Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Sensor für Stahl für Drehzahlerfassung


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von Christian E. (chris741)


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Hallo, ich möchte massive Stahlteile erfassen, etwa 10 mm breit (vom 
Sensor aus in Bewegungsrichtung) und mehrere cm tief. Entfernung vom 
Sensor etwa 4 cm. Sie laufen mit einer Frequenz von 0 bis etwa 220 Hz am 
Sensor vorbei. Die Messdaten will ich dann mit einem Arduino weiter 
verarbeiten. Ich werde zwei Sensoren brauchen, weil auch die 
Bewegungsrichtung erkannt werden soll. Welcher Sensor ist geeignet?

: Verschoben durch Moderator
von Rainer U. (r-u)


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Wenn Du kleine Magnete anbringen kannst: Hallsensor, sonst evtl. 
Metalldetektor, wie hier gezeigt: 
http://shop.myavr.de/index.php?404;http://myavr.de:80/shop/artikel.php?artID=35

von Waldemar Z. (waldemar_z)


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Lichtschranke

von Christian E. (chris741)


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Eine Lichtschranke ist keine Option, da auf der Aussenseite der Trommel 
(es handelt sich um eine große Seiltrommel) keine Montagemöglichkeit 
besteht. Ich habe schon mit Reflektoren an der Innenseite und 
IR-Lichtschranken experimentiert, das Ergebnis war nicht zuverlässig.

von Clemens S. (zoggl)


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Christian E. schrieb:
> Eine Lichtschranke ist keine Option, da auf der Aussenseite der Trommel
> (es handelt sich um eine große Seiltrommel) keine Montagemöglichkeit
> besteht.

und wie soll dann der Sensor befestigt werden?

mach doch ein ordentliches Foto oder eine Skizze und beschreib dein 
Problem genauer.

ein fliegender Sensor mit 4cm Reichweite ist relativ schwer zu bekommen.
Balluff hat Sensoren mit 50mm Reichweite, benötigen aber größere Objekte 
zur Detektion.

woher kommen die 4cm Abstand und warum müssen die sein?

bei so einem Abstand würde ich aber auch eher auf eine Lichtschranke 
gehen.

http://publications.balluff.com/dev/public_pdb.php?id=PV121931&revision=1.5&pg=PG150059&pf=PF151969&con=de&ws=approval

sg

: Bearbeitet durch User
von Christian E. (chris741)


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Rainer U. schrieb:
> Wenn Du kleine Magnete anbringen kannst: Hallsensor, sonst evtl.
> Metalldetektor, wie hier gezeigt:
> http://shop.myavr.de/index.php?404;http://myavr.de:80/shop/artikel.php?artID=35

Ich kann Neodymmagnete anbringen, im Augenblick favorisiere ich diese 
Lösung. Jedoch würde die Stirnseite der Magnete nicht in Richtung Sensor 
ausgerichtet sein, sondern 90° gedreht. Auch habe ich doch bei einer 
Montage auf Stahl einen magnetischen Kurzschluss, oder? Reicht dann noch 
die Feldstärke?

Anbei eine Zeichnung, um dies klarer zu machen. In den Zwischenraum von 
4 cm darf nichts hineinragen.

von m.n. (Gast)


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Christian E. schrieb:
> Anbei eine Zeichnung, um dies klarer zu machen. In den Zwischenraum von
> 4 cm darf nichts hineinragen.

Es gibt induktive Näherungsschalter, die auf diese Entfernung arbeiten 
und auch eine hinreichende Schaltfrequenz aufweisen.
Beispiele: 
http://de.farnell.com/w/c/sensoren-messumformer-wandler/sensoren/naherungsensoren-naherungsschalter/induktive-naherungsschalter?erfassungsreichweite-max-=40mm&st=n%C3%A4herungsschalter

von Christian E. (chris741)


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Clemens S. schrieb:
> Christian E. schrieb:

> mach doch ein ordentliches Foto oder eine Skizze und beschreib dein
> Problem genauer.

Siehe meine andere Nachricht an Rainer U. Der Zwischenraum von 4 cm ist 
nicht "sicher", bei Seilrissen etc. kann dort ein Stahlseil eindringen. 
Hinter den Verstärkungsrippen an der Trommel (rechts im Bild) und am 
Montageort des Sensors sind die Teile einigermaßen geschützt.

Das Ganze ist eine Seiltrommel (1,60 m Durchmesser) die mit hoher 
Geschwindigkeit (100 km/h) ein Stahlseil einzieht. Die Trommeldrehzahl 
soll genau erfasst werden, dies auch bei langsamer Drehung. Darum sollen 
auf dem Trommelumfang etwa 10 Messungen gemacht werden, im Fall der 
Lösung mit Neodymmagneten also 10 Magnete, die dann je Umdrehung den 
Sensor passieren.

von THOR (Gast)


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Das Material spiegelt doch bzw. kann an der Aussenkante gerade 
geschliffen und poliert werden, ja?

