Basiswissen - Drehzahlsensoren

Drehzahlsensoren werden dort eingesetzt, wo zu einem günstigen Preis, an schlecht zugänglichen Stellen oder unter besonderen Umgebungsbedingungen die Drehzahl und die Geschwindigkeit berührungslos erfasst werden soll.

RHEINTACHO ist auf die Entwicklung und Herstellung von Sensoren für härteste Umgebungsbedingungen spezialisiert. Die Beständigkeit der Sensoren bei hohen Drücken, Temperaturwechseln, elektromagnetischen Störungen, aggressiven Medien sowie Wasser- oder Dampfstrahlereinwirkungen ist entscheidend für ihre Einsatzfähigkeit und Lebensdauer.

Bei der Entwicklung, Konstruktion und Produktion unserer Drehzahlsensoren werden ständig neue Erkenntnisse und Technologien berücksichtigt. Die Sensoren mit integrierter Signalaufbereitung sind in modernster Technik aufgebaut. Sorgfältige Auswahl der Bauteile, automatische Prüfungen während der einzelnen Fertigungsschritte sowie Endprüfung jedes einzelnen Sensors nach fest vorgegebenen Kriterien, sichern ein Höchstmaß an Qualität unserer Drehzahlsensoren.

Ziel der RHEINTACHO ist es, durch innovative Produkte aktuellen und zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden. Unser Anspruch ist es, Sie als Partner rund um alle Fragen zur Drehzahlmessung zu beraten und bei der Planung und Realisierung Ihrer Projekte zu unterstützen.

Allgemeine Funktionsweise

Der überwiegende Teil der Drehzahlsensoren detektiert die Bewegung von ferromagnetischen Strukturen, wie zum Beispiel Zahnrädern oder Wellen, über die Veränderung des magnetischen Flusses. Ein Zahn oder eine Lücke, das sich am Sensor vorbei bewegt, beeinflusst das Magnetfeld unterschiedlich. Diese Magnetfeldänderungen sind in eine elektrische Größe umsetzbar und werden anschließend aufbereitet. Das elektrische Ausgangssignal des Sensors spiegelt so die Magnetfeldänderung dar.

Messprinzipien

Bei dieser berührungslosen Abtastung über Magnetfelder stehen mehrere verschiedene Technologien im Wettbewerb miteinander, die sich hauptsächlich wie folgt einteilen lassen:

  • Hall-Effekt Sensoren
  • Induktive Sensoren
  • Oszillatorische Sensoren
  • Magneto-Resistive Sensoren
  • Wirbelstrom-Sensoren bzw. Näherungsschalter

RHEINTACHO hat sich auf die Entwicklung und Produktion von Hall-Sensoren spezialisiert.

Diese Sensoren werden nachstehend näher erläutert:

Einsatzbereich der Drehzahlsensoren von RHEINTACHO

  • Flurförderzeuge
  • Baumaschinen
  • Mobile Arbeitsmaschinen
  • Landwirtschaftsmaschinen
  • Kipplaster
  • Schienenfahrzeuge
  • Windkraftanlagen
  • Großdieselmotoren
  • Hydromotoren
  • Elektromotoren
  • Getriebe

Hall-Sensoren allgemein

Hall-Sensoren eignen sich für die berührungslose Drehzahlerfassung an Zahnrädern mit kleinem Modul und hoher Auflösung. Die unterschiedlichen Typen können in einer Vielzahl von Anwendungen auch unter extremen Bedingungen eingesetzt werden. Hall-Sensoren finden sich in unterschiedlichsten Anwendungen im allgemeinen Maschinenbau, in Fahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen sowie in hydraulischen Antrieben.

Der Sensor detektiert die Bewegung von ferromagnetischen Strukturen, wie zum Beispiel Zahnrädern, über die Veränderung des magnetischen Flusses. Das Sensorelement ist mit einem Permanentmagneten vorgespannt. Ein Zahn oder eine Lücke, das sich am Sensor vorbei bewegt, beeinflusst das Magnetfeld unterschiedlich. Dadurch wird bei einem Hallsensor eine Änderung der Hallspannung erzeugt. Die Magnetfeldänderungen sind somit in eine elektrische Größe umsetzbar und werden entsprechend gefiltert und aufbereitet. Das Ausgangssignal des Sensors ist eine Rechteckspannung, welche die Magnetfeldänderung wiederspiegelt.

