Erschienen am: 27.03.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 4 2017

Hochpräzise und flexible magnetische Messsysteme

Mehr Gestaltungsfreiräume

Lange Zeit galten magnetische Messsysteme als zu unpräzise. Sobald in industriellen Anwendungen hochpräzise Messungen durchgeführt werden mussten, griffen die verantwortlichen Ingenieure zu optischen Messlösungen. In den letzten Jahren hat sich jedoch die Genauigkeit magnetischer Messsysteme deutlich verbessert. Hinzu kommt der Vorteil von hohen Gestaltungsfreiräumen, wenn es darum geht, Maßstäbe und Messköpfe in vorgegebene Bauräume zu integrieren.


In den Bereichen Automatisierung und Robotik werden immer höhere Genauigkeiten gefordert, wenn Längen, Positionen und Winkel gemessen werden müssen. Nach einer Marktstudie des Berliner Unternehmens Bogen Electronic, das seit über 60 Jahren Magnettechnologie entwickelt, bestätigt sich diese Entwicklung: Die Genauigkeit wird als wichtigster Faktor für die industrielle Messtechnik genannt. Dabei liegt die heutzutage geforderte höchste Genauigkeitsklasse bei Linearmessungen bei 500 bis 600nm. Die befragten Unternehmen gehen davon aus, dass sich dieser Wert bis zum Jahr 2020 auf 200 bis 300nm verringern wird. Werte, die heute als durchschnittliche Präzision angesehen werden, sind laut der Studie im Jahr 2020 die untere Grenze der geforderten Präzision. Nach einer höheren Genauigkeit folgen auf Platz zwei der Wunschliste der Applikationsingenieure die Kostenersparnis und auf Platz drei geringere Baugrößen. In der Vergangenheit galten magnetische Systeme für die Bewältigung von hochpräzisen Messaufgaben als zu ungenau und damit als ungeeignet. Daher wurden vorwiegend optische Systeme eingesetzt, weil nur sie die gewünschte Genauigkeit boten. Dafür hat man höhere Anschaffungskosten, die Integration komplizierter Vorrichtungen für den Schutz vor Verschmutzungen und längere Entwicklungszeiten für kundenspezifische Systeme in Kauf nehmen müssen. Inzwischen sind magnetische Messsysteme in puncto Präzision allerdings zu einer Alternative zu optischen Systemen geworden. Dabei basiert die Gesamtgenauigkeit von magnetischen Messlösungen auf zwei Faktoren: (a) auf der Genauigkeit des Messsystems, also typischerweise dem Messkopf und (b) der Genauigkeit des magnetischen Maßstabs.

Genauigkeit von +/-3µm

Wie genau die magnetische Polteilung auf dem Maßstab heutzutage geschrieben werden kann, zeigen die neuen Magnetmaßstäbe von Bogen. Hier liegt die Genauigkeit bei +/-3µm. Bei der Produktlinie X-class werden Polteilungen von 80µm genutzt. Die dazugehörigen Messköpfe lesen diese Polteilung in einer Entfernung bis 240µm und erreichen dabei eine Systemgenauigkeit von 5µm und besser. "Derzeit arbeiten wir mit Hochdruck an der zweiten Generation der Produktlinie.", so Dr.Torsten Becker, Geschäftsführer von Bogen. "Unsere Kunden werden von der noch höheren Genauigkeit und der noch kleineren Bauform überrascht sein. Mit der neuen Produktlinie werden Vorurteile über ungenaue magnetische Messlösungen der Vergangenheit angehören." Bei geringen Polteilungen und höchstpräzisen Messwerten nimmt der Einfluss von Umgebungsbedingungen auf das Messsystem selbstverständlich zu. So wirken sich beispielsweise Temperaturschwankungen auf die Polteilung aus, weil das Trägermaterial einer Wärmeausdehnung, respektive einer thermischen Kontraktion unterliegt. Solche Schwankungen müssen allerdings auch bei anderen Messverfahren, die mit feinstskalierten Maßstäben arbeiten, bereits in der Planungsphase einer Applikation einkalkuliert werden.

Große Gestaltungsfreiräume

Ein großer Vorteil von magnetischen Messsystemen gegenüber optischen Verfahren sind die großen Gestaltungsfreiräume. Bei rotierenden Applikationen können die Magnetringe in nahezu beliebiger Größe sowohl axial als auch radial verbaut werden. Optische Systeme hingegen sind weitestgehend auf die axiale Ausrichtung festgelegt. Zudem lassen sich magnetische Skalen leicht an unterschiedliche Applikationen anpassen. Individuelle Kundenbedürfnisse an Auflösung oder Zählimpulse können durch eine individuelle Polteilung kurzfristig realisiert werden. Es ist auch möglich, mehrere Spuren zu magnetisieren, sodass absolute Muster, Noniusmuster oder Referenzspuren auf einem einzigen Maßstab untergebracht werden. Durch unterschiedliche Materialien, die für eine Magnetisierung geeignet sind, kann der für eine Applikation optimale Werkstoff gewählt werden. Die Resistenz gegen Verschmutzungen durch Betriebsmittel und Produktionsrückstände, die Gestaltungsfreiräume und ein vergleichsweise niedriger Preis sind weitere Pluspunkte, die für ein hohes Zukunfts- und Wachstumspotenzial der Magnetmesstechnik sprechen.