Novotechnik: Leitplastik-Potentiometer für intelligente Stellungsregler

  • Das kompakte Potentiometer wurde speziell im Hinblick auf Anwendungen in der Steuer-, Mess-, Instrumentierungs- und Regelungstechnik entwickelt. (Foto: Novotechnik)Das kompakte Potentiometer wurde speziell im Hinblick auf Anwendungen in der Steuer-, Mess-, Instrumentierungs- und Regelungstechnik entwickelt. (Foto: Novotechnik)
  • Das kompakte Potentiometer wurde speziell im Hinblick auf Anwendungen in der Steuer-, Mess-, Instrumentierungs- und Regelungstechnik entwickelt. (Foto: Novotechnik)
  • Stephane Hernu, Produktmanager Stellungsregler bei Foxboro Eckardt „Für eine exakte Positionserfassung nutzen wir bei unseren intelligenten Stellungsreglern Leitplastik-Potentiometer. Für diese Wahl gibt es stichhaltige Argumente.“

Leitplastik-Potentiometer liefern als Absolutwertgeber genaue Messergebnisse, sind zuverlässig und lassen sich auch von widrigen Umgebungsbedingungen und hohen Temperaturen nicht beeinträchtigen. Ihre analogen Ausgangssignale kann man sehr einfach weiterverarbeiten. Sie lassen sich problemlos in einen eingeprägten Strom umsetzen oder bei Bedarf auch digital aufbereiten. Da das Signal außerdem ohne Schleppfehler in „Echtzeit" zur Verfügung steht, gibt es auch bei hohen Verfahrgeschwindigkeiten keine dynamischen Probleme. Bei entsprechender eigensicherer Versorgung eignen sich Leitplastik-Potentiometer als passive Elemente problemlos auch für den Einsatz in Ex-Bereichen, z. B. wenn die Stellantriebe in chemischen oder petrochemischen Anlagen eingesetzt werden.

Kein Wunder also, dass Foxboro Eckardt, Stuttgart, bei den „intelligenten" Stellungsreglern der Baureihe SRD991 zur Positionsbestimmung schon seit etlichen Jahren Leitplastik-Potentiometer nutzt. Der Stellungsregler für den Einsatz in eigensicheren Stromkreisen (EExi, gemäß ATEX) dient zur Ansteuerung pneumatischer Hub- oder Schwenkantriebe. „Die Prozesse werden immer genauer und verlangen präzise Dosierung. Das heißt, die Klappen-, Schieber- oder Ventilstellungen sollten im gesamten Arbeitsbereich möglichst genau erfasst und geregelt werden. Eine einfache Endlagenerkennung ist heute nicht mehr ausreichend", erläutert Stephane Hernu, Produktmanager Stellungsregler bei Foxboro Eckardt. „Eine exakte Positionserfassung ist darum zwingend erforderlich. Hierfür setzen wir bei unseren intelligenten Stellungsreglern Leitplastik-Potentiometer ein. Für diese Wahl gibt es stichhaltige Argumente: So benötigen die Sensoren aufgrund des hohen Innenwiderstands und der Möglichkeit, sie getaktet zu betreiben, sehr wenig Leistung. Im Taktbetrieb ist das Potentiometer lediglich während des kurzen Messvorgangs aktiv und verbraucht auch nur dann Strom. Damit unterscheiden sie sich von magnetischen Verfahren, deren Leistungsbedarf deutlich höher liegt. Magnetische Sensoren können außerdem nicht mit den hohen Abtastraten der Leitplastik-Potentiometer mithalten und können natürlich im Gegensatz zu Potentiometern durch externe Magnetfelder in ihrer Funktion beeinträchtigt werden."

Das eingesetzte Potentiometer SPK2500 von Novotechnik wurde speziell im Hinblick auf Anwendungen in der Steuer-, Mess-, Instrumentierungs- und Regelungstechnik entwickelt.

