Einleitung
Magnetbandsensoren sind Messsysteme, die aus zwei Komponenten bestehen: einem Lesekopf und dem namensgebenden Magnetband. Sie wandeln die Linearbewegung des Lesekopfes über das Magnetband in analoge oder digitale Signale um.
Das Magnetband besteht aus einem Edelstahl-Trägerstreifen und einem Magnetstreifen, in dem sich in regelmäßigen Abständen Nord- und Südpole abwechseln. Zum Schutz des Magnetstreifen kann zusätzlich noch ein Abdeckstreifen angebracht werden.
Im Lesekopf befinden sich magnetoresistive Sensoren bzw. Hall-Sensoren. Diese Sensoren erfassen den Wechsel zwischen Nord- und Südpolen, während der Lesekopf über das Magnetband verfährt, und wandeln diesen Wechsel in ein elektrisches Signal um. Das Signal wird dann in einer Folgeelektronik im Lesekopf in ein entsprechendes Ausgangssignal verarbeitet.
Durch ihre Beschaffenheit und das magnetische Messprinzip bieten Magnetbandmesssysteme eine Reihe von Vorteilen:
- Da der Lesekopf berührungslos über das Magnetband verfährt, arbeitet das Messsystem reibungs- und verschleißfrei.
- Das Fehlen von beweglichen mechanischen Bauteilen, wie Lagern, minimiert das Risiko von Fehlern oder Ausfällen.
- Die Verwendung von miniaturisierten Sensormodulen und Schaltkreisen ermöglichen sehr kompakte und schlanke Gehäuse.
- Die vollständig geschlossenen Sensorgehäuse und die durch den zusätzlichen Abdeckstreifen geschützten Magnetbänder erreichen hohe Schutzklassen von IP67 bis IP69K.
- Die Sensorsysteme sind unempfindlich gegenüber Licht, Staub, Feuchtigkeit, Öl, Fett und einer großen Bandbreite von Chemikalien (siehe Tabelle).
Ausgangssignale
Digitale Magnetbandmesssysteme können inkremental oder absolut sein.
Inkrementale Messsysteme erzeugen rechteckförmige oder sinusförmige Signale, die Informationen über Weg, Position und Verschiebung bereitstellen. Die Positionsinformationen sind dabei zyklisch, also relativ und mehrdeutig. Das bedeutet, dass sie wiedergeben ob und in welche Richtung sich der Sensor bewegt, aber nicht die absolute Position ausgeben. Um dieses Problem auszugleichen, ist es erforderlich den Sensor zu Beginn des Betriebs nullzusetzten, um die absolute Position des Systems zu bestimmen. Aus diesem Grund verfügen die meisten Magnetband Sensoren über einen Indeximpuls oder einen Referenzmagneten, die eine Referenzposition entlang des Magnetbandes für das Einschalten oder im Falle eines Stromausfalls bereitstellen.
Absolute Magnetbandsensoren hingegen übermitteln die absolute Position entlang des Messweges. Die Positionsinformation basiert auf einem speziellen Codemuster auf dem Magnetband, welches die Position eindeutig wiedergeben kann, ohne dass die Kenntnis einer vorherigen Position erforderlich ist. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die Position auf dem Magnetband immer genau erfassbar ist. Auch nach einem Stromausfall kann die Position eines absoluten Sensors präzise ausgegeben werden. Aus diesem Grund ist bei einem solchen Sensor kein Nullsetzten notwendig.
Magnetbandaufbau
Magnetbänder bestehen hauptsächlich aus einem Verbundferritmaterial, in dem die Bezugsposition kodiert ist. Während des Kodierungsprozesses wird das empfindliche Material magnetisiert, um entweder eine regelmäßige Abfolge von Nord-Süd-Polen mit wechselndem Magnetfeld mit gleicher Polteilung (inkrementale Version) oder eine kodierte Abfolge von Nord-Süd-Polen zu erhalten, die ein absolutes Muster erzeugt (absolute Version). Des Weiteren können absolute Magnetbänder zweispurig konstruiert werden, wobei zur absoluten Spur auch eine inkrementale Spur für die Geschwindigkeitsinformation hinzukommt.
Der so entstandene Magnetstreifen wird auf einem ferromagnetischen Trägerstreifen aus Edelstahl montiert. Auf diese Weise erhält der Magnetstreifen Stabilität, Flexibilität und wird von eventuellen Magnetfeldern von unten geschützt. Das Magnetband kann mit Hilfe des selbstklebenden Streifens auf der Unterseite des Trägerstreifens leicht montiert werden. Der mitgelieferte Abdeckstreifen aus Edelstahl kann auf dem Magnetstreifen angebracht werden, um ihn vor Verkratzen und Verunreinigung zu schützen.
WayCon Magnetbänder besitzen, je nach Modell, eine Weite von 10 oder 20 mm und erreichen Messlängen von 99,99 m. Sie können einfach entsprechend der Anforderungen der Anwendung gekürzt werden.
Polteilung
Wie im vorherigen Abschnitt beschrieben, wird das Magnetband bei der Herstellung magnetisiert, um eine Abfolge von Nord- und Südpolen entlang des Messweges zu erhalten. Diese Pole ermöglichen es dem Lesekopf die Veränderungen im Magnetfeld zu erfassen, während er über das Magnetband verfährt. Dadurch erkennt der Lesekopf auch kleinste Veränderungen seiner Position und kann diese mit Hilfe der Folgeelektronik als Signal ausgeben. Die Polteilung drückt dabei den Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polen aus.
Für inkrementale Sensoren gilt dabei: je kleiner die Polteilung, desto höher die Auflösung.
Auch bei absoluten Sensoren alternieren die Magnetfelder durch einen Wechsel von Nord- und Südpolen. Diese Wechsel weisen jedoch unterschiedliche Abstände auf, wodurch sich das für die absolute Positionsinformation wichtige Codemuster ergibt.
Auf Grund der unterschiedlichen Polteilungen ist es zwingend erforderlich, Leseköpfe nur mit den im entsprechenden Datenblatt angegebenen Magnetbändern zu kombinieren.
