Drehmomentmessung ­mit «Plug & Play»-Prinzip

Die Integration einer USB-Schnittstelle in einen digitalen Drehmomentsensor erlaubt, auf die oft teuren und kompliziert zu bedienenden Messverstärker zu verzichten. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass durch das «Plug & Play»-Prinzip der USB-Anschluss den Sensor automatisch erkennt, wodurch eine Messung innerhalb weniger Sekunden möglich ist. Auch die Stromversorgung des Sensors erfolgt aus dem USB-Anschluss.

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

Nabtesco Precision Europe GmbH

Nordson (Schweiz) AG - EFD Dosiertechnik

Eine neue Generation digitaler Drehmomentsensoren (Bild 1) vereinfacht die Anwendung der Drehmomentmesstechnik deutlich. Anwender benötigen keine teuren Messverstärker mehr, deren Bedienung oft kompliziert ist. Erreicht wurde dies unter anderem mit der Integration eines USB-Anschlusses in den Sensor. Der Vorteil dieser Verbindungsart liegt darin, dass durch das «Plug and Play»-Prinzip eine Messung innerhalb weniger Sekunden möglich ist und der Sensor über den USB-Anschluss elektrisch versorgt wird. Als Anzeige- und Auswerteeinheit genügt ein handelsüblicher Rechner mit USB-Anschluss. Die mitgelieferte Messsoftware ist auch ohne Installation auf dem Rechner lauffähig und nimmt dem Anwender nahezu alle Einstellungen ab. Dieser Sensor ist also überall dort ideal, wo Drehmomente schnell und unkompliziert gemessen werden sollen, wie in der Entwicklung, im Versuch und auch in der Produktion.

Aufbau eines modernen -Drehmomentsensors

Mechanischer Aufbau

Auf der im Gehäuse gelagerten Welle befindet sich eine im Durchmesser verjüngte Stelle, auf welche die Dehnungsmess-Streifenbrücke appliziert ist (Bild 2). Mit auf der Welle ist auch die Elektronik und der rotierende Teil des Transformator-Drehübertragers befestigt. Dieser besteht aus zwei zueinander konzentrischen Spulen, die durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind, die eine Spule ist auf dem Rotor, die andere im Stator befestigt. Die Übertragung von Energie beziehungsweise von Messsignalen erfolgt nach dem gleichen Prinzip wie bei einem Transformator. Im Gehäuse ist der stationäre Teil des Drehübertragers und eine weitere Elektronik untergebracht, ausserdem ein Stecker zum elektrischen Anschluss des Sensors.

Funktionsprinzip der Elektronik

Die Messwertaufnahme erfolgt mittels Dehnungsmessstreifen (DMS) auf der rotierenden Welle. Das hier abgegriffene Messsignal wird verstärkt und digitalisiert, ein analoges Filter sorgt für die Vermeidung von Alias-Effekten, welche durch die A/D-Wandlung entstehen würden (Bild 3). Das digitale Signal gelangt in einen Prozessor, der es zur Übertragung in Form eines seriellen Wortes auf den Stator vorbereitet. Die Übertragung vom Rotor zum Stator erfolgt über den Transformatordrehübertrager. Dessen Vorteil liegt in seiner bidirektionalen Verwendung, Signale können sowohl von der rotierenden Welle auf den Stator als auch in umgekehrter Richtung übertragen werden. Dies wird für die Übertragung von Befehlen auf den Rotor sowie für die Kontrollaufschaltung verwendet.

Im Stator wird das Datensignal aufbereitet und in einem Prozessor auf ein serielles Signal umgesetzt. Danach folgt ein Konverter, der für die Umsetzung der seriellen Daten in ein USB-Protokoll verantwortlich ist. Die Daten werden schliesslich über den USB-Anschluss auf den Rechner übertragen.

Durch die Verwendung von Prozessoren lassen sich Daten wie etwa Seriennummer, Kalibrierwerte, Messbereich, Kalibrierdatum usw. im Drehmomentsensor abspeichern. Diese können zur automatischen Konfiguration von der Messsoftware ausgelesen werden, was zu einer hohen Betriebssicherheit führt. Da die Versorgung des Sensors über die 5-V-Gleichspannung der USB-Schnittstelle erfolgt, sind keine weiteren Netzgeräte notwendig.