Robust und flexibel messen

Wer hat nicht schon mehr als einmal mit einem Maßband Abstände zwischen zwei Punkten gemessen? Der Vorteil des Maßbands liegt darin, dass auch große Messlängen bequem erfasst werden können, trotz der handlichen Bauform. Kompakte Bauweise und eingängiges Funktionsprinzip sind die Hauptfaktoren für seine große Verbreitung. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren auch die innovativen Wegband-Sensoren von ASM. Die Messwerte werden bei diesen jedoch als elektronische Signale ausgegeben.

Die Sensoren kommen zu ihrem Namen wegen der Verwendung eines glatten Wegbandes aus einem hochflexiblen High-Tech-Edelstahl als mechanisches Zugelement. Positionssensoren mit einem Seil als Zugelement werden seit über 60 Jahren in vielen Anwendungen mit zeitlich begrenztem Erfolg eingesetzt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass bei anspruchsvolleren Anwendungen im industriellen Bereich (mit extrem vielen Arbeitszyklen) meist die gleiche mechanische Schwachstelle zu Ausfällen führte: das Zugelement. Hersteller ASM ist es gelungen, durch Verwendung des sogenannten Wegbandes eine über Jahrzehnte bewährte Technologie noch einmal signifikant zu verbessern. Das Wegband ist mit 10 mm Breite und nur 0,08 mm Dicke das Kernelement der Weiterentwicklung vom Wegseil- zum Wegband-Sensor. Das vormals mit der Zeit verschleißende mechanische Messprinzip erreicht nun dauerhafte Robustheit.

Mit einem magnetischen Multiturn-Absolut-Encoder werden Linearbewegungen zur Positionsbestimmung in Drehbewegungen gewandelt. Dazu ist der Encoder fest mit der Bandtrommel gekoppelt und misst so den Drehwinkel der Trommel, auf der das Wegband aufgewickelt ist. Der Trommelumfang nimmt mit jeder vollen Umdrehung zu und würde somit nicht-lineare Messwerte erzeugen. Aber unter Berücksichtigung der erfolgten Wicklungszahl wird durch elektronische Linearisierung die tatsächliche Messlänge berechnet. Das heißt, einer definierten Länge des Zugelements wird ein fixer Drehwinkel zugeordnet. Die dynamische Korrektur der variablen Wicklungslänge erfolgt selbstlernend durch mehrmaliges, vollständiges Abziehen in festgelegten Längenschritten des Wegbandes von der Wickeltrommel. Die Wegband-Sensoren haben in der Grundausführung Linearitätswerte von 0,1 Prozent.

Der Nachteil berührender, mechanischer Positionssensoren liegt darin, dass sie viel schneller verschleißen als Systeme, die berührungslos arbeiten. Wegband-Sensoren bilden hier eine Ausnahme, da diese Aussage nur bedingt auf sie zutrifft. Ersetzt man das Seil durch ein Band, verwandelt sich die mechanische Schwäche in die größte Stärke dieses Messprinzips. Auch doppeltes Umlenken in gegenläufiger Richtung wird bewältigt. Aufwändige Testreihen zeigen, dass Sensoren mit Seilen als Zugelement zu Vergleichsergebnissen führen, die weit hinter der Performance des Wegbandes als Zugelement liegen. Ein weiterer Vorteil liegt auch darin, dass Wegbänder nicht von der Messtrommel springen können, sollte die zulässige Beschleunigung überschritten werden. Für Positionssensoren stellt eine solche Toleranz gegenüber maximalen Beschleunigungswerten ein bedeutendes Sicherheitskriterium dar.

Temperaturschwankungen, Vibrationen, Schocks sowie Schmutz (Staub, Schmierstoffe) oder Feuchtigkeit können dem magnetischen Encoder nichts anhaben. Da die Sensorelektronik vergossen ist, wird der verbaute Encoder weiterhin Messwerte liefern, selbst wenn in das Gehäuse Wasserkondensat eindringen sollte. Optional lässt sich die Sicherheit weiter erhöhen durch die Möglichkeit, zwei elektrisch redundante Messwerte an ein angeschlossenes Steuerungssystem absolut auszugeben. Wird der Informationsweg gestört (z.B. Fehler in der Übertragung, Ausfall der Betriebsspannung), liegt nach Ende der Störung wieder eine gültige und verwertbare Positionsinformation vor.

Fazit: Robuste Mechanik und gut abgeschirmte Elektronik sind die Grundpfeiler für die Leistungsfähigkeit der Wegband-Sensoren. Sie sind daher für alle automatisierten Anwendungen prädestiniert, bei denen die Systemzuverlässigkeit im Vordergrund steht. Insbesondere beim Messen von Linearbewegungen mit extrem vielen Hüben bzw. Arbeitszyklen. jg