O+P Fluidtechnik 6/2025

SENSORIKSEILLÄNGENGEBERDAS GMR-PRINZIP FÜR STROMLOSHOCHGENAUE MESSUNGPRODUKTE UND ANWENDUNGENAnwendungen für Seillängengeber verlangenhohe Auflösung, Genauigkeit und Dynamikebenso wie Langzeitstabilität der Messwerte undeine einfache Integration. Die Einsatzgebiete vonSeillängengebern sind äußerst vielfältig, vielestellen hohe Ansprüche an die mechanischeRobustheit. Nahezu alle Anwendungen forderneinen geringen Wartungsaufwand. Der Beitragzeigt warum sich kontaktlose Multiturn-Sensoren, die auf dem GMR-Effekt basieren, idealfür hochpräzise Umdrehungsmessung eignen.Ein Seillängengeber ist ein Messsystem, das die lineare Bewegungeines Messseils in ein elektrisches Messsignal umwandelt.Dazu ist das Messseil, das meist aus Edelstahl besteht,auf eine Trommel gewickelt. Wird das Seil herausgezogen,dreht sich die Trommel. Die gemessene Länge ist proportionalzur Umdrehung der Trommel. Ein Federmechanismussorgt beim Wiedereinziehen des Seiles dafür, dass es stets einlagigaufgewickelt wird. Die Drehbewegung wird von einem gekoppeltenDrehgeber in ein elektrisches Signal gewandelt. Die resul-Dipl.-Ing. Stefan Sester, Leiter technischer Vertrieb bei Novotechnik;Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll, Redaktionsbüro Stutenseetierenden Messwerte geben präzise Aufschluss über die Positiondes Messeiles und abgeleitet auch die Geschwindigkeit der Bewegungdes Seils.Durch dieses Bauprinzip lassen sich Seillängengeber sehrkompakt aufbauen und können dennoch über verhältnismäßiggroße Weglängen präzise messen. Sie sind einfach zu montieren,funktionsbedingt robust und vielseitig und auch in schmutzigenund rauen Umgebungen einsetzbar. Dadurch eigenen sie sich fürzahlreiche Anwendungsfälle.ANFORDERUNGEN AN DIE EINGESETZTEMESSTECHNIKWegen der mehrfachen Umdrehung der Trommel beim Abwickelndes Messseils sind Seillängengeber der ideale Einsatzort fürMultiturn-Sensoren. Allerdings kommen verschiedene der heutigenSensorvarianten aufgrund der hohen Anforderungen je nachAnwendungsfall an ihre Grenzen. Kostengünstige Mehrgang-Potentiometerbeispielsweise bieten häufig nicht die geforderte Genauigkeitund Lebensdauer. Für Seillängengeber, die kompaktbauen sollen, sind optische Encoder meist zu teuer und zu groß.Getriebelösungen wiederum scheiden aus, weil sie verschleißbehaftetund damit wartungsintensiv sind.Hier kann die neue Generation von Multiturn-Sensoren ausdem Hause Novotechnik zum Problemlöser werden. Sie basiertauf dem GMR-Effekt (Giant Magneto Resistance Effect). Dieserwird in Strukturen beobachtet, die aus sich abwechselnden magnetischenund nichtmagnetischen dünnen Schichten mit einigenNanometern Schichtdicke bestehen. Der Effekt bewirkt, dass derelektrische Widerstand der Struktur von der gegenseitigen Orientierungder Magnetisierung der magnetischen Schichten abhängt;er ist bei Magnetisierung in entgegengesetzte Richtungendeutlich höher als bei Magnetisierung in die gleiche Richtung.18 O+P Fluidtechnik 2025/06 www.oup-fluidtechnik.de

SENSORIK010302Dieser Unterschied kann genutzt werden, um mithilfe eines spezielldesignten Sensorelementes mit mehreren WiderstandssegmentenUmdrehungen zu erfassen und gleichzeitig zu speichern,und beides sogar im stromlosen Zustand („True Power-On“). Lediglichfür die Ausgabe des Messerwerts über analoge oder digitaleSchnittstellen wird die Versorgung benötigt.NEUE SENSOR GENERATIONDie neue Generation Multiturn-Sensoren von Novotechnik liefertauf Basis des GMR-Effekts den Drehwinkel der Trommel in Kombinationmit dem nicht flüchtigen Umdrehungszähler als absolutePositionswerte über mehrere Umdrehungen mit hoher Auflösungals lineares Signal. Die Sensoren arbeiten komplett berührungslos,sind daher verschleißfrei und benötigen dank