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BEDIENUNGSANLEITUNG Drehmomentsensor Typ 8651

©2006

burster präzisionsmesstechnik gmbh & co kg Alle Rechte vorbehalten

Gültig ab:

15.02.2006

Hersteller: burster präzisionsmesstechnik gmbh & co kg Talstraße 1 – 5 Postfach 1432 76593 Gernsbach 76587 Gernsbach Tel.: Fax.: E-Mail:

(+49) 07224 / 6450 (+49) 07224 / 64588 [email protected] www.burster.de

Anmerkung: Die im folgenden enthaltenen Informationen können sich ohne vorherige Mitteilung ändern. Kein Teil dieses Dokuments darf ohne vorherige schriftliche Genehmigung reproduziert werden, oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet werden. burster bietet keine Garantie irgendwelcher Art in Bezug auf dieses Gerät, einschließlich der stillschweigenden Garantie auf handelsübliche Qualität und Eignung für einen bestimmten Zweck.

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Aufbau Messkette

Mechanischer Aubau Bedingungen am Einsatzort Aufbau und Wirkungsweise Betriebsvorbereitung Allgemeines

Typ 8651 Drehmomentsensor

Seite 2

Inhaltsverzeichnis 1. Wichtige Hinweise .............................................................. Seite 5

2. Betriebsvorbereitung ......................................................... Seite 6 2.1

Einführung ............................................................................................Seite 6

2.2

Einsatzbereich und Anwendungsgebiete .......................................... Seite 6

Allgemeines

Typ 8651

Betriebsvorbereitung

Drehmomentsensor

3.1

Torisionswelle ......................................................................................Seite 7

3.2

Gehäuse ................................................................................................Seite 7

3.3

Messvorgang ........................................................................................Seite 7

3.4

Störgrößen und ihre Kompensation .................................................. Seite 7

Aufbau und Wirkungsweise

3. Aufbau und Wirkungsweise............................................... Seite 7

Feuchtigkeit und Staub ....................................................................... Seite 8

4.3

Chemische Einflüsse ........................................................................... Seite 8

4.4

Ablagerungen .......................................................................................Seite 8

5. Mechanischer Aufbau ........................................................ Seite 9 5.1

Vorkehrungen beim Montieren ........................................................... Seite 9

5.2

Allgemeine Einbaurichtlinien .............................................................. Seite 9

6. Aufbau der Messkette ........................................................ Seite 10

7. Anschließen ........................................................................ Seite 11 7.1

Hinweise für die Verkabelung ............................................................. Seite 12

7.2

Steckverbinder .....................................................................................Seite 12

7.3

Belegung des Steckverbinders .......................................................... Seite 12

7.4

Kabelverlängerung .............................................................................. Seite 12

7.5

Die Speisespannung ............................................................................ Seite 13

8. Messsignale ........................................................................ Seite 16

Seite 3

Mechanischer Aubau

4.2

Aufbau Messkette

Umgebungstemperatur ....................................................................... Seite 8

Anschließen

4.1

Bedingungen am Einsatzort

4. Bedingungen am Einsatzort .............................................. Seite 8

Anschließen

Aufbau Messkette

Mechanischer Aubau Bedingungen am Einsatzort Aufbau und Wirkungsweise Betriebsvorbereitung Allgemeines

Typ 8651 Drehmomentsensor

Seite 4

Typ 8651

Die Drehmomentsensoren der Typenreihe 8651 können als Maschinenelemente (z.B. Prüfstand) eingesetzt werden. Bei massekritischen Anwendungen ist die Einbaulage von Antriebs- und Messseite zu berücksichtigen. Beachten Sie, dass die Aufnehmer zugunsten einer hohen Messempfindlichkeit nicht mit den in Maschinenkonstruktionen üblichen Sicherheitsfaktoren (2...20) konstruiert sind. Die Grenzen für die zulässigen mechanischen, thermischen und elektrischen Beanspruchungen sind in dem Datenblatt aufgeführt. Sie müssen unbedingt eingehalten werden. Bitte berücksichtigen Sie das schon beim Planen der Messanordnung, beim Einbau und schließlich während des Betriebs.

