Fallstudie magnetischer Drehzahlsensor
Gliederung
- Einleitung
- Aufbau und Funktion der Sensoranordnung
- Systemgrenzen und Wechselwirkungen
- Parameter, typische ToleranzfÀlle und deren Charakterisierung
- Der Demonstrator
- Zusammenfassung
1. Einleitung
2. Aufbau und Funktion der Sensoranordnung
3. Systemgrenzen und Wechselwirkungen
Wichtig ist hierbei zu wissen, dass die Geometrie des Zahnrades einen wesentlichen Einfluss auf die Eigenschaften des Drehzahlsignals hat. Somit besteht der Gesamtdrehzahlsensor aus dem eigentlichen Sensor UND aus dem Zahnrad. Die Kombination aus beiden bestimmt somit die Sensoreigenschaften. Da der Sensor typischerweise von einem Sensorlieferanten bereitgestellt wird und das Zahnrad in der Kundenapplikation schon vorhanden ist, mĂŒssen diese aufeinander abgestimmt werden.
4. Parameter, typische ToleranzfÀlle und deren Charakterisierung
Hierbei ist ein wesentlicher Parameter der maximale Luftspalt zwischen Sensor und Zahnrad. Dieser darf typischerweise nur wenige mm betragen (z.B. 2 mm) und muss logischerweise gröĂer 0 mm sein.
Nun kommen die Toleranzen des mechanischen Systems zu tragen (siehe auch Abbildung 2):
- Toleranz Sensorposition
- Toleranz Zahnraddurchmesser und Profilabweichung
- ExzentrizitÀt Zahnrad auf der Welle
- VerkĂŒrzte ZĂ€hne durch VerschleiĂ oder BeschĂ€digung
- WĂ€rmeausdehnung
- Radiales Zahnradspiel
- Radiales Lagerspiel der Welle
- Durchbiegung der Welle z.B. durch QuerkrÀfte oder DrehmomentÀnderungen
Sofort ist zu erkennen, dass der maximale Luftspalt schnell durch mechanische Toleranzen im System aufgebraucht werden kann und die Funktion nicht immer sofort ĂŒber den gesamten Betriebsbereich sichergestellt werden kann.
Die optimale Beschreibung dieses Systems kann begleitet von Modellierungen, Simulationen und Versuchen schnell sehr aufwÀndig und teuer werden.
Ein praxisgerechter Ansatz mit zusĂ€tzlichem Systemwissen kann aber oft schon weiter helfen. Werden frĂŒhzeitig die Verzahnung und der Sensor aufeinander abgestimmt, erreicht man schon von Anfang an einen groĂen maximal möglichen Luftspalt. Wird nun der Sensor an einer Stelle im System platziert, an der die mechanischen Toleranzen gering sind, kann unter UmstĂ€nden eine Auslegung ĂŒber den gesamten Betriebsbereich mit wenig Aufwand dargestellt werden.
Die EinflĂŒsse der Zahngeometrie, in Kombination mit verschiedenen mechanischen Toleranzen, können mit dem transportablen mechanischen Demonstrator dargestellt werden. Dieser wird fĂŒr verschiedene Versuche zur Drehzahlsensorauslegung in den Sensortechnologie-Schulungen live verwendet.
5. Der Demonstrator

Encoder
Antrieb +/-5000 1/min
Geberrad 1
Geberrad 2
Sensor 1
Sensor 2
xyz-Verstellung 1
xyz-Verstellung 2

Modul 1 schrÀgverzahnt
Modul 1
Modul 1,25
Modul 1,5
Modul 2
Modul 2,5
Modul 3
Abbildung 3 und 4: Demonstrator Grundaufbau und typische ApplikationszahnrÀder Moduln 1-3
Drehzahlbereich: +/- 0 – 5000 1/min
Winkelauflösung: 0,4° Antriebswelle
GeberrÀder: Modul 1/1,25/1,5/2/2,5/3 + schrÀgverzahnt + kundenspezifisch
Spezialsensoren: analog und digital mit variablen und/oder deplatzierten Magnetkreis
Luftspaltbereich: 0 â 10 mm
Mittenversatz: +/- 5 mm
Axialversatz: +/- 5 mm
Verdrehung: variabel
- Zahnspitzenbruch
- ExzentrizitÀt des Geberrades
- Radialvibration des Geberrades
- Luftspaltschlag
- Synchronmessung: zwei Sensor/Zahnrad-Kombinationen gleichzeitig
Video 1: Der Demonstrator im Aktion