GMR-Technologie keine Pufferbatterien. Der Messwert steht beidiesem echten „True Power-on“-System sofort nach dem Startzur Verfügung. Verdrehungen innerhalb des Messbereiches von44 Umdrehungen werden auch im stromlosen Zustand erfasst.Angeboten werden die Sensoren in verschiedenen Bauformen.Wo die Platzverhältnisse besonders beengt sind, eignet sich derMZ1-2200 mit einem Gehäusedurchmesser von gerade einmal22 mm und Zentralbefestigung zur einfachen Montage. Der MC12800 hat ein Gehäusedurchmesser von 30 mm und wird wahlweisemit Steckkupplung oder indexierter Welle angeboten. Für raueUmgebungsbedingungen empfiehlt sich die Baureihe MB1-3600mit einem Gehäusedurchmesser von 36 mm. Alle Baureihen könnenaufgrund ihrer Schutzart von außen am Seillängengebermontiert werden.Für kostenoptimierte Projekte und OEMs ist die Kit-Lösung interessant,zum Beispiel auch zur Integration in das Seillängengebergehäuse.Diese Lösung reduziert den Sensor auf seine Grundkomponentenund auf einen minimalistischen Adapter, der dieSensorkomponenten miteinander verbindet. Der Sensor kommtohne Welle aus, stattdessen wird der integrierte Positionsgeberdirekt auf das Wellenende der Trommel gesteckt und mechanischz. B. durch zwei Befestigungslaschen mit Langlöchern justiert.PRÄZISE, FLEXIBEL UND EFFIZIENTAlle Bauvarianten messen magnetisch und kontaktlos, arbeitendaher verschleißfrei und haben eine hohe Lebensdauer. Messenlässt sich ein elektrischer Nutzwinkel von 15840 ° (das entspricht44 Umdrehungen). Pro Umdrehung haben die Sensoren eineAuflösung von bis zu 16 Bit. Als echte True-Power-On Systemebleiben die Positionen der Sensoren bei Spannungsausfall erhaltenund Umdrehungen werden auch stromlos erfasst. Dabei sinddie Sensoren auch noch ausgesprochen genau. Über den gesamtenMessbereich liegt die Linearitätsabweichung unter ±1 °. Siesind optimiert für den Einsatz in mobilen Anwendungen mit01 Ein Seillängengeber wandelt die lineare Position einesMessseils in ein elektrisches Messsignal um02 Funktionale Schichtstruktur eines GMR-Sensors:Der GMR-Effekt bewirkt, dass der elektrische Widerstandder Struktur von der gegenseitigen Orientierung derMagnetisierung der magnetischen Schichten abhängt03 Die Kit-Variante des Sensors eignet sich ideal fürkostenoptimierte Projekte und OEMshöchsten EMV-Anforderungen (Störfestigkeit bis 30 V/m gemäßISO 11452-5).Um ein breites Anwendungsspektrum abdecken zu können,werden die Multiturn-Sensoren mit diversen Schnittstellen angeboten.Einerseits gibt es verschiedene analoge Schnittstellen, andererseitsdiverse digitale wie IO-Link, CANopen, CAN J1939, SPIoder SENT (Single Edge Nibble Transmission). Gerade die digitalenSchnittstellen ermöglichen zusätzliche Smart Sensor Funktionalitätenzur Zustandsüberwachung wie Statistikdaten zu Temperatur,Betriebszeit, Versorgungsspannung und Laufleistung.Die Sensoren sind einfach zu integrieren. Aufgrund der absolutenMessung sind weder Kalibrierung noch Referenzfahrten notwendig.Sie werden angeboten in Schutzarten IP54 bis IP67. Diehohe Performance, die die Multiturnsensoren auf engstem Raumbieten, gepaart mit ihrer Verschleißfreiheit und flexibler Kommunikationüber vielfältige Schnittstellen empfehlen sie für den Einsatzin Seillängengebern aber auch in vielen anderen industriellenAnwendungen, in denen auf engstem Raum über mehrereUmdrehungen Drehwinkel äußerst präzise gemessen werdenmüssen.Bilder: Novotechnikwww.novotechnik.dePOINTIERTOPTISCHE ENCODER OFT ZU GROSS FÜRSEILLÄNGENGEBER BEI GERINGEM BAURAUMMULTITURN-SENSOREN MIT GMR-TECHNOLO-GIE LÖSEN DAS PROBLEMSENSOREN ARBEITEN KOMPLETT BERÜH-RUNGSLOS UND VERSCHLEISSFREIECHTES TRUE-POWER-ON-SYSTEM: DATENWERDEN AUCH STROMLOS ERFASSTwww.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2025/06 19