Aufbau und Wirkungsweise

1. Wichtige Hinweise:

Betriebsvorbereitung

Allgemeines

Drehmomentsensor

Wo bei Bruch Menschen und Sachen zu Schaden kommen können, müssen vom Anwender entsprechende Sicherungsmaßnahmen (z.B. Abdeckungen, Überlastsicherungen) getroffen werden (einschlägige Unfallverhütungsvorschriften beachten!).

Bedingungen am Einsatzort

Berücksichtigen Sie insbesondere die angegebenen Überlastfaktoren.

Beim Öffnen oder Demontieren des Sensors innerhalb der Garantiezeit erlischt der Garantieanspruch.

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Aufbau Messkette

Das Öffnen des Aufnehmers darf nur von Fachpersonal vorgenommen werden.

Mechanischer Aubau

Der Drehmomentsensoren ist nicht für den Einsatz im Ex-Bereich zugelassen.

Seite 5

Drehmomentsensor

2. Betriebsvorbereitung

2.1 Einführung Die Drehmomensensoren sind entsprechend den Messbereichen aus unterschiedlichen Wellenmaterialien gefertigt. Drehmomentaufnehmer messen Drehmomente in der Maßeinheit Nm.

2.2 Einsatzbereich und Anwendungsgebiete Die Drehmomentsensoren messen sowohl in Rechts- wie in Linkslast. Bei Rechtslast ist das Ausgangssignal positiv. Über den Messbereichsendwert gibt das Typenschild Auskunft. Ebenso exakt wie statische Drehmomente messen die Drehmomentsensoren dynamische Momente. Hierbei sind die geringen Massen und die hohe Drehsteifigkeit von besonderem Vorteil. Beachten Sie den im Datenblatt angegebenen Signalanstieg des Sensors. Die Drehmomentsensoren sind durch ihre berührungslose Messsignalübertragung wartungsfrei. Ihre elektrischen Messsignale lassen sich zu entfernten Messständen übertragen und dort anzeigen, registrieren, weiterverarbeiten und zu Steuer- und Regelaufgaben verwenden. Als Präzisions- Messgerät verlangen die Drehmomentsensoren beim Transport und der Montage eine sorgfältige Handhabung, da z.B. Stöße oder Fallenlassen den Sensor beschädigen können. Drehmomentspitzen über die zulässige Überlast hinaus können zur Zerstörung der Torsionswelle führen. Wo sich solche Spitzen nicht sicher ausschließen lassen können, müssen Sie abgefangen werden.

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Aufbau Messkette

Mechanischer Aubau

Bedingungen am Einsatzort

Aufbau und Wirkungsweise

Betriebsvorbereitung

Allgemeines

Typ 8651

Seite 6

Typ 8651

3. Aufbau und Wirkungsweise

Allgemeines

Drehmomentsensor

Durch die Torsionskraft wird die Torsionswelle und damit die DMS elastisch verformt. Die DMS ändern proportional zu Ihrer Längenänderung ihren ohmschen Widerstand. Die nachfolgende Elektronik überträgt das Messsignal optisch frequenzmoduliert an das Gehäuse. Proportional der Frequenzänderung erfolgt die Wandlung in der Außenelektronik in eine Analog-spannung. Diese steht galvanisch getrennt zur weiteren Auswertung zur Verfügung. Die Impulsscheibe auf der Torsionswelle wird mit einem Encoder im Gehäuse abgetastet. Bei der Option Drehzahl steht ein Rechtecksignal mit 60 Imp / Umdrehung, bei der Option Drehwinkel zwei um 90° verschobene Rechtecksignale mit 360 Imp / Umdrehung zur weiteren Auswertung zur Verfügung. Mit der Option Drehwinkel ist eine Drehrichtungserkennung möglich. Bei Rechtsdrehung eilt Kanal A um 90° gegenüber Kanal B vor.

