Die Intelligenz steckt im Hydraulikzylinder

Mehr Leistung, Bedienkomfort, Produktivität und immer strengere Sicherheits­vorschriften verursachen bei mobilen Arbeitsmaschinen hohen elektro-hydraulischen Automatisierungsbedarf. Die Rückmeldung der Zylinderposition ist dazu einfach unerlässlich. Als praktisch und kosteneffizient haben sich magnetostriktive, lineare Positionssensoren bewährt.

Da in der Mobilhydraulik alle Maschinenkomponenten extremen Umwelteinflüssen ausgesetzt sind, entwickelte MTS eine Sensorenbaureihe speziell für die Anforderungen mobiler Maschinen: die Temposonics-M-Serie. Diese Sensoren machen sämtliche Vorteile der magnetostriktiven Technologie für mobile Arbeitsmaschinen zugänglich. Als unabdingbare Voraussetzung erfüllt diese Baureihe die Anforderungen der Mobilhydraulik zu einem günstigen Preis-Leistungsverhältnis.

Ohne Referenzpunktfahrt

Magnetostriktive Sensoren sind bekannt für ihre Robustheit, da sie bedingt durch ihr Messprinzip ein Ausgangssignal mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis liefern. Aufgrund dieser guten Signalqualität sind sie unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen. Sie werden nicht durch elektromagnetische ­Störeinstrahlungen bis 200 V/m beeinflusst und erweisen sich als sehr widerstandsfähig bei Stößen bis 100 g und Vibrationen bis 25 g, die in der mobilen Welt keine Seltenheit sind.

Zudem nehmen magnetostriktive Sensoren Positionen ohne Kontakt zwischen dem Sensorrohr und dem Positionsmagnet auf und arbeiten somit verschleißfrei. Dies ist besonders in Hinsicht auf die schwierigen Einsatzbedingungen mobiler Arbeitsmaschinen von großem Nutzen. Mit ihrer absoluten Positionsrückmeldung messen sie auch nach einem Stromausfall ohne Referenzpunktfahrt.

Bei mobilen Arbeitsmaschinen spielen hohe Auflösung und Wiederholgenauigkeit zunehmend wichtigere Rollen. Insbesondere für die Ausführung von automatischen Bewegungsabläufen ist eine gute Genauigkeit unerlässlich. In Zukunft werden diese Anforderungen weiter steigen. Im Vergleich zu anderen Technologien bieten magnetostriktive Sensoren eine sehr gute Wiederholgenauigkeit und Auflösung − was überaus kritische Faktoren für ruhige Maschinenbewegungen sind. Stabile, genaue Regelalgorithmen sind besonders dann von Bedeutung, wenn bestimmte Maschinenfunktionen wiederkehrend auszuführen sind, z.B. das automatische Zentrieren der Hinterachslenkung vor dem Auffahren auf die Straße oder das Teach-in einer Schaufelbewegung beim Graben.

Technologien im Vergleich

In der Mobilhydraulik können nur zuverlässig arbeitende Sensoren für intelligente Zylinder ein geeignetes Positionssignal zur Verfügung stellen. Bei Messsystemen − egal welcher Technologie − die außerhalb des Zylinders installiert sind oder die eine externe Elektronik aufweisen, ist der Sensor empfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen, Verschmutzung oder Schwingungen und anfällig für physische Beschädigung. Bei teilintegrierten Messsystemen, wie Seilzugaufnehmer mit integrierter Mechanik und externer Signalverarbeitung, erfolgt die Positionsaufnahme mittels rotierender, kontaktbehafteter Bewegungen, wodurch die Mechanik verschleißt. Sie benötigen mehr Platz zur Installation auf dem Zylinderboden, da ihre Mechanik im Vergleich zu dem kompakten Kopf eines magnetostriktiven Sensors größer ausfällt. Bei größeren Messlängen leidet zudem die Messgenauigkeit, da der ausgezogene Draht schwingen und somit Abweichungen verursachen kann. Durch die Signalübertragung aus dem Zylinderinneren zur außen installierten Elektronik ist das Messsignal sämtlichen Einflüssen der rauen Umgebung ausgeliefert und der Sensor somit sensibel für elektromagnetische Störungen, die beispielsweise durch Funktürme oder drahtlose Kommunikation verursacht werden.

