwertaufnehmer, mit der Änderungen an den Messwertaufnehmervariablen vorgenommen werden können.

Zu den Merkmalen beider Geräte gehört eine Selbstdiagnose, die meldet, wenn das Drehmoment, die Drehzahl oder das Kalibrierungsdatum des Aufnehmers überschritten wurde, während eingebaute Sensoren die Wellentemperatur überwachen, um eine bessere Kompensation und Genauigkeit zu erreichen. Das Gerät bietet außerdem einen einfachen Sensorstatus"-Ausgang.

Ergänzend zu diesen Produkten bietet die TorqView-Software von Sensor Technology ein einfach zu bedienendes, fortschrittliches Drehmomentüberwachungspaket für Windows-PCs, das bei der Datenanzeige und -aufzeichnung hilft. Die Software ermöglicht die Erstellung von Echtzeitdiagrammen und ist sowohl mit Matlab als auch mit Excel kompatibel. Darüber hinaus stehen LabVIEW VIs zur Verfügung, mit denen Anwender ihre eigenen Prozesssteuerungsanwendungen entwickeln können, und DLLs für Anwender, die ihre eigene benutzerdefinierte Software schreiben möchten.

Diese neuesten optischen Drehmomentsensoren sind eine wichtige Erweiterung des Sensor Technology Drehmomentüberwachungssortiments und bieten eine alternative Lösung, wenn niedrige Drehmoment- oder Bandbreitenanforderungen den Einsatz der kostengünstigeren SAW-basierten TorqSense-Produkte ausschließen.