Hall Prinzip der Drehzahlsensoren

Ein Hall-Sensorelement ist ein magnetfeldabhängiger Halbleiter, dessen Funktion auf dem von Edwin Hall entdeckten Effekt beruht. Dieser sogenannte Halleffekt wird durch die Lorentz-Kraft, die auf bewegte Ladungsträger im Magnetfeld wirkt, hervorgerufen. Die Halbleiterplatte besitzt vier Anschlüsse. Zwei einander gegenüberliegende Anschlüsse werden von einem konstanten Strom (I) durchflossen. Im neutralen Zustand besteht zwischen den beiden anderen Anschlüssen kein Spannungsunterschied. Wird die Hallplatte jedoch einem Magnetfeld mit der Induktion B ausgesetzt, so erfolgt eine Ablenkung des Stromes (I) durch die Lorentz-Kraft. Die Ladungsträger werden zur Seite gedrängt, so dass zwischen den Rändern ein elektrisches Feld entsteht, das zur Lorentz-Kraft ein Gegengewicht bietet. Damit entsteht an den beiden gegenüberliegenden Seiten ein Spannungsunterschied, der als Hallspannung bezeichnet wird. Diese Spannung ist dem Strom (I) und der senkrecht zur Platte wirkenden magnetischen Induktion B proportional.

Hall-Differenz Prinzip der Drehzahlsensoren

Bei dieser Messmethode wird mit zwei auf einem Substrat montierten Hallelementen die Magnetfelddifferenz zwischen diesen beiden ausgewertet. Am Beispiel eines Zahnrades könnte dies bedeuten, das die maximale Differenz entsteht, wenn eine Hallplatte über dem Zahn steht und eine über der Lücke. Somit tritt der Einfluss einer Abstandsänderung zum Gesamtobjekt in den Hintergrund. Hall-Differenz-Sensoren werden zur Drehzahlerfassung insbesondere dort eingesetzt, wo durch raue Umgebungsbedingungen Hallsensoren beeinflusst werden können.

Hall-Differenzsensoren sind besonders geeignet für den Einsatz an Zahnrädern die einen leicht unrunden Lauf haben. Aufgrund des Messprinzips ist es notwendig diese Sensoren richtungsgebunden einzubauen. Drehzahlsensoren dieses Typs finden sich u.a. in mobilen Arbeitsmaschinen.

 

Einen Einblick auf die anderen Messprinzipien finden Sie hier: 

Oszillatorisch Sensoren

Die oszillatorisch-induktiven Sensoren eignen sich besonders für die einfache Drehzahl- und Stillstandserfassung zur Anzeige an Maschinen und Anlagen. Hiermit lassen sich Nuten, Bolzen, Schraubenköpfe oder ähnlich auf eine Welle aufgebrachte Objekte erfassen. Vorzugsweise sind diese Sensoren dort eingesetzt, wo nur ein (oder einige wenige) Impulse pro Umdrehung in normaler industrieller Umgebung erfasst werden sollen.

Magneto-Resistive Sensoren

Magneto-resistive Sensoren eignen sich besonders für die Drehzahl- und Stillstandserfassung an Maschinen und Anlagen. Sie können auch hohe Frequenzen und feinere Strukturen (ab Modul 1) erfassen. Gegenüber den Hall-Sensoren haben diese Sensoren den Vorteil nicht durch eine untere Grenzfrequenz limitiert zu werden.


Wirbelstrom-Sensoren bzw. Näherungsschalter

Näherungsschalter sind Sensoren, die auf Annäherung, d. h. ohne direkten Kontakt berührungsfrei reagieren. Näherungsschalter werden beispielsweise bei technischen Prozessen zur Positionserkennung von Werkstücken und Werkzeugen sowie als Auslöser von Sicherheitsmaßnahmen eingesetzt (Quelle: Wikipedia).


Induktive Sensoren

Magnetisch-induktive Sensoren eignen sich besonders für die Drehzahlerfassung bei hohen Drehzahlen. Die Sensorspitze kann ferromagnetische Zahnräder im Innenraum z.B. des Hydromotors oder ölgefüllten Getriebes abtasten. Somit ist der Sensor auch geeignet für Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeuge.