Analoge Sensoren haben auch in unserer heutigen Zeit nicht ausgedient. Es gibt viele Einsatzbereiche, in denen sie ihren digitalen Kollegen überlegen sind. Ihre einfache Handhabbarkeit und das lückenlose Erfassen aller Werte innerhalb ihres Messbereiches sind ein großer Vorteil. Außerdem können sie als sehr robuste Ausführungen hergestellt werden. Auch die Signalübertragung ist sehr störsicher. Deshalb sind sie eine ideale Lösung, wenn zuverlässige, besonders robuste und langlebige Sensoren benötigt werden.
Der streng symmetrische Aufbau der Spulenhälften sorgt für eine sehr gute Linearität, hohe Reproduzierbarkeit, Hysteresefreiheit und Temperaturstabilität. Elektronische Temperaturkompensation und Linearisierung sind bei diesen Systemen nicht erforderlich.
Dem Anwender stehen mit diesen Sensoren sehr robuste, einfach zu handhabende, absolut messende Systeme zur Verfügung. Auch die vom Anwender durchzuführende Verdrahtung der Sensoren in der bewährten 3-Leitertechnik ist einfach und zuverlässig. Jeder Sensor wird mit einer 3-adrigen, abgeschirmten Leitung verbunden. Der niederohmige Abschlusswiderstand in der Empfangselektronik (SPS, IPC oder Anzeigegerät) gewährleistet die sehr störungssichere Übertragung der analogen Signale. Mit dem verschleißfreien Messverfahren sind Messungen hochdynamischer Vorgänge problemlos möglich.
Ein Einsatzbeispiel ist die Messtechnik an Kfz-Verbrennungsmotoren, die die Spannung der Steuerkette messen. Der Kettentrieb von Verbrennungsmotoren hat die Aufgabe, die Drehbewegung der Kurbelwelle auf die Nockenwellen zu übertragen. Damit wird sichergestellt, dass die Ventile zuverlässig und exakt zum richtigen Zeitpunkt geöffnet und geschlossen werden. Als Übertragungsmedium wird eine Kette verwendet, die sogenannte „Steuerkette“. Steuerketten werden schon seit gut 100 Jahren im Motorenbau eingesetzt. Sie können hohe Kräfte übertragen und sind deshalb besonders bei starken Motoren beliebt. Zudem haben sie eine lange Laufzeit und können verhältnismäßig große Distanzen überbrücken, bezogen auf die Strecke, die die Kette bei den zahlreichen Umdrehungen zurücklegt. Arbeiten alle beteiligten Bauteile fehlerfrei, halten Steuerketten viele 100.000 Kilometer lang.
Die Steuerkette stimmt alle Abläufe aufeinander ab. Sie verbindet die Kurbelwelle, die den Kolbenhub steuert, mit den Nockenwellen, die fürs Öffnen und Schließen der Ventile zuständig sind. So sorgt sie dafür, dass sie sich im richtigen Verhältnis zueinander drehen, und stellt sicher, dass sie sich bei ihrer Arbeit nicht in die Quere kommen. Geht dabei etwas schief, kann ein kapitaler und teurer Motorschaden die Folge sein. Weil ein Verbrennungsmotor mit hohen Drehzahlen arbeitet, muss die Kette geführt und gespannt werden. Sogenannte Gleitschienen halten die Kette in der Bahn. Spannschienen üben Druck auf die Kette aus und sorgen dafür, dass sie straff auf den Zahnrädern sitzt. Diese lineare Bewegung der Schienen – bis zu 20 mm – wird mit den induktiven Wegaufnehmern gemessen. Die Kontaktpunkte werden über das Motoröl geschmiert, deshalb muss der Sensor sehr gut geschützt werden. Das Paket aus Führungselementen sorgt dafür, dass sich die Steuerkette in den vorgesehenen Bereichen bewegt und nicht anfängt zu flattern. In der vorherrschenden Atmosphäre müssen die Sensoren gegen Pansch- und Spritzöl, unterschiedlichen Kurbelgehäusedrücken und Temperaturen zwischen + 20° C und + 135 °C funktionieren. Selbst ein langfristiger Betrieb bei 130° C hat sehr gute Ergebnisse ergeben. Die Spannung muss während des gesamten Motorbetriebs kontinuierlich gemessen und überprüft werden. Verändert sich die Spannung, d. h. die Kette ist zu locker oder zu straff, wird die Funktion des Motors ungünstig beeinflusst. Liegen die Werte außerhalb des Toleranzbereiches, kann es zu Schäden am Motor kommen bis zum Totalschaden.
