Das messende Maschinenelement: Wellenkupplung mit integrierter Drehmomentmessung

Der Einsatzbereich dieser Drehmoment-Messkupplung reicht vom Prüfstandsbau über den Einsatz bei Serienmaschinen bis zum Condition Monitoring. Das System ermöglicht eine einfache Zustandsüberwachung von Maschinen und Anlagen. Mit den Daten aus der Kupplung lassen sich Maschinen optimal auslasten.

Messungen auf rotierenden Teilen erfordert die Übertragung von Energie auf das rotierende Teil und die Übertragung von Daten aus dem rotierenden Teil. Dazu gibt es verschiedene Systeme. In der Vergangenheit wurden Energie und Daten hauptsächlich induktiv übertragen. Dieses Prinzip hat einige Nachteile im Vergleich zur Funk-Datenübertragung der neuen ROBA®-DSM.

Sehr großer Nachteil der induktiven Systeme ist die geringe Distanz, über die Daten übertragen werden können. Sie arbeiten deshalb meistens mit „umschließenden“ Statoren, die teilweise auch gelagert sind.

Die Umschließung macht Montage und Austausch aufwändiger. Zudem muss die Montage genauer erfolgen, da die Abstände sehr gering sind. Weitere Nachteile sind geringere Toleranzen bei Vibrationen und Rundlauf. Gelagerte Systeme benötigen zudem zwingend eine Drehmomentstütze. Hier muss auch auf die Einbaulage geachtet werden, um Reibmomente des Lagers nicht mitzumessen. Systeme, die nicht gelagert sind, benötigen eine Montagehilfe, um Rotor und Stator zu zentrieren.

Die ROBA®-DSM benötigt keine Umfassung und damit nur geringen Bauraum. Der Stators lässt sich einfach an jeder beliebigen Stelle am Umfang montieren. Bei der Einstellung des Stators sind große Toleranzen in allen Richtungen zulässig. Die möglichen Abstände von bis zu 5 mm sind deutlich größer als bei umfassenden Systemen.

Ein weiterer gravierender Nachteil der induktiven Systeme ist bei analogen Ausführungen die meist geringe Bandbreite der Übertragung beziehungsweise die geringe Datenrate bei digitalen Varianten. Solche Systeme sind meist bis 1 kHz spezifiziert. Durch die Übertragung von Energie und Messdaten über einen Träger erfordern diese Systeme eine aufwändige Trennung der Signale.

Die neue drehmomentmessende ROBA®-DSM benutzt zwei komplett getrennte Wege für die Übertragung von Energie zum Rotor und die Übertragung von Daten zum Empfänger. Durch die hohe Bandbreite von bis zu 3,5kHz kann sie auch schnelle, dynamische Vorgänge sicher erfassen. Die Aufbereitung der Daten auf dem Rotor ermöglicht eine optimale Verstärkung und Offsetkompensation.

Auf dem Rotor befindet sich ein programmierbarer Verstärker, der über die Funkschnittstelle programmiert wird. Damit kann der Kunde auch nach dem Einbau direkt auf dem Rotor eine Offsetkompensation vorzunehmen. Darüber hinaus hat der Anwender die Möglichkeit, Adresskodierung und Funkkanal mit Hilfe einer Software einzustellen.

Weiterer Vorteil ist der Einsatz eines kodierten Funksystems im 2,4GHz ISM-Band. Der Betrieb ist in der EU durch Allgemeinzulassung erlaubnisfrei. In anderen Märkten ist das System auch einsetzbar, allerdings ist dafür eine zusätzliche Zulassungen nötig. Das System verwendet bis zu 80 Kanäle. Dadurch ist es problemlos möglich, mehrere Kupplungen in der gleichen Umgebung zu betreiben. Die Datenübertragung ist mit einer Adresse kodiert, so dass nur der entsprechende Empfänger das Signal aufnehmen und auswerten kann.

Am Empfänger kann über eine einfache Anzeige die Funktion der Funkverbindung kontrolliert werden. Da die Datenübertragung bidirektional erfolgt und jedes Paket quittiert wird, kann die Qualität der Funkverbindung überwacht werden. Störungen bei der Funkverbindung oder fehlenden Daten vom Sender werden vom Empfänger gemeldet. Durch die hohe Abtastrate und die schnelle Funkverbindung erreicht die ROBA®-DSM sehr gute Werte für Jitter (max. +/-68µs) und Delay ( typ. 2ms) , die bei digitalen Systemen meist wesentlich höher liegen.

Die ROBA®-DSM liefert wie Industrie Standard Systeme ein Ausgangssignal von +/-10V für das Drehmoment rechts/links, die als Eingangssignal für eine SPS verwendet werden können. Da aber immer mehr Steuerungs-Systeme auf PCs basieren, ist eine direkte Erfassung der digitalen Daten von Vorteil. Das neue System ROBA®-DSM bietet eine USB-Schnittstelle, über die die digitalen Messdaten auf jeden PC oder Laptop mit Standard-USB Schnittstelle eingelesen werden können. Es ist keine zusätzliche Hardware für die Messdatenerfassung nötig.

Damit kann sich der Bediener schnell einen Überblick über die aktuellen Leistungsdaten verschaffen. Zudem können auf einfache Weise Aufzeichnungen, auch über längere Zeiträume, durchgeführt werden. Die Auswertung der Daten kann dabei „Offline“ mit einsprechenden Programmen wie DIADEM oder auch EXCEL und anderen Tabellenkalkulationsprogrammen erfolgen. Zudem ist eine „Online“ Auswertung möglich, indem die Daten direkt, zum Beispiel mit LABVIEW, eingelesen und in Echtzeit verarbeitet werden.

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