3.4 Störgrößen und ihre Kompensation Biegung, Axial- und Radialkräfte sind Störgrößen und daher zu vermeiden. Wir empfehlen die Verwendung von Klemmnabenkupplungen. Diese müssen entsprechend den Einsatzbedingungen ausgewählt werden. Für den elektrischen Anschluss sind abgeschirmte Leitungen zu verwenden. Die Drehmomentsensoren wurden auf ihre elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) nach EN 55011/03.91 (DIN VDE 0875-11/07.92) bzw. prEN 50082-2/1993 (E DIN EN 50082-2/03.94) getestet. Seite 7

Aufbau und Wirkungsweise Bedingungen am Einsatzort

3.3 Messvorgang

Mechanischer Aubau

Die Gehäuse der Drehmomentsensoren sind aus hochfestem Aluminium hergestellt, die Oberfläche ist zum Schutz harteloxiert. Die Torsionswelle ist im Gehäuse zweifach über Rillenkugellager gelagert. Die mechanische Befestigung der Sensoren erfolgt wahlweise über Fuß- oder Flanschbefestigung. Eine Auswerteelektronik für Drehmoment und Drehzahl oder Drehwinkel ist auf dem Gehäuse montiert.

Aufbau Messkette

3.2 Gehäuse

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Die Torsionswelle ist entsprechend dem Messbereichsendwert aus Spezial- Aluminium bzw. gehärtetem Stahl. Die drehmomentproportionale Verdrehung der Torsionswelle innerhalb ihrem elastischen Bereich wird mit auf ihr applizierten Dehnungsmessstreifen (DMS) ausgewertet. Die DMS sind zu einer Wheatstone- Brückenschaltung angeordnet. Der Kraftschluss erfolgt über zylindrische Wellenenden mit glatten Wellenenden oder Passfedernut nach DIN 6885. Optional kann die Torsionswelle mit einer Impulsscheibe für Drehzahl- oder Drehwinkelmessung versehen sein (siehe Datenblatt).

Betriebsvorbereitung

3.1 Torisionswelle

Aufbau und Wirkungsweise

Betriebsvorbereitung

Allgemeines

Typ 8651

Drehmomentsensor

4. Bedingungen am Einsatzort 4.1 Umgebungstemperatur Um optimale Ergebnisse zu erzielen, muss der Nenntemperaturbereich eingehalten werden. Am besten sind konstante, allenfalls langsam ver nderliche Temperaturen. Die angegebenen Temperaturfehler gelten, wenn sich die Temperatur nicht schneller als 5K/h ändert. Einseitige Strahlungswärme oder Abkühlung sind zu vermeiden und gegebenenfalls entsprechende Maßnahmen zu ergreifen.

4.2 Feuchtigkeit und Staub

4.3 Chemische Einflüsse Die Drehmomentsensoren sind gegen chemische Einflüsse nicht geschützt. Sie können nicht in aggressiver Umgebung eingesetzt werden.

4.4 Ablagerung Staub, Schmutz und andere Fremdkörper dürfen sich nicht so ansammeln, dass sie in die Lager oder in den Steckverbinder eindringen können.

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Aufbau Messkette

Mechanischer Aubau

Bedingungen am Einsatzort

Die Drehmomentsensoren entsprechen der Schutzart IP40 nach DIN 40050. Hinweis: In den Anschlussstecker des Sensors darf keine Feuchtigkeit eindringen!

Seite 8

*

Sensor schonend handhaben

*

Sensor nicht überlasten, auch nicht vorübergehend, z.B. beim Montieren der Kupplungen. Falls möglich, wird empfohlen den Sensor vor dem Montieren elektrisch anzuschließen und das Moment an der Auswertung zu überwachen.

*

Fluchtungsfehler in axialer und radialer Richtung müssen vermieden werden.

*

Auf eine gute elektrische Verbindung des Gehäuses zu geerdeten Teilen ist zu achten.

Betriebsvorbereitung

5.1 Vorkehrungen beim Montieren

Aufbau und Wirkungsweise

5. Mechanischer Aufbau

Allgemeines

Typ 8651

Bedingungen am Einsatzort

Drehmomentsensor

Beim Lesen des Typenschildes befindet sich die Antriebsseite rechts und die Messseite links am Sensor. Die Messseite ist zusätzlich durch eine Vertiefung im Deckel gekennzeichnet.

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Biegung, Axial- und Radialkräfte sind Störgrößen, also Ursachen für Messfehler. Auf Wärmedehnungen der Konstruktion muss geachtet werden.