Dann einfach nen Laser draufrichten und mit 2 Detektoren erfassen. 
Einfallswinkel = Ausfallswinkel, der Laser streicht mit doppelter 
Winkelgeschwindigkeit des Spiegels über die Detektoren.

von m.n. (Gast)


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von Möchtegern (Gast)


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Ich würde eine schwarz/weiße Scheibe an der Rolle anbringen.
Mit einer geeigneten Lichtschranke kannst du dann die Impulse auswerten.

Das andere wäre wenn du die Scheibe in mehrere Segmente unterteilst, 
dann wäre sogar eine Auflösung nach Grad möglich.

Gruß

von Christian E. (chris741)


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THOR schrieb:
> Das Material spiegelt doch bzw. kann an der Aussenkante gerade
> geschliffen und poliert werden, ja?

Eher nicht, und es wird im Laufe der Zeit verschmutzen.

von Christian E. (chris741)


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m.n. schrieb:
> Christian E. schrieb:

> Es gibt induktive Näherungsschalter, die auf diese Entfernung arbeiten
> und auch eine hinreichende Schaltfrequenz aufweisen.
> Beispiele:
> 
http://de.farnell.com/w/c/sensoren-messumformer-wandler/sensoren/naherungsensoren-naherungsschalter/induktive-naherungsschalter?erfassungsreichweite-max-=40mm&st=n%C3%A4herungsschalter

Das klingt interessant, wenn auch teuer. Ich brauche wohl zwei Sensoren 
je Trommel, um auch die Drehrichtung zu erkennen. Es gibt zwei 
baugleiche Trommeln, die sich unabhängig drehen können, also vier Stück.

von Ralf L. (ladesystemtech)


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Z.B. Induktivsensor von der Fa. Baumer electric ch. Bezeichnung: 
08N1707.
Wenn Du 6 Löcher oder Erhebungen oder 6 Speichen an Deiner Seiltrommel 
hast, entspricht die dabei entstehende Frequenz gleichzeitig der 
Drehzahl. Du musst die Frequenz lediglich mit 10 multiplizieren.

von Mike H (Gast)


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schau mal hier 
https://autosen.com/products/AI010/ai010-induktiver-sensor-fuer-standardapplikationen-m12x1-metallgewinde-buendig-m12-stecker/

Ich bin gerade dabei selbst etwas ähnliches zu bauen und habe diesen 
Sensor dafür vorgesehen.

von zadus (Gast)


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Christian E. schrieb:
> Das Ganze ist eine Seiltrommel (1,60 m Durchmesser) die mit hoher
> Geschwindigkeit (100 km/h) ein Stahlseil einzieht.
Warum muß die Messung direkt an der Trommel erfolgen? Gibt es wirklich 
keine Möglichkeit an Motor- oder Getriebewellen zu gelangen?

von Christian E. (chris741)


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zadus schrieb:
> Christian E. schrieb:
>> Das Ganze ist eine Seiltrommel (1,60 m Durchmesser) die mit hoher
>> Geschwindigkeit (100 km/h) ein Stahlseil einzieht.
> Warum muß die Messung direkt an der Trommel erfolgen? Gibt es wirklich
> keine Möglichkeit an Motor- oder Getriebewellen zu gelangen?

Es gibt zwei Trommeln, die wahlweise vom Motor angetrieben werden, aber 
auch frei laufen können (auch von Hand gedreht). Motor- und 
Getriebedrehzahl ist also nicht zielführend. Ich werde die Achse noch 
mal prüfen, aber der Bereich ist auch nicht "sicher", bei Seilrissen 
kann sich das Seil dort verfangen und alles kurz und klein schlagen.

von m.n. (Gast)


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Christian E. schrieb:
> Das Ganze ist eine Seiltrommel (1,60 m Durchmesser) die mit hoher
> Geschwindigkeit (100 km/h) ein Stahlseil einzieht.

Diese Information kam leider etwas spät.
Rechne bitte mal nach (oder vor), in welcher Zeit der Sensor auf die 
Markierung reagieren muß. Laut Zeichnung wäre diese rund 10 mm breit. 
Bezogen auf einen Umfang von 1,6 m und bis zu 20 Umdrehungen/s komme ich 
auf ca. 0,3 ms. Der Sensor muß entsprechend schnell sein.

Günstiger ist es, wenn die EIN-AUS-Zeit am Sensor etwa 50% beträgt.

Christian E. schrieb:
> Das klingt interessant, wenn auch teuer.