Vollständige Integration im Zylinder

Ein entscheidendes Merkmal, durch das magnetostriktive Sensoren besser als alternative Technologien für die Mobilhy­draulik geeignet sind, ist ihr Zylindereinbau. Die M-Serie-Sensoren werden in mobilen Anwendungen komplett in den Hydraulikzylinder integriert. Dank ihrer kompakten Bauform und der druckfesten Konstruktion passen sie perfekt in Gabelkopfzylinder und sind dort vor den Umgebungseinflüssen der mobilen Arbeitsmaschinen geschützt. Durch die Integration des Sensors in den Stahlzylinder entsteht ein geregelter Antrieb mit elektronischer Positionsrückmeldung über ein breites Spektrum an Messlängen. Entsprechend der jeweiligen Applikation sind standardmäßig Messlängen von 50 bis 2.500 mm erhältlich. Auf Anfrage stehen sogar noch längere Modelle zur Verfügung: Selbst für mobile Hydraulikzylinder mit einem Hub von 12 m hat MTS schon M-Serie-Sensoren geliefert.

Einfach und kosten­effizient im Einbau

Für die direkte Hubmessung wird der Sensor direkt in den Zylinder eingebaut, wobei der Kopf im Zylinderboden liegt und der Stab in die Kolbenstange eintaucht. Je nach Zylinderkonstruktion kann der Sensor von der Kopf- oder der Stangenseite des Zylinders eingebaut werden. Der Positionsmagnet, der kontaktlos über den Sensorstab gleitet, ist in den Kolben eingebaut.

Entgegen verschiedener Behauptungen, ist die Integration des Sensors einfach und fällt kostenmäßig im Vergleich mit den Vorteilen einer zuverlässigen Positionsbestimmung nur wenig ins Gewicht. Ist die Kolbenstange solide gebaut, wird sie hohl gebohrt, damit der Sensorstab eintauchen kann. Bohrungen an kurzen Zylindern gehören seit Jahren zum Alltag. Einige Firmen haben sich im Zuge dieser Entwicklung auf das Tieflochbohren spezialisiert und bieten es preisgünstig an. Bei längeren Messbereichen sind die Kolbenstangen oft nicht mehr massiv, sondern aus Rohrwerkstoffen gefertigt. Somit entfällt das Bohren bei größeren Hublängen. Magnetostriktive, integrierte Sensoren sind die perfekte Lösung.

Die Montage des Positionsmagneten erfordert zudem eine Bohrung im Kolben. Da es sich hier um ein Drehteil handelt, ist die Bohrung für die Produktionskosten unerheblich. Schließlich muss auch der Zylinderkopf auf die Abmessungen des Sensorkopfs abgestimmt sein. Dank der kompakten Abmessungen der M-Serie-Sensoren ist dies in der Praxis einfach durchführbar.

Um den Einbau weiter zu vereinfachen, hat MTS das Temposonics-Steckersystem mit Schutzart IP69K entwickelt, so dass der Sensor schnell in den Zylinder integriert und elektrisch angeschlossen werden kann. Die schnelle Installation erfolgt per ‚Klickmontage‘ ohne Werkzeug. Zeitraubende Löt- oder Schraubklemm-Kontaktierungen der Aderleitungen, eventuelle Verpolungen oder kalte Lötstellen gehören der Vergangenheit an.

Nach der Integration des Sensors in den Hydraulikzylinder kann der Zylinderhersteller mit einem von MTS entwickelten, robusten Testgerät die komplette Baugruppe vor der Auslieferung auf Funktion testen und den korrekten Betrieb gegenüber dem Kunden belegen. Auch vor Ort an der mobilen Arbeitsmaschine ist eine Überprüfung möglich. W

www.mtssensor.de