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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Magnetlager


Autor: c-link-84 (Gast)
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es geht um die abstandsmessung welle-lager,
sie sollte berührungsloß sein, darf sich nicht von den starken
magnetfeldern beeinflußen lassen, und so kostengünstig wie möglich sein,
messbereich: 0...2,5 mm
auflösung: 1 µm oder feiner

hatten schon mit konfokalen (optischen) sensoren geliebäugelt,
sind dann aber doch zu teuer gewesen (9000€ aufwärts)

hat einer ne idee...?

Autor: Wegstaben Verbuchsler (wegstabenverbuchsler)
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alten CD-ROM Laser-Lesekopf schlachten. Der fkkusiert doch auch in etwa 
auf dieser Entfernung

Autor: ab-cd (Gast)
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 1 µm oder feiner ....kostenguenstig....

sonst noch einen Wunsch?

'' 1um '' kannst Du dir garnicht vorstellen ;°)....im boesen Magnetfeld 
und bei variabler Temperatur...aaaah!

Autor: Sven Johannes (svenj)
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Moin...

bitte was möchtest du messen? Den Abstand einer Welle zu einem Lager in 
dem diese Welle läuft, und dann bis 2,5mm Abstand? Sind das diese 
modernen Maschinen-zertrümmer-Schlacker-Lager, deren Vibrationen JEDES 
andere Teil an der Maschine erledigt?

Der Preis ist übrigens garnicht schlecht, billiger wirds wohl nicht wenn 
du bei der Auflösung bleibst. Idee wäre noch ein kapazitives System habe 
allerdings keine Ahnung wie das mit den Magnetfeldern aussieht.

--
 SJ

Autor: uneinnehmbarer WM-Rahul (Gast)
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Sowas war eine Projektaufgabe an unserem Institut an der FH.
Das wurde mit 3 Induktivgebern realisiert, die im rechten Winkel 
zueinander standen. Oder waren es nur 2 oder doch 4? Ist auf jeden Fall 
einfacher zu berechnen gewesen als wenn man die Sensoren um 120° 
versetzt angeordnet hätte.
Wie genau die Sache lief (1µm ???) kann ich nicht sagen.
Es funktionierte innerhalb von 6 Wochen, nachdem man dann festgestellt 
hat, dass der verwendete Mikrocontroller viel zu langsam als Regler war.
Die Regelung passiert per OPV-Regler. Die Magnetspulen werden mit einer 
PWM angetrieben (unterlagerte Stromegelung?).

Autor: Elektrikser (Gast)
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Man muss normalerweise um einiges besser messen können als die Auflösung 
beträgt. Wenn du eine Auflösung von 1µm haben willst, musst du schon im 
Nanometer-Bereich messen können. Damit wären wir bei optischen Systemen, 
die nicht billig sind. 9000€ sind für solche Messungen nicht teuer...

Autor: M. Beffa (m_beffa)
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@Sven Johannes

Nein, das sind nicht diese Lager!

Er meint definitiv Magnetlager. Dort wird die welle von starken 
Magnetfeldern in position Gehalten. Was natürlich Reibungs- und 
Verschleissfrei ist.

Autor: Axel R. (axelr) Flattr this
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Das ist einfach zu lösen.
Ob 9000Euro reichen weiss ich nicht, [doch weiss ich - reichen nicht]
<EIGENWERBUNG>
aber ein ZLM500 ist genau (u.a.) dafür entwickelt worden;-)
http://27386.webhosting13.1blu.de/files/zlm/katalo...
</EIGENWERBUNG>

Aber mal im Ernst:
ich denke bei dem betriebenen Aufwand nicht, das man das selbst basteln 
kann.

Gruß
AxelR.

[EDIT]
hatten wir hier schonmal ;-)
Beitrag "Re: 0,1µm mit Beschleunigungssensor messen"

Autor: Sven Johannes (Gast)
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Moin...

@Marco

Schon klar, mich hat nur dieser Messbereich von 2,5mm gewundert. 
Leuchtet mir immer noch nicht ein was da eigentlich gemessen werden 
soll.

--
 SJ

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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@ Marco
>Er meint definitiv Magnetlager. Dort wird die welle von starken
>Magnetfeldern in position Gehalten. Was natürlich Reibungs- und
>Verschleissfrei ist.

Verschleissfrei ja, aber nicht reibungsfrei. Die Drehung der Achse im 
Magnetfeld verursacht Reibungsverluste, die eigentlich 
Wirbelstromverluste sind, sich aber genauso bremsend auswirken. Das 
ließe sich nur durch ein mit der Achse drehendes Lagerfeld verhindern.