Aufbau Messkette

Antriebs- und Messseite sollten nicht vertauscht werden, da sonst eine Verfälschung des Messergebnisses (z.B. bei Beschleunigungsvorgängen) stattfindet.

Mechanischer Aubau

5.2 Allemeine Einbaurichtlinien

Seite 9

Drehmomentsensor

6. Aufbau der Messkette Um mit dem Sensor messen zu können, ist der Aufbau einer kompletten Messkette erforderlich. Diese besteht aus: *

Drehmomentsensor

*

Verbindungskabel

*

Versorgungs- und Auswertegerät

*

einem Registriergerät z.B. Drucker (bei Bedarf)

Ein Versorgungsgerät ist notwendig, um den Sensor mit der notwendigen Betriebsspannung zu versorgen. Der Sensor beinhaltet den kompletten Messverstärker, so dass kein weiterer Verstärker notwendig ist. Das Messsignal kann direkt weiterverarbeitet (z.B. PC) oder mit Versorgungs- und Auswertegeräten dargestellt und ausgewertet werden.

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Aufbau Messkette

Mechanischer Aubau

Bedingungen am Einsatzort

Aufbau und Wirkungsweise

Betriebsvorbereitung

Allgemeines

Typ 8651

Seite 10

Drehmomentsensor 7. Anschließen Anschluss eines Drehmoment-Sensors mit 6pol Stecker Kontrolle (Pin 6)

Allgemeines

Typ 8651

Moment Masse (Pin 5)

888.88 Nm

Versorgungs Masse und Moment Masse können bei Bedarf an der Quelle zusammengelegt werden.

Betriebsvorbereitung

Moment (Pin 4)

Versorgung (Pin 2) Aufbau und Wirkungsweise

Versorgung Masse (Pin 1)

U=

Bedingungen am Einsatzort

Typ Messbereich Ein- und Ausgangsspannung Seriennummer

Moment (Pin C) Moment Masse (Pin D)

888.88 Nm

Drehzahlausgang (Pin G) [Optional]

888.88 U/Nm

Versorgung (Pin F)

Winkel Spur B (Pin G) [Optional]

Versorgung Masse (Pin E)

Winkel Spur B (Pin B) [Optional]

U= Typ Messbereich Ein- und Ausgangsspannung Seriennummer

Seite 11

888.88 Grad

Aufbau Messkette

Versorgungs Masse und Moment Masse können bei Bedarf an der Quelle zusammengelegt werden.

Anschließen

Kontrolle (Pin K)

Mechanischer Aubau

Anschluss eines Drehmoment-Sensors mit 12pol Stecker

Aufbau und Wirkungsweise

Betriebsvorbereitung

Allgemeines

Typ 8651

Drehmomentsensor

7.1 Hinweise für die Verkabelung Elektrische und magnetische Felder verursachen oft die Einkopplung von Störspannungen in den Messkreis. Diese Störungen gehen in erster Linie von parallel zu den Messleitungen liegenden Starkstromleitungen aus, aber auch von in der Nähe befindlichen Schützen oder Elektromotoren. Außerdem können Störspannungen auf galvanischem Wege eingekoppelt werden, insbesondere durch Erdung der Messkette an mehreren Punkten, so dass es zu Potentialunterschieden kommt. Beachten Sie folgende Hinweise: *

Verwenden Sie nur abgeschirmte und kapazitätsarme Messkabel.

*

Messkabel nicht parallel zu Starkstrom- oder Steuerleitungen verlegen.

*

Streufelder von Trafos, Motoren und Schützen sind zu meiden.

*

Sensor, Auswerte- und Anzeigegerät nicht mehrfach erden.

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Aufbau Messkette

Mechanischer Aubau

Bedingungen am Einsatzort

Alle Geräte der Messkette an den gleichen Schutzleiter anschließen.

7.2 Steckverbinder Die Sensoren sind mit einem 6poligen oder 12poligen (bei Drehzahl oder Drehwinkel) Einbaustecker Typ Binder ausgestattet.

7.3 Belegung des Steckverbinders Die Anschlussbelegungen der Steckverbinder befinden auf den folgenden Seiten. Der Sensor erzeugt intern ein galvanisch getrenntes Messsignal. Die Massen dürfen nicht am Sensor direkt gebrückt werden, da es sonst entsprechend der Kabellänge zum Versorgungs- und Auswertegerät zu Messfehlern führt. Bei Bedarf können sie am Versorgungs- und Auswertegerät gebrückt werden. Die “Kontrollansteuerung” dient zum Test des Sensors. Dieser gibt sein maximales Signal von z.B. +10V (bei Rechtslast) ab. Der Ansteuerpegel beträgt 4,5V bis Versorgungsspannung, dabei ist der Bezugs-Massepunkt die Versorgungs-Masse (bis 10.2001 Moment-Masse).

7.4 Kabelverlängerung Verlängerungskabel müssen abgeschirmt und kapazitätsarm sein. Wir empfehlen die Verwendung der von uns angebotenen Kabeln, die diese Voraussetzungen erfüllen. Bei Kabelverlängerungen ist auf einwandfreie Verbindung und gute Isolation zu achten. Es ist darauf zu achten, dass der Kabelquerschnitt ausreichend groß gewählt wird um genügend Speisespannung am Sensor zu gewährleisten. Eine Neukalibrierung bei Kabelverlängerung ist nicht erforderlich. Seite 12

Typ 8651

7.5 Die Speisespannung Die Anstiegszeit der Speisespannung 12V bzw. 15V (Standardausführung) sollte unter 1ms liegen, da es sonst vorkommen kann, das der DC/DC-Wandler auf der Außenelektronik nicht zu schwingen beginnt.

Allgemeines

Drehmomentsensor

Anschlussbelegung Betriebsvorbereitung

Drehmoment-Sensor ohne Option Steckverbinder: 6 pol

Typ 8651-XXXX

grÜn braun

Versorgung Masse Versorgung Schirm Moment Ausgang Moment Masse Kalibriereingang

gelb weiß grau

3 2 1

4 6

5

(Pinbelegung des Flanschsteckers von der Lötseite aus gesehen.) PIN D (Moment Masse) und PIN E (Versorgung) sind intern galvanisch getrennt, bei Bedarf an der Speisequelle (nicht am Sensor) brücken.

Bedingungen am Einsatzort

1 2 3 4 5 6

Mechanischer Aubau

Belegung (am freiem Leitungsende) _____________________________________________

Aufbau und Wirkungsweise

Farbe

Aufbau Messkette

Pin

Zwischen den Pins 1 – 2, 4 – 5, 1 – 6 ist ein Keramik- Kondensator 100nF / 50V eingelötet. Wir empfehlen diese Maßnahmen am Buchsengehäuse der Versorgung ebenfalls durchzuführen. Seite 13

Anschließen

Eingebaute EMV- Schutzbeschaltung

Allgemeines

Typ 8651

Drehmomentsensor

Anschlussbelegung Drehmoment-Sensor mit Option Drehzahl Steckverbinder: 12pol

Bedingungen am Einsatzort

Aufbau und Wirkungsweise

Betriebsvorbereitung

Typ 8651-XXXX-V002 Pin

Farbe Belegung (am freiem Leitungsende) _____________________________________________

A B C D E F G H J K L M

schwarz rot braun wei§ gelb lila grün rosa grau grau/rosa blau/rot blau + Schirm

NC NC Moment Ausgang Moment Masse Versorgung Masse Versorgung Drehzahlausgang NC NC Kalibriereingang NC Schirm

Mechanischer Aubau

F

G

E H

D C

L

M K

Aufbau Messkette

B

Anschließen

J

A

(Pinbelegung des Flanschsteckers von der Lötseite aus gesehen.) PIN D (Moment Masse) und PIN E (Versorgung + Drehzahl Masse) sind intern galvanisch getrennt, bei Bedarf an der Speisequelle (nicht am Sensor) brücken. Eingebaute EMV- Schutzbeschaltung An allen belegten Pins außer PIN G und M ist ein Keramik-Kondensator 100nF/ 50V RM2,5 gegen Masse (Steckergehäuse am Sensor) eingelötet. Wir empfehlen diese Maßnahmen am Buchsengehäuse der Versorgung ebenfalls durchzuführen. Seite 14