Mit Bastellösungen kommst Du nicht weit. Bei Deinem Vorhaben würde ich 
mich nicht an diesen Preisen stoßen.

von Ralf L. (ladesystemtech)


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Der Sensor sollte möglichst nahe an der Nabe montiert werden, damit er 
auch höhere Drehzahlen erfassen kann.

von Christian E. (chris741)


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m.n. schrieb:
> Christian E. schrieb:
>> Das Ganze ist eine Seiltrommel (1,60 m Durchmesser) die mit hoher
>> Geschwindigkeit (100 km/h) ein Stahlseil einzieht.

> Rechne bitte mal nach (oder vor), in welcher Zeit der Sensor auf die
> Markierung reagieren muß. Laut Zeichnung wäre diese rund 10 mm breit.
> Bezogen auf einen Umfang von 1,6 m und bis zu 20 Umdrehungen/s komme ich
> auf ca. 0,3 ms. Der Sensor muß entsprechend schnell sein.

100 km/h = 28 m/s, 1.60 m Durchmesser => 5 m Umfang, also 5.6 U/s. 
Trotzdem, schnell muss er sein. Deine 0.3 ms sind richtig.

> Günstiger ist es, wenn die EIN-AUS-Zeit am Sensor etwa 50% beträgt.
Das wird sich nicht erreichen lassen.

> Christian E. schrieb:
>> Das klingt interessant, wenn auch teuer.
>
> Mit Bastellösungen kommst Du nicht weit. Bei Deinem Vorhaben würde ich
> mich nicht an diesen Preisen stoßen.
Da hast du wohl recht.

von Rainer U. (r-u)


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Ich hab mal einen beliebigen rausgesucht: 1.5us Schaltzeit lt. 
Datenblatt - allerdings kann ich nicht abschätzen, wie stark der Magnet 
bei der Entfernung sein müsste..

http://de.rs-online.com/web/p/hall-effekt-sensoren/8223775/

von Christian E. (chris741)


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Rainer U. schrieb:
> Ich hab mal einen beliebigen rausgesucht: 1.5us Schaltzeit lt.
> Datenblatt - allerdings kann ich nicht abschätzen, wie stark der Magnet
> bei der Entfernung sein müsste..
>
> http://de.rs-online.com/web/p/hall-effekt-sensoren/8223775/

Ich habe jetzt einen ähnlichen zum Testen:
https://sensing.honeywell.com/index.php?ci_id=50355
Damit mach ich erst mal einen Versuchsaufbau. Wird ein paar Tage dauern, 
mein Netzteil ist abgeraucht. Werde berichten.

von m.n. (Gast)


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Christian E. schrieb:
> Damit mach ich erst mal einen Versuchsaufbau.

Lass es. Der ist ebenso wie der zuvor genannte bipolar und schaltet 
nicht durch Entfernen des Magnetfeldes ab.
Ein schlichter unipolarer ist der TLE4905. Für 40 mm Schaltabstand muß 
es schon ein stärker Magnet sein, der jeglichen metallischen 'Dreck' aus 
dem Umfeld an sich zieht. Ich weiß nicht, ob es das bringt.

Für einen Versuchsaufbau reichen ein 9 V Block, eine LED und ein 
Widerstand.

von Holger (Gast)


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Der ind. Sensor hat gerade mal 4mm Schaltabstand !
https://autosen.com/products/AI010/ai010-induktive...

4 cm Distanz sind weder induktiv noch magnetisch (Hall) zu schaffen.
Auch von der Schaltzeit her, da indukt. Näherungsschalter mit größeren 
Schaltabständen auch immer langsamer werden.

Optischer Reflexionstaster wäre das Mittel der Wahl, sowohl wg.Abstand 
als auch Geschwindigkeit.

von Sebastian S. (amateur)


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Ich würde ein oder zwei kleine Stücke Alufolie oder ähnliches 
Draufbappen und einen bzw. zwei Strahlemänner (wegen der Richtung) drauf 
richten. Zwei Dingsbümser, die das Gucken übernehmen und glücklich 
werden.
Muss aber nicht sein;-)

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

m.n. schrieb:
> komme ich
> auf ca. 0,3 ms. Der Sensor muß entsprechend schnell sein.

Naja, Das sind immerhin noch 300µs (300 Befehle bei 1MHz Takt) - der µC 
wird sich fragen, ob 'Das wirklich Alles ist' in Seinem Leben ;)

Es gibt die Neodym-Magnete auch mit einer Ausrichtung quer zur 
Hochachse.

Vll. reicht es, mit dem Magneten an einer Spule 'vorbeizuhuschen' und 
dieses Wechselfeld auf 'was Brauchbares' hochzusetzen.

