Ruckelfreie Datenübertragung auch bei Vibrationen

Die Kräfte und Drehmomente, die in Maschinen und Anlagen besonders an den Achsen wirken, müssen permanent überwacht werden. Nur so wird ein sicherer und präziser Betrieb gewährleistet. Eine bewährte Methodik, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, ist dabei die Dehnungsmessstreifen-, kurz DMS-Technologie. Da die Sensoren jedoch sehr klein sind, muss auch die Verbindungstechnik entsprechend minimiert sein. Gleichzeitig muss auch bei Vibrationen die Datenübertragung stabil sein. Die ME-Meßsysteme GmbH aus dem brandenburgischen Hennigsdorf setzt bei ihren Sensoren deshalb auf die kompakten und robusten Steckverbinder der Fischer MiniMax™ Serie.

Für den sicheren und effizienten Betrieb von Anlagen und Maschinen in der Robotik, der Medizintechnik oder der Automobilindustrie sind zuverlässige Messdaten unerlässlich. Besonders wichtig sind Daten, aus denen hervorgeht, welche Kräfte und Momente an Achsen wirken. Dafür setzen die K6D-Sensoren von ME-Meßsysteme auf eine Kombination aus sechs unabhängigen DMS-Sensoren. Diese sind mit Dehnungsmessstreifen in Vollbrückenschaltung ausgerüstet. Anhand der sechs Sensorsignale werden die Kräfte in den drei Achsen des Raums sowie die drei Momente um diese Achsen gemäß einer Berechnungsvorschrift präzise berechnet. Dabei sind die Ansprüche an Präzision der Messung und Reaktionszeiten der Sensoren in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen. Da analoge Technologien einen enormen Geschwindigkeitsvorteil bei der Umsetzung der Signale bieten, wird in der Praxis meist auf diese gesetzt. Sie können neben einer hohen Präzision auch sehr niedrige Reaktionszeiten erreichen. Dies ist gerade bei schnellen Maschinenprozessen und Robotern essenziel.

In den 6-Achsen-Kraftsensoren kommen die leistungsfähigen und robusten MP11-Steckverbinder der Fischer MiniMax™ Serie zum Einsatz.

 

Dabei müssen die Sensoren die analogen und sensiblen Kleinsignale aus dem Prozess heraus immer schneller zum Steuerrechner übertragen. Besonders bei Sensoren mit kleinen mechanischen Abmessungen und mehreren integrierten Dimensionen ist dies eine große Herausforderung – insbesondere an die Steckverbindung zwischen Sensoreinheit und Übertragung. Die Anschlussstelle zwischen Steckverbinder und Sensor ist die kritischste im ganzen System. Durch Maschinenvibrationen oder Bewegungen an den Lötstellen können Steckverbinder die Verbindung verlieren. Die Ergebnisse sind: Fehler in den Messungen und Maschinenstillstand zur Behebung. Dies gilt es zu vermeiden. Besonders kritisch ist die Verbindungssituation bei Kraft-Momenten-Sensoren wie den K6D-Sensoren von ME-Meßsysteme. Für den Anschluss der Dehnungsmessstreifen sind insgesamt 24 Kontakte (6x4) erforderlich. Durch die zunehmende Miniaturisierung müssen die Steckverbinder sehr klein und gleichzeitig leistungsstark sein. Die sichere Übertragung der DMS-Signale ist bisher nur mit einem Steckverbinder pro DMS möglich. Deshalb bestand die Herausforderung bei Kraft-Momenten-Sensoren darin, alle 24 Kontakte in einem Steckverbinder zu integrieren. Gleichzeitig sollte das Gewicht der Steckverbinder reduziert werden, um höchste Kontaktsicherheit auch bei großen Beschleunigungen und Vibrationen zu gewährleisten. Herkömmliche Steckverbinder genügen meist den Ansprüchen der Anwendung nicht. Die Steckverbinder sind entweder vibrationsanfällig, nicht wasserdicht, zu schwer oder aufwendig in der Montage. Abhilfe schaffen hier die Steckverbinder der Fischer MiniMax™ Serie.

 

HERAUSFORDERUNGEN & CHANCEN

Kleiner Stecker, große Wirkung

In den 6-Achsen-Kraftsensoren kommen die sehr leistungsfähigen und robusten MP11-Steckverbinder der Fischer MiniMax™ Serie zum Einsatz. Das Besondere dabei ist, dass bei der Kabelkonfektionierung die einzelnen Litzen mehrfach vergossen und der Kabelmantel durch spezielle Molding-technologien so umspritzt wurde, dass keinerlei Widerstandsveränderungen bei Vibrationen und Kabelbewegungen mehr auftreten. Das Kabel vom Sensor zum Verstärker muss ein stabiles Widerstandsverhalten bei thermischer und mechanischer Beanspruchung aufweisen, was in der Regel durch einen besonderen, schleppkettenfähigen Kabelaufbau erreicht und durch das Molding-Verfahren am Stecker unterstützt wird. Zusammen entsteht so eine sehr hohe Vibrationsfestigkeit.

