Positionssensoren

Was sind Positionssensoren?

Positionssensoren sind hochpräzise elektronische Bauelemente, die kontinuierlich die exakte Position und Bewegung von Objekten erfassen. Diese intelligenten Sensorsysteme arbeiten entweder berührungslos oder mit direktem Kontakt. Dabei wandeln sie mechanische Positionsänderungen in elektrische Signale um, die anschließend ausgewertet werden können. In der modernen Automatisierungstechnik sorgen sie für eine präzise Steuerung, Sicherheit und Qualität in Produktionsprozessen.

Moderne Maschinen erfordern komplexeste Bewegungsabläufe mit höchster Genauigkeit. Ohne präzise Positionsrückmeldung wären automatisierte Fertigungslinien oder Robotersysteme nicht funktionsfähig. Positionssensoren erfassen dabei verschiedene Parameter:

• Zurückgelegte Wegstrecke und Hubwege
• Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit
• Aktuelle Position
• Beschleunigung und Verzögerung

Funktionsprinzip von Positionssensoren

Positionssensoren funktionieren nach unterschiedlichen physikalischen Prinzipien. Potentiometrische Sensoren arbeiten kontaktbehaftet als Spannungsteiler. Magnetische Sensoren nutzen Veränderungen in Magnetfeldern, während induktive Sensoren elektromagnetische Felder zur Positionsbestimmung verwenden.

Das Grundprinzip bleibt jedoch gleich. Eine physikalische Veränderung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das von Steuerungssystemen verarbeitet werden kann.

Technologien von Positionssensoren

Potentiometrische Positionssensoren

Ein Potentiometer-Sensor ist ein elektromechanischer Weg- oder Winkelsensor. Er wandelt die Position eines Objekts in eine elektrische Spannung um und misst so lineare oder rotatorische Bewegungen.

Seine Funktionsweise beruht auf dem Prinzip des Spannungsteilers. Das Bauteil besitzt drei Anschlüsse: zwei Versorgungsanschlüsse an den Enden des Widerstandspfades und einen beweglichen Schleifkontakt, den sogenannten Schleifer. Wird der Schleifer bewegt, etwa durch Drehen oder Verschieben, ändern sich die Widerstandswerte zwischen dem Schleifer und den Versorgungsanschlüssen
Diese Widerstandsänderung wird anschließend als Spannungsänderung gemessen und in ein elektrisches Signal umgewandelt. Das ermöglicht den Rückschluss auf die genaue Position des bewegten Teils.

Das Potentiometer bietet also eine direkte und somit unschlagbar schnelle Positionsausgabe ohne komplexe Elektronik. Es ist kosteneffizient bei gleichzeitig hoher Messgenauigkeit und hervorragender Temperaturstabilität. Unsere eigene Mischungsentwicklung garantiert eine hohe Langlebigkeit

Magnetische Positionssensoren

Magnetische Positionssensoren haben sich als besonders robust und zuverlässig erwiesen. Sie nutzen Permanentmagnete bzw. Magnetfelder zur berührungslosen Positionserfassung. Diese Technologie bietet entscheidende Vorteile in anspruchsvollen Industrieumgebungen, da sie unempfindlich gegen Verschmutzung und hohe Temperaturen ist.

Technische Vorteile: 

• Funktionsbereich von -40 °C bis +150 °C
• Unempfindlich gegen Schmutz, Öl und Feuchtigkeit
• Wartungsfreie Konstruktion ohne Verschleißteile
• Einfache Installation

Induktive Positionssensoren

Induktive Sensoren arbeiten nach dem Prinzip elektromagnetischen Induktion. Da bewegliche Teile kontaktlos arbeiten, bleiben Verschleiß und mechanische Ausfälle praktisch aus.

Leistungsmerkmale: 

• Magnetfeldunempfindlich
• Hochdynamisch, bis zu 10 kHz Update Rate
• Auflösung bis 1 µm

Rotative Positionssensoren

Rotative Positionssensoren erfassen die Winkelposition oder Drehbewegung eines rotierenden Objekts wie einer Achse, Welle oder eines Rades. Sie sind in der Lage, die Drehwinkelstellung oder die Rotationsgeschwindigkeit präzise zu messen.

Winkelsensoren Singleturn vs. Winkelsensoren Multiturn

Singleturn-Winkelsensoren erfassen die absolute Winkelposition innerhalb einer Umdrehung (0–360°). Nach jeder vollständigen Umdrehung wiederholt sich das Ausgangssignal; die Anzahl der Umdrehungen wird nicht mitgezählt.