Drehmomentsensor

Typ 8651 Allgemeines

Anschlussbelegung Drehmoment-Sensor mit Option Drehwinkel Steckverbinder: 12pol

NC Winkelausgang Spur B = 90° Moment Ausgang Moment Masse Versorgung + Winkel Masse Versorgung Winkelausgang Spur A = 0° NC NC Kalibriereingang NC Schirm

F

H

D C

L

M J

A B

K

(Pinbelegung des Flanschsteckers von der Lötseite aus gesehen.) PIN D (Moment Masse) und PIN E (Versorgung + Drehzahl Masse) sind intern galvanisch getrennt, bei Bedarf an der Speisequelle (nicht am Sensor) brücken. Eingebaute EMV- Schutzbeschaltung An allen belegten Pins außer PIN B, G und M ist ein Keramik-Kondensator 100nF/50V RM2,5 gegen Masse (Steckergehäuse am Sensor) eingelötet. Wir empfehlen diese Maßnahmen am Buchsengehäuse der Versorgung ebenfalls durchzuführen. Seite 15

Mechanischer Aubau

G

E

Aufbau Messkette

schwarz rot braun weiß gelb lila grün rosa grau grau/rosa blau/rot blau + Schirm

Anschließen

A B C D E F G H J K L M

Aufbau und Wirkungsweise

Farbe Belegung (am freiem Leitungsende) _____________________________________________

Bedingungen am Einsatzort

Pin

Betriebsvorbereitung

Typ 8651-XXXX-V001

Aufbau und Wirkungsweise

Betriebsvorbereitung

Allgemeines

Typ 8651

Drehmomentsensor

8. Messsignale

Der Sensor liefert eine drehmomentproportionale Gleichspannung von z.B. 0-10V. Bei Rechtslast ist die Ausgangsspannung positiv, bei Linkslast negativ. Die Ausgänge für Drehzahl- oder Drehwinkel sind mit einem Open-Collektor ausgestattet. Intern ist ein Pull- Up mit 10k Ohm eingebaut. Er liefert über eine Diode entkoppelt einen 5V Pegel. Bei Bedarf kann ein externer Pull Up entsprechend Datenblatt verwendet werden.

Anschließen

Aufbau Messkette

Kanal A/B

Mechanischer Aubau

Bedingungen am Einsatzort

(+5 V)

Seite 16

Drehmomentsensor

Typ 8651

Mit externer Auswerteschaltung: Maximale Drehzahlen in min-1:

10 kΩ 4000 2000 1000

1,2 kΩ 15.000 12.000 10.000

Mit folgender Auswerteschaltung sind noch bei 10 m Kabellänge Drehzahlen von über 15.000 min-1 möglich. Der Signalpegel ist für (H)CMOS und die Auswertung mit einem Oszilloskop geeignet. Für Standard-Digitalpegel kann die Schaltung auf der rechten Seite hinzugefügt werden. Pin F

12 V

10 kΩ

Oszilloskop/

Winkel A Aufnehmer Pin G

1 (H)CMOS

ZPD 3V3

1

1,2 kΩ

Spur A (TTL/CMOS)

1 1/2

Aufbau Messkette

Pin E

74HC04

Pin F

820 Ω

+

12 V

10 kΩ

Oszilloskop/

Winkel B Aufnehmer Pin B

1 (H)CMOS

ZPD 3V3

1

1,2 kΩ

1 Pin E 1/2

Seite 17

74HC04

Spur A (TTL/CMOS)

Anschließen

820 Ω

+

Mechanischer Aubau

2,5 m 5m 10 m

Aufbau und Wirkungsweise

R-Pullup (5V ... 12V)

Bedingungen am Einsatzort

Kabellänge

Betriebsvorbereitung

(Sensor mit 360 Impulse/Umdrehung) Hinweis: • Es ist die Maximaldrehzahl des Sensor zu beachten! • Wenn Sie Sensoren mit 60 Impulsen pro Umdrehung verwenden (Drehzahlmessung), sind die erreichbaren Drehzahlen sechsmal höher als in den Tabellen dargestellt. Leitungslänge maximale Drehzahl 2,5 m 10.000 min-1 Kabellänge R-Pullup (5V ... 12V) 5m 10.000 min-1 10 m 10.000 min-1

Allgemeines

Winkel- / Drehzahlmessung bei hohen Drehzahlen