Ebenso sicher und robust funktioniert bei diesem Stecksystem das Anschließen und Trennen des Verbindungskabels. Dies bedeutet für die Servicetechniker eine enorme Zeitersparnis bei Montage, Installation und im Service beziehungsweise beim Kalibrieren des Systems. Darüber hinaus überzeugen die MiniMax Steckverbinder durch ihr geringes Gewicht, die sehr kompakten Abmessungen und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Flüssigkeiten nach IP68.

Da ME-Meßsysteme mit den 3-Achsen-Kraft-Momenten-Sensor K3R und dem 3-Achsen-Kraftsensor K3D auch noch kleinere Mehrfachsensoren im Portfolio hat, suchte das Unternehmen auch hier nach einer Lösung mit den gleichen Ansprüchen. Der K3R und K3D messen die Kräfte an der X-, Y- und Z-Achse. Dafür sind zwölf Anschlüsse notwendig, jeweils 4 pro DMS. Da diese Anwendung noch kleiner ist als beim K6D wurde auch hier eine Speziallösung benötigt. Auch hier konnte Fischer Connectors mit den MiniMax Steckverbindern helfen. Für derartig kleine und spezielle Anwendungen bietet der MiniMax in Größe 06 mit 12 Kontakten und reduziertem Durchmesser für alle drei Messkanäle die gleichen Vorteile wie in der K6D Familie. Selbst die kleinsten Steckverbinder der Fischer Minimax™ Serie ermöglichen eine äußerst robuste Signalübertragung. Auch Maschinenvibrationen haben keinen Einfluss auf die Übertragungswiderstände und damit auf die Signalstabilität.

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„Wir haben in der Vergangenheit verschiedene Steckverbinder unterschiedlicher Hersteller getestet, dabei hatten wir immer die gleichen Probleme: Die Steckverbinder waren entweder vibrationsanfällig, nicht wasserdicht, zu schwer oder aufwendig in der Montage. Alles in allem haben sie unseren Ansprüchen und denen der Anwendung nicht genügt. Als wir dann auf die Steckverbinder der Fischer MiniMax™ Serie stießen, hatten wir unsere Lösung gefunden. Die MiniMax Steckverbinder überzeugen vor allem durch ihr geringes Gewicht, die sehr kompakten Abmessungen und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Flüssigkeiten nach IP68.“

Dr. Holger Kabelitz, Geschäftsführer der ME-Meßsysteme GmbH

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DAS PROJEKT IN KÜRZE

Projektabriss

Um einen sicheren und präzisen Betrieb von Maschinen und Anlagen zu gewährleisten, müssen die Kräfte und Drehmomente, besonders an den Achsen, permanent überwacht werden. Eine bewährte Methodik, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, ist dabei die Dehnungsmessstreifen-, kurz DMS-Technologie. Da die Sensoren jedoch sehr klein sind, muss auch die Verbindungstechnik entsprechend minimiert sein. Gleichzeitig muss auch bei Vibrationen die Datenübertragung stabil sein. Dafür setzen die K6D-Sensoren von ME-Meßsysteme auf eine Kombination aus sechs unabhängigen DMS-Sensoren. Diese sind mit Dehnungsmessstreifen in Vollbrückenschaltung ausgerüstet. Anhand der sechs Sensorsignale werden die Kräfte in den drei Achsen des Raums sowie die drei Momente um diese Achsen gemäß einer Berechnungsvorschrift präzise berechnet. Dabei sind die Ansprüche an Präzision der Messung und Reaktionszeiten der Sensoren in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen.

Die Steckverbinder der Fischer MiniMax™ Serie sind für dieses Anwendungsfeld prädestiniert. Sie sind dank ihrer kompakten Bauweise klein genug, um problemlos in die Sensoren integrierbar, verfügen dennoch über die erforderlichen Kontakte, sind widerstandsfähig gegenüber Flüssigkeiten nach IP68 und liefern auch bei Vibrationen eine zuverlässige Datenübertragung.

Hauptherausforderungen

  • Viele Kontakte auf kleinstem Raum
  • Widerstandsfähig gegenüber Flüssigkeiten
  • Zuverlässige Datenübertragung auch bei Vibrationen

Wichtigste technische Anforderungen

Robust, zuverlässig, langlebig, kompakt

 

DIE LÖSUNG

Ausgewählte Verbindungslösung

Fischer Minimax™ Serie

Kundenvorteile

  • Robust
  • Langlebig
  • Zuverlässig
  • Platzsparend