ASM WB21: Positionsmessung mittels Wegband-Sensoren

Jüngster Zugang im Wegband-Sensor-Portfolio von ASM ist der WB21 mit Messlängen bis 20 m.

Wegband-Sensoren sind eine Weiterentwicklung der konventionellen Positionssensoren mit einem Seil als Zugelement. Sensoren mit diesem Messprinzip werden seit über 60 Jahren in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt. Bei anspruchsvolleren Anwendungen im industriellen Bereich mit extrem vielen Arbeitszyklen zeigte sich jedoch regelmäßig immer die gleiche mechanische Schwachstelle: das Zugelement.

Bei Umlenkungen spielen WB-Sensoren ihre Stärken aus.

Wegband macht den Unterschied

Durch die Verwendung eines sog. Wegbandes als Zugelement ist es gelungen, eine bewährte Technologie noch einmal entscheidend zu verbessern. Das Wegband als Kernelement dieser Weiterentwicklung ist 10 mm breit und nur 0,08 mm dick. Das Wegband bzw. Messband verleiht dem konventionellen, mechanischen Messprinzip eine unerreichte Robustheit. Wird das Band nicht durch äußeres Einwirken wie Knicken, Kerben oder Beulen strapaziert, hat es selbst bei mehrfachem Umlenken eine extrem lange Lebensdauer. So bleibt es frei von mechanischen Schwachstellen und die strukturelle Integrität des Bandes bleibt erhalten.

Radiale Aufwicklung des Bandes sorgt für stabile Linearisierungswerte.

Linearisierung des Trommelumfangs

Zur Positionsbestimmung werden Linearbewegungen mittels magnetischem Multiturn-Absolut-Encoder in Drehbewegungen umgewandelt. Dazu ist der Drehgeber direkt mit der Bandtrommel gekoppelt und misst den Drehwinkel der Trommel, auf der das Messband aufgewickelt wird. Mit jeder vollen Umdrehung nimmt der Trommelumfang zu, nicht-lineare Messwerte wären die Folge.

Durch elektronische Linearisierung wird die tatsächliche Messlänge ermittelt, indem die Zahl der erfolgten Wicklungen berücksichtigt wird. So wird einem fixen Drehwinkel eine definierte Länge des Zugelements zugeordnet. Die dynamische Korrektur der variablen Wicklungslänge erfolgt durch mehrmaliges vollständiges Abziehen in festgelegten Längenschritten des Wegbandes von der Wickeltrommel. Im Standard verfügen die Wegband-Sensoren über Linearitätswerte von 0,1 %. Für kritische Anwendungen, die nur extrem geringe Toleranzen zulassen, sind optional auch Linearitäten von 0,05 % möglich. Bei einer max. Messlänge von z. B. 20 m würde die Abweichung nur ±1 cm betragen.

Verschleißfreie Wegband-Sensoren sind bis 20 m Messlänge lieferbar.

Mechanische Schwäche wegkonstruiert

Berührende mechanische Positionssensoren haben erfahrungsgemäß den Nachteil, schneller zu verschleißen als berührungslos arbeitende Systeme. Diese Aussage lässt sich jedoch nur bedingt auch auf die Wegband-Sensoren übertragen, denn mit dem Ersetzen des Seils durch ein Band wurde der Schwachpunkt dieses mechanischen Messprinzips in seine größte Stärke verwandelt. Ausführliche Tests haben gezeigt, dass sogar doppeltes Umlenken in gegenläufiger Richtung mühelos bewältigt wird und zu Vergleichsergebnissen führt, die mit Seilen als Zugelement nicht reproduzierbar sind.

Zudem können Wegbänder nicht von der Messtrommel springen, wenn die maximal zulässige Beschleunigung überschritten wird. Diese Toleranz gegenüber maximalen Beschleunigungswerten stellt für Positionssensoren ein wichtiges Sicherheitskriterium dar.

Sensorelektronik für zusätzliche Sicherheit

Der magnetische Encoder ist resistent gegen Verschmutzungen jeglicher Art wie Staub, Schmierstoffe, Feuchtigkeit und unempfindlich gegenüber Schocks, Vibrationen und Temperaturschwankungen. Sollte in das Gehäuse Wasserkondensat eindringen, wird der verbaute Drehgeber weiterhin zuverlässig Messwerte liefern, da die Sensorelektronik komplett vergossen ist. Durch die Möglichkeit, zwei elektrisch redundante Messwerte an angeschlossene Steuerungssysteme absolut auszugeben, kann die Sicherheit optional noch erhöht werden. Wird der Informationsweg gestört (Fehler in der Übertragung, Ausfall der Betriebsspannung), liegt sofort nach Wegfall der Störung wieder eine (absolut) gültige und verwertbare Positionsinformation vor.

Robuste Mechanik und abgeschirmte Elektronik sind Garanten für die Zuverlässigkeit der Wegband-Sensoren. Diese sind so für eine Vielzahl automatisierter Anwendungen prädestiniert, insbesondere bei der Messung von Linearbewegungen mit extrem vielen Hüben bzw. Arbeitszyklen. Dazu zählen Anwendungen, bei denen die Steuerung beweglicher Konstruktionselemente auf präziser Positionsmessung basiert. Wegband-Sensoren sind im Rahmen der industriellen Automatisierungstechnik ein signifikanter Beitrag zu weniger Ausfällen bei Endprodukten wie Anlagen und Maschinen.