Jörg

Autor: c-link-84 (Gast)
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ich sollte erwähnen das ich maschinenbaustudent bin,
es geht nicht genau um welle-lager, genauere angaben zur geometrie kann 
ich nicht machen, soll evtl. mal zum patent werden

aber es ist keine rotation im spiel, es sind zwei ruhende teile,
eines wird mit kräften beaufschlagt und soll sich dann über magnetfelder
gegen das andere teil abstützen

vielen dank an alle, es wäre ja evtl. auch möglich die
aktoren (elektromagnete) kurzzeitig abzuschalten für eine messung
wenn die ohnehin mit pwm angesteuert werden,
hätte man schonmal die zeit in der der pegel auf low steht...

das es wahrscheinlich nicht viel kostengünstiger geht dacht ich mir 
schon,
ich hab aber nur mäßig überblick, welche messverfahren in frage kommen,
und was die dann kosten...

ps schaft mann 1µm mit ultraschall ?

Autor: BaFH (Gast)
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hmm, welche wellenlänge mag ultraschall haben?!???
lambda=f/c
f=40kHz, c= 3*10exp8 m/s

=> nö ;-)

Autor: max.p (Gast)
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Hallo

Schon mal daran gedacht den abstand pneumatisch zu messen?

http://www.imw.tu-clausthal.de/fileadmin/Bilder/Fo...

mfg
Max

Autor: Jörg Rehrmann (Firma: Rehrmann Elektronik) (j_r)
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>hmm, welche wellenlänge mag ultraschall haben?!???
>lambda=f/c
>f=40kHz, c= 3*10exp8 m/s

Oh Mann, was lernt Ihr denn bloß in der Schule ??? Lichtgeschwindigkeit 
bei Ultraschall ?

Jörg

Autor: Haydar Biyik (haydar)
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Ich würd da ein optisches Verfahren vorschlagen.
Stichwort Laser-Triangulation
Hohe Genauigkeit, schnell und relativ günstig
Den genauen Preis kenne ich zwar nicht, müßte aber deutlich unter 9000 
Euro liegen.
Ein Hersteller ist zum Beispiel: http://www.micro-epsilon.de
Mein Vorschlag: nimm 2 oder 3 dieser Sensorn, für x- und y-Achse bzw. 
alle 120 Grad.
Oder je nachdem wieviele Freiheitsgrade Deine Aktoren haben.
Die Krümmung der Welle stellt natürlich ein kleines Problem dar.
Je größer der Durchmesser der Welle umso besser.

Gruß

Haydar

Autor: unbeschreiblicher Rahul (Gast)
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Ich würde vorschlagen mal mit dem Institut für Mechatronik der FH Kiel 
in Verbindung zu treten. Da steht son Lager rum...
Das Projekt hat damals Herr Teichmann betreut.
http://ikarus.e-technik.fh-kiel.de/index.php?id=176

Autor: c-link-84 (Gast)
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micro-epsilon ist auch anbieter der konfokalen wegsensoren,
zu denen wir bereits informationen eingeholt haben,
besagte teile haben nur 4-27mm durchmesser, was uns sehr zusagt,

werd mal versuchen preisliche informationen zu deren
laser-triangulations-wegmesssystemen einzuholen,
morgen bin ich wieder auf der uni,
da werd ich dann auch erstmal mit dem leitenden prof. diskutieren...

Autor: Hansi (Gast)
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Moin, habe vor nicht allzulanger Zeit in meiner Diplomarbeit einen 
elektromagnetisch gelagerten Hexapoden gebaut,...
Als Sensoren bieten sich Wirbelstromsensoren an, dabei ist darauf zu 
achten, dass es welche gibt, die in einen integrierten ferromagnetischen 
Kern besitzen und welche ohne Kern. Im Magnetfeld funktionieren nur die 
ohne Kern. Diese kosten bei Microepsilon circa 1500 Euro das Stück mit 
Auswerteelektronik.

Das Magnetfeld während der Messung abzuschalten kannst du wegen der 
Induktivität der Magnete vergessen,...

Wozu brauchst du denn die hohe Auflösung? Zur Lageregelung reichen auch 
10µm.

Gruß
Hansi

Autor: Haydar (Gast)
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Es gibt übrigens viele Hersteller von Sensoren auf Basis der 
Laser-Triangulation.
Hier z.B. eine kleine Auswahl: http://www.eltrotec.com, 
http://www.allsens.de/laser.html, http://www.melsensor.de
Da wird es bestimmt auch einige "Schnäppchen" geben.

Gruß

Haydar

Autor: c-link-84 (Gast)
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nochmals danke für die zum teil recht hilfreichen beiräge

@Hansi

das mit deinenr diplomarbeit klingt sehr interresant,
dibt es dazu evtl. eine veröffentlichung oder sonstige 
informationsquellen ?

1µm stand erstmal so im lastenheft (alles neuland für uns)
haben wir schon verworfen, hinreichend genau tut's auch :)
nur was ist schon hinreichend genau...

Autor: Hansi (Gast)
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Hallo c-link-84,

ich hatte die DA im Auftrage der Automobilindustrie geschrieben,... 
leider darf ich diese nicht veröffentlichen. Es ging darum ein Gerät zu 
bauen, mit dem man mechanische Bauteile in 4 Freiheitsgraden mit großer 
Genauigkeit 1µm vermessen kann.