Funktion induktiver Weg- und Winkelaufnehmer
Die Technik dieser Sensoren basiert auf dem Prinzip der Differenzialdrossel. Innerhalb eines Spulenkörpers wird ein NiFe-Kern axial bewegt. Die jeweilige Position des Kerns bewirkt eine entsprechende Induktivitätsverteilung in den beiden Spulenhälften, die durch eine externe oder integrierte Elektronik in ein weg proportionales, analoges Signal umgewandelt wird.
Einfach und zuverlässig
Diese einfache Art der absoluten Wegerfassung ermöglicht einen robusten, zuverlässigen Aufbau des Sensorelementes. Der Einbau in ein Edelstahl- oder NiFe-Gehäuse mit anschließendem Komplettverguss ergibt einen analogen Sensor, der im Temperaturbereich zwischen – 40 °C und + 125 °C eingesetzt werden kann, der problemlos die Schutzart IP68 (untertauchen bis zu 50 m) erreicht und bis 250 g schock- und Vibrationsfest ist. Diese verschleißfrei arbeitende Messmethode ist für Wege bis 360 mm einsetzbar.
Die Auswerteelektronik
versorgt die Sensoren mit einer Hochkonstanten Wechselspannung. Das Messsignal wird phasenrichtig demoduliert, verstärkt und als normiertes Ausgangssignal. 0(4) – 20 mA, 0 – 10 VDC oder ± 10 VDC zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Die Elektronik kann je nach Anwendungsfall als 1- oder 2-kanalige Version in verschiedenen Gehäusen oder im Sensor integriert ausgeführt werden. Die verwendete Wechselspannung zur Versorgung der induktiven Sensoren mit einer Frequenz von 10 kHz ermöglicht die Erfassung hochdynamischer Messvorgänge. Die standardmäßig eingestellte Grenzfrequenz beträgt 800 Hz und kann auf Kundenwunsch auf 4 kHz erhöht werden.
Verschleißarm und wartungsfrei
Die verschleißarme und wartungsfreie Ausführung der Sensoren bedeutet eine zuverlässige Funktion mit langer Lebensdauer. Die erforderlichen Betriebsspannungen sind variabel und können den Anwendungen angepasst werden, z. B. 11 – 17 VDC bei Einsatz in Kraftfahrzeugen. Der streng symmetrische Aufbau der Spulenhälften sorgt für eine sehr gute Linearität, hohe Reproduzierbarkeit, Hysteresefreiheit und Temperaturstabilität. Elektronische Temperaturkompensation und Linearisierung sind bei diesen Systemen nicht erforderlich.
Fazit
Dem Anwender stehen mit diesen Sensoren sehr robuste, einfach zu handhabende, absolut messende Systeme zur Verfügung. Auch die vom Anwender durchzuführende Verdrahtung der Sensoren in der bewährten 2- oder 3-Leitertechnik ist einfach und zuverlässig. Jeder Sensor wird mit einer 2- oder 3-adrigen, abgeschirmten Leitung verbunden. Der niederohmige Abschlusswiderstand in der Empfangselektronik (SPS, IPC oder Anzeigegerät) gewährleistet die sehr störungssichere Übertragung der analogen Signale. Typische Einsatzgebiete dieser Sensoren sind u. a. die Istwerterfassungen in geschlossenen Regelkreisen. Mit dem verschleißfreien Messverfahren sind Regelungen hochdynamischer Vorgänge problemlos möglich.