Das industriegerechte Präzisionspotentiometer ist in einem stabilen Kunststoffgehäuse untergebracht und ließ sich dank seiner kompakten Abmessungen gut im Stellungsregler integrieren. Drei Befestigungslaschen vereinfachen dabei die Montage und die mechanische Justierung. Die Position des Stellantriebs wird über einen mit der Antriebsspindel verbundenen Anlenkhebel erfasst. „Für eine optimale Auflösung wird der Drehwinkel des Stellantriebs von 90° auf den maximalen Messbereich des Potentiometers umgesetzt, der 335° beträgt. Dadurch ergibt sich eine Auflösung von etwa 14 Bit", führt Hernu weiter aus. Die Wiederholgenauigkeit ist sogar besser als 0,01 % und die Linearität mit ± 0,2 % ausgesprochen gut.

Für den Einsatz des Potentiometers sprachen jedoch nicht nur die hohe Genauigkeit und das günstige Preis-/Leistungsverhältnis. Im Gegensatz zu vielen anderen Messwertaufnehmern sind Leitplastik-Potentiometer auch erstaunlich robust. So wird ihre Temperaturfestigkeit eigentlich nur durch den mechanischen Aufbau begrenzt. Das in den Stellungsreglern eingesetzte Potentiometer eignet sich beispielsweise für Umgebungstemperaturen, die zwischen -40 °C und +85 °C schwanken dürfen. Damit ist der Einsatz im Freien oder in „heißer" Prozessumgebung unkritisch. Da Potentiometer (richtig angeschlossen) als Spannungsteiler ohne Schleiferlast arbeiten (vgl. Kastentext), bleiben Veränderungen des Potentiometers durch Temperatur- oder auch Feuchtigkeitsänderungen ohne nennenswerte Auswirkungen, da die Werte vor und nach der Abgriffstelle in gleichem Verhältnis variieren. Ein beeindruckender Temperaturkoeffizient von 5 ppm/°C ist das Resultat.

Der viel zitierte mechanische Verschleiß und die Realität

Oft als Nachteil angeführt wird der prinzipbedingte mechanische Verschleiß der Potentiometertechnik. „In unseren Anwendungen spielt dieser jedoch nur eine sehr untergeordnete Rolle", berichtet Hernu. Das eingesetzte Potentiometer ist für eine Lebensdauer von mehr als 50 Millionen Bewegungen ausgelegt. „In unseren Applikationen haben die Potentiometer ihre Zuverlässigkeit und Langlebigkeit auch unter rauen Umgebungsbedingungen bewiesen", fährt Hernu fort. Nur folgerichtig also, dass Foxboro auch in Zukunft auf leistungsfähige Potentiometer aus Ostfildern setzt:
In einer neuen Variante der intelligenten Stellungsregler erfasst ein potentiometrischer Wegtaster der Baureihe TEX die Position des Stellantriebs. Der Sensor hat eine außenliegende Rückstellfeder, die eine direkte Wegmessung auch ohne formschlüssige Positionsermittlung ermöglicht. „Dies kommt uns sehr entgegen, da sich bei den sehr kompakten Abmessungen dieses Stellungsreglertyps kein Rundpotentiometer integrieren ließ, wir aber dennoch die bewährte Technik der Leitplastik-Potentiometer nutzen wollten", so Hernu abschließend. Der lineare Wegsensor arbeitet mit einer Auflösung von 0,01 mm und erreicht eine Linearität von 0,05 %. Mit bis zu 50 Millionen Bewegungen ist seine Lebenserwartung ebenfalls ausgesprochen hoch. Damit haben Leitplastik-Potentiometer einmal mehr ihre Konkurrenzfähigkeit bewiesen. Lediglich in Bereichen, die vor allem an die Lebensdauer deutlich höhere Anforderungen stellen, werden kontaktlose Verfahren dem klassischen Potentiometer zukünftig Einsatzbereiche streitig machen. Für solche Anwendungen bieten sich dann kontaktlose oder berührungslose Weg- und Winkelaufnehmer als Ersatz für die Potentiometertechnik an, die Novotechnik ebenfalls im Programm hat. (pe)

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73760 Ostfildern
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