Winkelsensor | Magnetisch, konfigurierbar, präzise

Ein Winkelsensor muss oft auch unter rauen Betriebsbedingungen zuverlässig funktionieren. Diese Sensoren bieten genaue Winkeldaten, die bei Anwendungen in Mobilen Arbeitsmaschinen, Automobiltechnik und Industrieautomation benötigt werden. Entdecken Sie in unserem Artikel, wie Winkelsensoren funktionieren, ihre technologischen Vorteile am Beispiel einiger Anwendungen. Erfahren Sie, wie sie Effizienz und Genauigkeit in verschiedenen Branchen steigern.

Inhalt

• Magnetische Winkelsensoren mit CAN SAE J1939 Schnittstelle
• Kleiner magnetischer Winkelsensor für enge Einbauräume
• Winkelsensor für leiterplattenlose Anwendungen
• 2-Achs-Neigungssensor in IP67 für mobile Maschinen
• Konfigurierbarer präziser Mehrwendel Drahtpotentiometer
• Analoge Sensoren zur vielfältigen Winkelmessung

Magnetische Winkelsensoren mit CAN SAE J1939 Schnittstelle

25.03.2021 | Mobile Arbeitsmaschinen für Bauwesen, Agrarindustrie und Forstwirtschaft sowie Flurförderzeuge finden in einer Umgebung Einsatz, die eine anspruchsvolle Sensorik erfordert. Speziell für solche Anwendungen hat Novotechnik drei magnetische Winkelsensoren Baureihen entwickelt.

Sensoren in den genannten Industrien müssen auch unter rauen Betriebsbedingungen zuverlässig arbeiten. Zudem sind hier oft die Bauräume begrenzt und es spielen sicherheitsrelevante Faktoren eine Rolle. Die robusten Winkelsensoren von Novotechnik basieren alle drei auf dem gleichen elektronischen Design.

Winkelsensor mit 360 Grad Messbereich 

Die magnetischen Winkelsensoren der Baureihe RFC-4800 von Novotechnik sind kompakt, einfach zu montieren und bieten die Messdaten-Erfassung über einen Drehwinkel Messbereich über volle 360 Grad mit einer Auflösung von bis zu 14 Bit. Dabei werden die Signale analog, digital oder über Feldbus weitergegeben.

Diese Winkelsensoren Baureihe hat sich schon in vielen mobilen Anwendungen bewährt. Durch den getrennten Positionsgeber lassen sich die kompakten Winkelsensoren einfach montieren. Für die Messung in Nutzfahrzeugen gibt es den Sensor auch mit CAN SAE J1939 oder CANopen Schnittstelle.

Das CAN SAE J1939 Protokoll bietet eine hohe Störunempfindlichkeit, geringen Verkabelungsaufwand und Diagnosemöglichkeiten. Hinzu kommen weitere attraktive Sensor Funktionen wie parametrierbare Drehrichtung, Positions-Offset und ein (flüchtiger) Umdrehungszähler. Die Positions- und Geschwindigkeitssignale werden ein- oder zweikanalig ausgegeben.

Die magnetischen Winkelsensoren sind zudem sehr robust und haben eine lange Lebensdauer: Sie verkrafteten Schwingungen und Vibrationen bis 20 g gemäß IEC 600658-2-6 sowie Stöße bis 50 g gemäß IEC 68068-2-27 und erfüllen vor allem sämtliche in mobilen Anwendungen geforderten EMV-Spezifikationen. Die scharfen Anforderungen aus der ECE-R10 Regelung zur elektromagnetischen Verträglichkeit werden weit übertroffen. Die zulässige Umgebungstemperatur liegt zwischen -40° und +105 °C, IP67 bzw. IP6K9K Zertifikate sind erteilt.

Hohe Linearität und Widerholgenauigkeit

Im Fahrzeug lässt sich der Sensor einfach montieren. Für die Winkelerfassung wird an der drehenden Achse ein positionsgebender Magnet angebracht. Je nach Drehwinkel ändert sich die Orientierung des Magnetfeldes und damit die Signale des nur etwa 15 mm flachen Sensors. Diese Signaländerung wird vom Sensor-IC in ein drehwinkelproportionales Ausgangssignal umgerechnet und der übergeordneten Steuerung zur Verfügung gestellt. Die (unabhängige) Linearität des Messsignals liegt bei ±0,5 %, die Wiederholgenauigkeit bei 0,36°.