Multiturn-Winkelsensoren erfassen zusätzlich die Anzahl der Umdrehungen und liefern damit eine absolute Winkelposition über mehrere Umdrehungen hinweg. Die Umdrehungszählung erfolgt je nach Bauart mechanisch über Getriebe oder mikromagnetisch über die GMR-Technologie (Giant Magneto Resistance Effect), sodass die absolute Position auch ohne externe Stromversorgung erhalten bleibt.

Technische Vorteile: 

• Hohe Genauigkeit
• Messbereich: 0° bis 360° bei Singleturn; 0° bis 15840° bei Multiturn
• Robust gegen Staub, Feuchtigkeit, Vibrationen
• Schnelle Reaktionszeit, Echtzeitmessung (Potentiometer)
• Verschleißarm bis berührungslos
• Breites Anwendungsspektrum (Automobil, Industrie, Robotik)

Lineare Positionssensoren

Lineare Positionssensoren – in der Praxis häufig als Wegaufnehmer bezeichnet – erfassen geradlinige Bewegungen und bilden das Herzstück vieler Automatisierungslösungen. Sie messen kontinuierlich Positionen entlang gerader Achsen und liefern präzise Informationen über Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Industrielle Anwendungsbereiche: 

• Pressen und Stanzmaschinen
• Spritzguss- und Kunststoffverarbeitung
• Robotik und Handhabungstechnik
• Prüfstände und Materialprüfung

Absolute vs. Inkrementelle Messysteme

Absolute Systeme haben eindeutige Positionsinformation kodiert und kennen auch nach  Unterbrechung der Stromversorgung umgehend ihre Position ohne Referenzfahrt. Inkrementelle Systeme zählen Impulse relativ zu Referenzpunkten und bieten oft höhere Auflösung bei geringeren Kosten.

Den optimalen Positionssensor auswählen

Die Sensorauswahl erfordert eine systematische Bewertung aller relevanten Parameter. Die sorgfältige Auswahl zu Projektbeginn verhindert später teure Änderungen und Ausfälle.

Genauigkeitsanforderungen: 

• Standardanwendungen: ±1 mm Genauigkeit
• Präzisionsanwendungen: ±10 μm erforderlich
• Ultrapräzision: ±1 μm und besser
• Forschungsanwendungen: Nanometer-Auflösung

Messbereich bestimmen:

• Kurzhub 0-25 mm: Kompakte Anwendungen
• Standardhub 25-250 mm: Typische Industrieanwendungen
• Langhub 250 – 2000 mm: Große Maschinenachsen

Umgebungsbedingungen: 

• Temperaturbereich Standard: -25 °C bis +70 °C
• Temperaturbereich mobile Anwendungen: -40 °C bis +125 °C
• Temperaturbereich Hochtemperaturanwendungen: > +125 °C
• Schutzarten: IP54 bis IP69K je nach Anforderung
• Chemische Resistenz: Medien- und branchenspezifisch
• Funktionale Sicherheit: PL/SIL

Schnittstellen: 

• Analoge Ausgänge (Strom, Spannung, …)
• Digitale Signale (SSI, PWM, SPI, IO-Link, …)
• Feldbussysteme (CANopen, CAN SAE J1939, …)

Installation und Wartung

Eine fachgerechte Installation ist entscheidend für langfristige Zuverlässigkeit. Die Befestigung muss starr und vibrationsfest erfolgen, gleichzeitig thermische Ausdehnungen berücksichtigen. Die elektrische Installation erfordert besondere Aufmerksamkeit für die elektromagnetische Verträglichkeit.

Wartungsempfehlung:

• Regelmäßige Sichtkontrollen auf Beschädigungen
• Überprüfung der Kabelverbindungen
• Funktionstests mit Referenzpositionen
• Kalibrierung nach Herstellervorgaben

Unser Service für Positionssensoren

Als Spezialist bieten wir umfassende Dienstleistungen von der Beratung bis zum Support. Unser Service beginnt mit detaillierter Anwendungsanalyse zur Entwicklung optimaler Sensorlösungen.

Unser Angebot:

• Anforderungsanalyse und kompetente Beratung
• Simulationen
• Entwicklung kundenspezifischer Lösungen
• Flexible Fertigung vom Prototyp bis zur Großserie
• Support für kritische Anwendungen

Qualitäts- und Produktzertifizierungen:

• ISO 9001:2015 Qualitätsmanagement
• DIN EN 12067-2 Feuerungsanlagen
• E1-Typgenehmigungen KBA

Kontaktieren Sie uns für eine technische Beratung zu Ihren Anforderungen!