Fachartikel vom 06/01/2015

Novotechnik

Klein und vielseitig: kontaktlose Positionssensorik

Novotechnik hat Winkelsensoren und -aufnehmer hinsichtlich Feldbusfähigkeit und Miniaturisierung weiterentwickelt. Berührungslose Winkelsensoren und magnetostriktive Wegaufnehmer gibt es jetzt mit CANopen-Schnittstelle, was zusätzliche Diagnosemöglichkeiten eröffnet.

Berührungslos arbeitende Winkelsensoren sind in vielen Anwendungen gefragt.

Kontaktlose Positionssensorik hat sich in der Industrieautomation und in mobilen Anwendungen einen festen Platz erobert. Aber auch bei den robusten Weg- und Winkelaufnehmern, die oft nach magnetischen Prinzipien arbeiten, bleibt die Entwicklung nicht stehen. Vor allem Feldbusfähigkeit und Miniaturisierung sind wichtige Schlagworte. Novotechnik hat in diesem Zusammenhang Sensoren neu- und weiterentwickelt. Einkanalige, teil- oder vollredundante, berührungslos arbeitende Weg- und Winkelsensoren, die es jetzt mit CANopen-Schnittstelle gibt, dürften ebenso auf Interesse stoßen wie flache Winkelaufnehmer, die sich für Maschinenbauanwendungen und den Einsatz in der Fahrzeugtechnik eignen.

Den Winkelsensor RFC 4800 gibt es jetzt auch mit CANopen-Schnittstelle. (Bild: Novotechnik)

Berührungsloser Winkelsensor

Der Winkelsensor RFC 4800, der die Lageänderung eines magnetischen Feldes zur Ermittlung des Messwinkels nutzt, hat bereits in verschiedenen Anwendungsbereichen seine Robustheit, Zuverlässigkeit und Anpassungsfähigkeit bewiesen. So zum Beispiel in zahllosen Applikationen im Maschinen- und Anlagenbau, in mobilen Einsatzfällen und selbst in Wasserkraftwerken sind die Sensoren mit Schutzklasse IP69K mittlerweile anzutreffen. Jetzt gibt es die kompakten Sensoren auch mit CANopen-Schnittstelle, was dem Anwender zusätzliche Diagnosemöglichkeiten erschließt und weitere Features wie Nockenschalter, Grenzwertschalter oder Geschwindigkeitsdaten zur Verfügung stellt. Die CANopen-Variante gibt es in ein- oder zweikanaliger Ausführung, wahlweise mit ein oder zwei Anschlüssen. Anschließen an eine Stichleitung ist damit ebenso möglich wie ein Durchschleifen des Busses. Hinsichtlich der Kontaktierung gibt es ebenfalls Wahlmöglichkeiten: Ausführungen mit Kabelabgang sind genauso lieferbar wie 5polige M12-Steckverbinder oder die in mobilen Anwendungen beliebten AMP- oder Deutsch-Stecker. Das CANopen-Protokoll SAE J1939 für Nutzfahrzeuge wird demnächst ebenfalls unterstützt.

Da das lediglich 15 mm flache, vollständig vergossene Sensorelement und der positionsgebende Magnet konstruktiv voneinander getrennt sind, kann der Sensor in bis zu 1,5 mm Entfernung zum Positionsgeber platziert werden. Sogar noch größere Abstände bis etwa 4 mm sind realisierbar – hierfür steht ein stärkerer Positionsgeber zur Verfügung. Eine Markierung zeigt die richtige Ausrichtung zum Sensor. Da weder Welle noch Lagerung notwendig sind und der Messabstand variabel ist, sind applikationsbedingte Einbautoleranzen unproblematisch. Der Sensor erfasst den Messwinkel kontaktlos, also ohne mechanischen Verschleiß und liefert absolute Messwerte über volle 360°, die er mit einer Auflösung von 14 Bit (0,022 Grad) ausgibt. Die interne Sensorauflösung steht zudem der Steuerung als Geschwindigkeitssignal zur Verfügung. Die (unabhängige) Linearität liegt bei +/- 0,5 %, die Wiederholgenauigkeit bei 0,1°.

Kompakter, CANopen-fähiger Wegsensor für Hydraulikzylinder. (Bild: Novotechnik)

Wegsensor für Hydraulikzylinder

Mit den absolut messenden Wegsensoren der Baureihe TIM hat Novotechnik magnetostriktive Wegaufnehmer im Programm, die sich für eine Positionsbestimmung direkt im Druckbereich von Hydraulikzylindern eignen. Jetzt sind die kontaktlosen und praktisch verschleißfreien Sensoren auch mit CANopen-Schnittstelle (SAE J1939) verfügbar; darüber lassen sich Node-ID, Baudrate, Sendemodus, Sendezykluszeit, Steigung und Bewegungsrichtung und andere Parameter frei konfigurieren sowie Diagnose- und Grenzwertfunktionen nutzen. Typische Einsatzbereiche für die Wegsensoren gibt es in Achs- und Lenkzylindern bei land- und forstwirtschaftlichen Nutzfahrzeugen und Arbeitsmaschinen sowie bei Hubzylindern in der Steuerung von hydraulischen Anbaugeräten.