Die RSA-3200 und RFE-3200 Sensoren gibt es in einer Bau-Form mit Wellenausführung (RSA) und in einer berührungslosen Variante mit separatem Positionsgeber (RFE). Sie sind speziell für Anwendungen unter Hochtemperaturen bis +125 °C konzipiert worden und bieten mit dem Micro Quadlock-Stecker eine branchenübliche Kontaktierung.

Konstruktion und Fertigung der Winkelsensoren

Das Video informiert über Konstruktionsdetails und Funktionsweise von Winkelsensoren, zeigt Anwendungsfelder und gibt Einblicke in Entwicklung, Fertigung sowie Erprobung.

Kleiner magnetischer Winkelsensor für enge Einbauräume

13.10.2020 | Sensoren in der Industrie müssen oft in enge Einbauräume passen und unter rauen Umgebungs Bedingungen wie Feuchte, Schmutz und Reinigung funktionieren. ASM präsentiert mit Posirot Pras1 einen Winkelsensor in Stabbauform. Er hat einen Durchmesser von nur 10,6 mm und ist 53 mm lang. Durch die schlanke Bauform eignet sich der Winkelsensor für sehr enge Einbauräume und passt besonders in Türscharniere.

Der Posirot Pras1 Winkelsensor misst die Drehpositionen von 0 bis 360 Grad mittels Hall Effekt Sensorarrays und externem Positionsmagneten. Die magnetische Encoder Technologie funktioniert berührungslos. Das Sensor Design verzichtet auf bewegliche Teile. Pras1 Sensoren sind so besonders schock- und vibrationsfest.

Winkelsensoren in IP67 und IP69

Das Sensorgehäuse ist aus Edelstahl gefertigt. Schutzart IP67 und optional IP67/IP69 sind mit entsprechendem Gegenstecker gewährleistet. Damit eignen sich die Winkelsensoren für den Einsatz in schwierigen Umgebungsbedingungen wie Verpackungsmaschinen oder Abfüllanlagen. In der IP69 Ausführung eignet er sich zudem für Anwendungen mit intensiven Reinigungsprozessen wie in der Pharmaindustrie und Lebensmitteltechnik.

Messtaster misst im µ-Bereich direkt auf der Maschine

Der Messbereich des Sensors beträgt 0-15° bis 0-360° (in 15° Schritten). Es gibt ihn in den Ausgangsarten 0.5...10 V, 0.5...4.5 V oder 4...20 mA. Die Auflösung beträgt 0,03% (60... 360°) und 0,1% (15... 45°). Die Linearität ist mit ±0,3 % des Messbereichs angegeben. Alternativ gibt es den Sensor mit Inkremental- oder Digital-Ausgang (SSI).

TMR Sensoren für leiterplattenlose Anwendungen

20.06.2018 | TDK erweitert das TMR-Winkelsensoren-Portfolio um den TAD2140-Sensor im TO-6-Gehäuse für den Einsatz in der Automobil- und Industrie-Elektronik. Der Sensor bietet eine System-in-Package-Lösung für leiterplattenlose Anwendungen und verfügt über zwei komplette TMR-Brücken, ein Asic zur Signalverarbeitung und integrierte passive Bauelemente.

Er garantiert eine Winkelgenauigkeit von ±0,2° und erreicht damit das weltweit geringste Winkelrauschen von lediglich ±0,05° bei Raumtemperatur. Der Sensor erfasst Winkel von 0 bis 360 ° in einem Temperaturbereich von −40° bis +150 °C ohne Kontakt zum Messobjekt.

Dank der schnellen Reaktionszeiten des Winkelsensors, der hohen Genauigkeit bei der Winkelmessung und den weiterentwickelten Kompensationsalgorithmen eignet er sich zur Optimierung von Motorsteuerungsanwendungen, etwa der BLDC Motor-Kommutation.

Darüber hinaus eignet er sich aufgrund seiner geringen Gehäusegröße bestens für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot, wie es beispielsweise bei der Kommutierung des Lenkmotors im Fahrzeug der Fall ist.

2-Achs-Neigungssensor in IP67 für mobile Maschinen

11.06.2018 | Der 2-Achs-Neigungssensor der Baureihe "PE-MEMS-x/y-i/GS60L" von FSG kann gleichzeitig die Neigungswinkel der X- und Y-Achse messen und eignet sich für einen Messbereich von bis zu ±60°. Die Messwertausgabe für jede Neigungsachse erfolgt über eine 4 bis 20 mA-Schnittstelle.

Aufgrund des verschleißfreien mikroelektromechanischen Messsystems, dem robusten Kunststoffgehäuse in Schutzart IP67 und dem einfachen Anschluss über einen 4-poligen M12-Stecker eignet sich der Neigungssensor für den Einsatz in mobilen Maschinen.