Im Anhang ein Bild zur Einhausung von Magneten
Quelle, vermutlich
https://stenzel-werkzeugtechnik.de/
(Bild aus einem Metaller-Forum, Original PNG ~1MB, reduziert auf JPG 
~61kB)

MfG

: Bearbeitet durch User
von Christian E. (chris741)


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m.n. schrieb:
> Christian E. schrieb:
>> Damit mach ich erst mal einen Versuchsaufbau.
>
> Lass es. Der ist ebenso wie der zuvor genannte bipolar und schaltet
> nicht durch Entfernen des Magnetfeldes ab.
> Ein schlichter unipolarer ist der TLE4905. Für 40 mm Schaltabstand muß
> es schon ein stärker Magnet sein, der jeglichen metallischen 'Dreck' aus
> dem Umfeld an sich zieht. Ich weiß nicht, ob es das bringt.
>
> Für einen Versuchsaufbau reichen ein 9 V Block, eine LED und ein
> Widerstand.

Hmmm, guter Tipp. Die Bipolarität hab ich nicht beachtet.

von Christian E. (chris741)


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So jetzt habt ihr mich bezüglich Hall-Sensor und Induktionssensor 
genügend verunsichert. Was ist von einer Lösung mit Laserdiode und 
Phototransistor zu halten? Der Laserstrahl könnte auf eine Reflexfolie 
gerichtet werden, die mit der Trommel umläuft. Da die Trommel im Bereich 
des Sensors teilweise durchbrochen ist, kann der Laserstrahl ins Freie 
gelangen. Die Leistung muss also augenverträglich sein.

Könnt ihr mir ein geeignetes Paar Laser/Transistor nennen? Am besten im 
Bereich 750 nm.

Mit IR-LED hatte ich schon experimentiert, das war nicht zuverlässig. 
Mit Laser könnte es gehen.

von Clemens S. (zoggl)


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lass das tote Pferd doch bitte in Ruhe sterben.

Die Sensorposition die du gewählt hast und das Target sind unbrauchbar.

Denke doch bitte noch einmal gründlich über die Sensorposition nach.

Wo wird das Ding gelagert? => Es gibt Kugellager mit integriertem Sensor
Wie wird das Ding gebremst? => Auch dort ergibt sich vll eine gute 
Sensorpositionierung. Bremsstaub tut einem Induktiven Sensor nicht weh.
Wie sieht die Kupplung für den Motor aus? => auch hier könnte eine gute 
Möglichkeit für einen Zahnring zur Messung sein.
Hast du irgendwo ein Wellenende => Resolver lassen sich gut kapseln und 
können auch mit fett oder Öl geflutet werden.

Warum opferst du den Sensor nicht einfach? Wenn das Seil da mit 100km/h 
um sich schlägt oder reißt dann kommt es auf einen einfach zu 
wechselnden 30€ Sensor auch nicht mehr an.

sg

von m.n. (Gast)


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Holger schrieb:
> Der ind. Sensor hat gerade mal 4mm Schaltabstand !
> https://autosen.com/products/AI010/ai010-induktive...

Eine schlechte Wahl!
Es gibt viele Sensoren, die das nicht können. Die sollte man bei der 
Suche doch besser ausschließen.

> 4 cm Distanz sind weder induktiv noch magnetisch (Hall) zu schaffen.

Für induktive Schalter, die das können, habe ich oben einen Link 
gegeben. Nicht gelesen?

> Optischer Reflexionstaster wäre das Mittel der Wahl, sowohl wg.Abstand
> als auch Geschwindigkeit.

Das "Mittel der Wahl" mag sehr schnell sein kann aber in dem vermuteten 
Umfeld auch sehr schnell verschmutzen.
Gibt es opt. Sensoren mit Scheibenwischer?

Patrick J. schrieb:
> m.n. schrieb:
>> komme ich
>> auf ca. 0,3 ms. Der Sensor muß entsprechend schnell sein.
>
> Naja, Das sind immerhin noch 300µs (300 Befehle bei 1MHz Takt) - der µC
> wird sich fragen, ob 'Das wirklich Alles ist' in Seinem Leben ;)

Dem Sensor fehlt die Schaltgeschwindigkeit; beim µC macht man das per 
Interrupt.

Clemens S. schrieb:
> Die Sensorposition die du gewählt hast und das Target sind unbrauchbar.
> Denke doch bitte noch einmal gründlich über die Sensorposition nach

Ja, man kann es letztlich nur entscheiden, wenn man den Aufbau 
sieht/kennt.
Persönlich würde ich die Markierung(en) verbreitern und induktiv 
abtasten. Das scheint mir die robusteste Lösung zu sein. Mit breiten 
Markierungen ist auch die Richtungsauswertung unproblematisch: 
überlappende, phasenverschobene Signale.

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