Die Baureihe deckt Messlängen von 50 bis 2500 mm ab und ist unempfindlich gegenüber praktisch allen Hydraulik-Medien. Obendrein arbeiten die Sensoren sehr genau und sind auch unter widrigen Umgebungsbedingungen zuverlässig. Die Linearitätswerte liegen bei 0,04 Prozent, die Wiederholgenauigkeit bei 0,005 Prozent, unabhängig von der Messlänge. Die Sensoren sind druckfest bis 350 bar und lassen sich dank eines innovativen Steckersystems schnell und ohne Löten, Crimpen oder Schrauben einbauen: Der Kontaktträger des M12-Steckverbinders ist bereits an die Aderleitungen des Sensors angeschlossen; er wird durch eine Bohrung im Zylinder nach außen geführt. Der Anschlussflansch lässt sich dann einfach aufstecken.

Auch in Anwendungen, bei denen es eher rau zugeht, ist CANopen etabliert. Hier findet der kontaktlose Winkelsensor RSX7900 seine Einsatzbereiche. (Bild: Novotechnik)

Heavy-Duty-Winkelsensor

Auch in Anwendungen, bei denen es eher rau zugeht, ist heute CANopen etabliert. Hier wird der kontaktlose Winkelsensor RSX-7900 mit CANopen-Schnittstelle seine Einsatzbereiche finden. Nutzen lassen sich alle busüblichen Diagnosefunktionen sowie weitere Features (Nockenschalter, Grenzwertschalter). Die Sensorfunktion selbst kann zuverlässig überwacht werden, zum Beispiel bei der Istwert-Erfassung direkt an der gelenkten Achse bei elektrisch-hydraulischen Lenksystemen. Schlaglöcher, Streusalz und andere Belastungen im Einsatz direkt über der Straße beeinträchtigen die Funktion dieser Sensoren nicht. Auch in diesen Anwendungen stehen damit die Diagnosemöglichkeiten des CANopen-Protokolls zur Verfügung.

Der Heavy-Duty-Sensor wird für Erfassungsbereiche bis 360° angeboten, mechanisch ist er voll durchdrehbar. Er ist als ein- oder zweikanalige Variante erhältlich. Als vollredundante Version kann er in sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt werden und erfüllt die Anforderungen gemäß ISO 13849 PLd. Bei einem Durchmesser von 79 mm und einer Höhe von lediglich 35 mm ist er äußerst kompakt und lässt sich in der Mechanik von Bau-, Agrar- und Forstmaschinen oder z.B. auch Schiffsrudersteuerungen gut integrieren. Eine KBA-Typgenehmigung nach E1 ist vorhanden.

Standardwegsensoren der neuesten Generation

Auch die neueste Generation der Wegsensoren der Baureihen TP1 (Profil-Standardbauform) und TH1 (Hydraulikzylinder Standardbauform) sind mit CANopen verfügbar. Alle Vorteile des CANopen-Protokolls gepaart mit den exzellenten Messeigenschaften dieser Systeme ermöglichen einen Plug-and-Play-Einsatz der Sensoren auch bei anspruchsvollen Messaufgaben. Wegaufnehmer, die nach dem Novostriktiv-Verfahren arbeiten, werden mit Messbereichen bis 4250 mm angeboten. Sie erfüllen die Anforderungen der Schutzart IP67/IP68. Die zulässige Betriebstemperatur beträgt -40 bis +85 °C. Die sensorinterne Auflösung ist unabhängig von der Messlänge und beträgt 1 µm, was gerade bei großen Messwegen entscheidend sein kann.

Berührungslos arbeitende Winkelsensoren sind in vielen Anwendungen gefragt.

Extreme Miniaturisierung

Kontaktlos arbeitende, kleine und möglichst auch noch preiswerte Winkelsensoren sind in vielen Anwendungen gefragt. Die Palette reicht von Lenkwinkel- und Getriebesensoren in Fahrzeugen über medizintechnische Anwendungen bis hin zu motorisch getriebenen Türen, Greifern oder maritimen Anwendungen. Hier kann die berührungslose Baureihe RFD-4000 eingesetzt werden. Die Sensoren arbeiten kontaktlos nach dem Hall-Prinzip. Der Messbereich beträgt 360°, die Auflösung 12 Bit und die unabhängige Linearität ±0,5 %. Zur Auswahl stehen einkanalige, teil- oder vollredundante Ausführungen. Das Gehäuse ist mit 7 mm Höhe sehr flach. Der passende Positionsgeber beansprucht mit 22,2 mm Durchmesser und 5,6 mm Höhe ebenfalls wenig Einbauplatz. Ein seitlicher Versatz bei der Montage von bis zu ±1,5 mm ist ohne Verlust der Funktion möglich. Dadurch lässt sich der miniaturisierte Sensor als OEM-Komponente in zahlreichen Applikationen gut integrieren. Für den elektrischen Anschluss sind Einzeladern direkt in das Gehäuse eingegossen. (as)