Gerne kann ich dir aber mit Tipps aushelfen soweit es geht. Da ich 
ebenfalls Maschinenbauer bin musste ich mich auch auf Neuland 
bewegen,... das war teilweise ganz schön kompliziert, aber auch sehr 
interessant. Was ich dir empfehlen kann ist das Buch "Magnetlager" von 
Gerhard Schweitzer, mir hat es sehr geholfen. Wenn ich wüsste worum es 
konkret geht, könnte ich vielleicht was dazu sagen....

MfG
Hansi



Autor: c-link-84 (Gast)
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die fläche die den sensoren gegenüber liegt,
ist teil eines aktors aus dem die feldlinien senkrecht austreten,
die sensoren sind quasi direkt auf einen starken magnetpol gerichtet,

...bin mir nicht sehr sicher ob da wirbelstromsensoren wirklich taugen,
eigentlich denke ich das alle verfahren die mit induktion,
elektromag. feldern o.ä. arbeiten da eher ausscheiden...

...bleibt noch optik, ultraschall, pneumatik...

desweiteren sollte die abtastrate bei 25khz und mehr liegen...

Autor: Hansi (Gast)
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Wie schon gesagt, es gibt unterschiedliche Arten von 
Wirbelstromsensoren. Ich habe u.a. verschiedene getestet, die kernlosen 
W. arbeiten einwandfrei im Magnetfeld.
Meine Aktuatoren bestehen aus zwei selbstgebauten Magneten die sich 
gegenüberstehen. Dazwischen befindet sich eine Eisenplatte die 
Lagegeregelt wird. Der Sensor befindet sich im Zentrum eines der 
Magneten und misst auf die Eisenplatte. Da anfangs nicht feststand ob 
der ganze Aufbau überhaupt funktionieren wird und das tut was er soll, 
und die Sensoren recht teuer waren, hatte ich vorerst einfache Potis von 
Burster verwendet. Die Funktionierten einwandfrei, bei einer Genauigkeit 
der Lageregelung von 1/100mm.

Wenn du eine Abtastrate von 25 kHz und mehr forderst, denke bitte daran, 
dass ein magnetisches System recht träge reagiert, und du eine starke 
Überrregung benötigst um eine brauchbare Lageregelung zu realisieren.


MfG
Hansi

Autor: c-link-84 (Gast)
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kennt jemand bezugsquellen für geeignete spulen ?

Autor: Zossi (Gast)
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Spulen ? Selbstwickeln. Gekaufte haben eh die falsche Wicklung drauf. 
Die bessere Frage ist was fuer Polschuhe zu welchem Kern ? Zur Wicklung 
: Die erreichbare Kraft ist abhaengig von der Masse Kupfer bei festem 
Kern. Ein duennerer Draht hat einen hoehere Induktivitaet und benoetigt 
daher hoehere Spannung. Zum Kern : Die Energie fuer die Spule geht in 
den Luftspalt. Dh ein grosser Luftspalt benoetigt mehr Energie. Das 
Eisen sollte bei genoegend kleinem Fluss betrieben werden. Falls es bei 
grosser Hysterese (hohem Feld) laeuft wird die Regelung schwierig. Und : 
die Kraft ist quadratisch zum Feld.

Z.

Autor: c-link-84 (Gast)
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als maschinenbau-student kenne mich mit der materie des spulen-wickelns 
(noch) nicht so wirklich aus, kann mann sich da irgendwo belesen...?

Autor: Zoch (Gast)
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Man nehme das Eisen, eine Isolation drauf, ein Spulenkoerper waere 
optimal, und windet Draht drum herum. Der Spulenkoerper hat den Vorteil, 
dass man ihn auf einem Holz in einen Drehbank einspannen kann. Wenn man 
keinen hat, werden 20 Lagen wegen fehlender seitlicher Begrenzung 
schwierig. Als Draht nehme man lackisolierten Draht. Eine lokale 
Trafowicklerei hilft gerne.

Z

Autor: Hansi (Gast)
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Also ich hatte damals es zunächst mit einfachen Haftmagneten versucht. 
Da sich das nicht schnell genug regeln ließ, habe ich die Wicklungen 
rausgedreht und durch eigene ersetzt. Die eigenen hatten dann 100 
Wicklungen, bei einem Drahtdurchmesser von ich 1,6mm meine ich mich zu 
erinnern. Nennspannung war um die 2V, betrieben habe ich die Spulen mit 
24V und 10A Servoverstärkern.

Als Lektüre hatte ich das Buch "Elektromagnete" von Eberhard Kallenbach 
verwendet,... da steht alles übers Wickeln, Füllfaktoren u.s.w. drin ...

Da die Kennlinien eines Magnetlagers stark nichtlinear sind, und ich 
einen Aktuator brauchte der eine relativ großen Arbeitsbereich hat (1,5 
mm). Musste ich die Nichlinearitären kompensieren. Dazu habe von meinen 
Magneten ein Kennfeld, Kraft abhängig vom Luftspalt und Strom 
aufgenommen, dieses invertiert und damit eine "Linearisierung per 
Kennfeld" aufgebaut ... so ließen sich die Magnetlager recht gut regeln.


Gruß und viel Spass beim Basteln
Hansi

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