Typische Anwendungen sind dabei die Neigungserfassung von Fahrzeugplattformen oder die Winkelpositionsmessung an Auslegerarmen von Baumaschinen. Mit einer Auflösung von 3000 Digits/16 mA und einer absoluten Genauigkeit von ±0,25° ist der Neigungsaufnehmer darüber hinaus auch für viele andere Anwendungen prädestiniert.

Der zulässige Temperaturbereich beträgt -30° bis 70 °C. Für die Montage des Gerätes verfügt das 50 x 50 mm große Sensorgehäuse mit einer Aufbauhöhe von 35 mm (einschließlich des zentralen M12-Anschlusses) über vier M4-Schraubenbohrungen.

Konfigurierbarer präziser Mehrwendel Drahtpotentiometer

05.09.2016 | Megatron liefert eine enorme Bandbreite an hochwertigen Winkelsensoren für alle Anwendungen, darunter wirtschaftliche Präzisionspotentiometer. Allein die Serie „AL(IR)17/19xx“ Mehrwendel Drahtpotentiometer eröffnet hunderte verschiedener Einsatzfälle beispielsweise für die Antriebstechnik.

Die analogen Multiturn Winkelsensoren der Serien AL17xxM und AL19xxM eignen sich als präzise Sollwertgeber. Typisch sind Applikationen und Einsatzorte, bei denen eine präzise Winkelmessung mit analogem Ausgangssignal möglichst wirtschaftlich realisiert werden soll.

Mehrwendel Drahtpotentiometer messen Verfahrwege linear, die über einen Spindel- oder Schneckenantrieb in eine Drehbewegung umgesetzt werden. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist die Memory-Funktion in Flugzeugsitzen der First-Class. Hier gibt das Draht-Potentiometer eine exakte Rückmeldung der verschiedenen Positionen der jeweiligen Achse.

Eckdaten vom Drahtpotentiometer

Die Mehrwendel Draht-Potentiometer haben eine Linearitätstoleranz von ±0,25 %. Das 22 mm Gehäuse mit Zentralbefestigung kann mit einem optionalen Wellendichtring (IP54) abgedichtet werden. Weitere Optionen sind eine Tandemausführung für redundante Anschlüsse, unterschiedliche Widerstandswerte, Sonderwellengeometrien, eine rückseitige Welle sowie Kabel- und Steckervarianten. Das Ganze bietet Megatron auch in Kleinserien an.

Die beiden AL-Serien werden mit drei, fünf oder zehn Wendeln angeboten, wodurch sich elektrisch Drehwinkel von 1080°, 1800° oder 3600° Drehwinkel ergeben. Die Draht Potentiometer erreichen dabei eine maximale Lebensdauer von 300.000, 500.000 oder 1.000.000 Umdrehungen. Die maximale Verstellgeschwindigkeit beträgt 40 min^-1.

Drahtpotentiometer in Hybridtechnologie

Die Welle ist aus rostfreiem Stahl und das Gehäuse aus glasfaserverstärktem Nylon gefertigt. Für höhere Lebensdaueranforderungen und geringes Signalrauschen bietet sich die Draht Potentiometer Serie HH17xxM/19xxM in Hybridtechnologie an.

Abgerundet wird das Programm durch die Serien ALIR17xxM und ALIR19xxM. Sie haben ermöglichen zudem den Betrieb mit einer radialen Achslast von bis zu 4N. Insbesondere bei der Krafteinleitung am Wellenende gibt das Hochleistungs Polymergleitlager im rückseitigen Gehäusedeckel der Lagerung insgesamt noch mehr Stabilität. Zusätzlich schützt eine integrierte Rutschkupplung diese Drahtpotentiometer vor Zerstörung durch Überfahren der Endanschläge und erleichtert die Nullpunktjustage. Das Rutschmoment beträgt ca. 2 bis 7 Ncm.

Analoge Sensoren zur vielfältigen Winkelmessung

02.04.2014 | Die optimale Lösung an Sensoren zur Erfassung von geometrischen Größen benötigt einen angepassten Sensor, der nach den Kriterien Messbereich, Auflösung, Genauigkeit, Bauform und Umgebungsbedingungen ausgewählt werden kann. A. B. Jödden hat für alle Einsatzfälle eine passende Lösung – von induktiv bis kapazitiv, in Miniatur- und Atex-Ausführung.

Zum Beitrag

Quellenangabe: Dieser Beitrag basiert auf Informationen folgender Unternehmen: ASM, FSG, Megatron, Novotechnik, TDK.

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