Hydraulische Zylinder sind in verschiedenen industriellen Anwendungen, vor allem jedoch im Bereich der Mobilhydraulik wichtig. Sie übernehmen in Erdbewegungs-, Bau-, Bergbau- und Landwirtschaftsmaschinen sowie in Nutzfahrzeugen mit hydraulischen Arbeitseinrichtungen wie Straßenreinigungsfahrzeugen, Schneeräumfahrzeugen oder Abfallverdichtern wichtige Funktionen. Da speziell in dieser Fahrzeugkategorie ein hoher Automatisierungsgrad die Arbeit des Fahrzeugführers erleichtern und die Sicherheit des Fahrzeugs erhöhen soll, haben sich hier die hydraulischen Systeme und Bewegungssteuerungen besonders weit entwickelt.

Nur eine ständige Positionsüberwachung aller bewegten Teile und des hydraulischen Antriebskreislaufs gewährleistet jederzeit die Sicherheit sich in der Nähe aufhaltender Personen – unabhängig von der Tätigkeit des Bedieners. Überdies gestattet die weitgehende Automatisierung der mechanischen Teile unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen eine Optimierung des Energieverbrauchs.

Bei den Absetzkippern übernehmen Drucksensoren die Überwachung der Belastung mehrerer Zylinder.

Bei den Absetzkippern übernehmen Drucksensoren die Überwachung der Belastung mehrerer Zylinder.Gefran

Sensorik zum Abfall verdichten

Abfallverdichter sind vergleichsweise komplexe Fahrzeuge. Die Handhabung und Entleerung der Müllcontainer erfolgt automatisch, je nach Fahrzeugtyp allerdings auf unterschiedliche Weise. Doch egal ob Front-, Heck- oder Seitenlader – in jedem Fall müssen die Fahrzeuge mit unterschiedlichen Behälterformaten sowie möglichen Hindernisse umgehen können. Nach der Entleerung des Müllcontainers in das Fahrzeug erfolgt die Verdichtung des Mülls im Laderaum.

Moderne Fahrzeuge verwenden ein Abfallverdichtungssystem mit hydraulischem Antrieb. Es nimmt den Abfall auf und presst ihn gegen den zuvor eingesammelten und verdichteten Müll.

Auf einen Blick

Sensoren in der Praxis: Linearsensoren haben bei der Positionsüberwachung in Anlagen die Nase vorn. Die Linearwegaufnehmer melden die jeweilige Positon des Aktuators, wodurch sich eine permanente Bewegungskontrolle des Zylinders ergibt. Für konstantes Messen des Drucks in einem Hydraulikkreislauf positionieren sich Drucksensoren.

Dabei verschiebt sich das Gegenschild stückweise. Zum Entleeren des Müllwagens bewegt sich dieses Schild dann in die entgegengesetzte Richtung und befördert so den verdichteten Abfall hinaus.

Kommen zum Steuern dieses automatisierten Verdichtungs- und Entleerungsprozesses für die einzelnen Betätigungsphasen Linearsensoren anstelle einfacher Endschalter zum Einsatz, ist eine Optimierung der einzelnen Bewegungen möglich. Ihre Geschwindigkeit lässt sich der erforderlichen Präzision und den Gegebenheiten anpassen.

Da die Leistungsabfrage nur bei Bedarf erfolgt, verlängert sich die Lebensdauer der mechanischen Komponenten, gleichzeitig sinken Energieverbrauch und Wartungskosten. Darüber hinaus reduziert die permanente Bewegungsüberwachung durch Sensoren die Risiken für Mensch und Maschine. Sie sorgt dafür, dass der Verdichtungsprozess gestoppt wird, falls Personen verletzt oder Maschinen durch sperrige Teile beschädigt werden könnten. Schließlich verdichten moderne Müllfahrzeuge den Abfall während der Fahrt.

Forschungsschwerpunkt Hydromechanik

Die Hydromechanik, also die Bewegungssteuerung mit Hilfe hydraulischer oder pneumatischer Aktuatoren, ist einer der Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte von Gefran. Das Unternehmen konzipierte für diesen Bereich Steuerungssysteme, die sowohl die Anlageneffizienz erhöhen und Energie einsparen als auch mehr Präzision und Sicherheit für Maschinenbediener garantieren.

Hier fließen alle Informationen zusammen: Die Elektronik verarbeitet sämtliche Signale und leitet sie an die Hydrauliksteuerung weiter.

Hier fließen alle Informationen zusammen: Die Elektronik verarbeitet sämtliche Signale und leitet sie an die Hydrauliksteuerung weiter.Gefran

Eine der wichtigen Steuerungen ist die der Aktuatorenbewegung. Hier dienen vor allem Endlagensensoren zur Hubbegrenzung innerhalb definierter Bereiche. Diese Sensoren reichen jedoch oft nicht aus, um die gesamte Bewegung angemessen zu regeln. Deshalb finden zunehmend Wegaufnehmer Verwendung, die permanent die momentane Position des Aktuators melden. Am häufigsten sind Linearwegaufnehmer, die sich entweder wie in einem Hydraulikzylinder in den Aktuator einbauen oder außen an ihm befestigen lassen.

Auf diese Weise ist eine permanente Bewegungskontrolle des Zylinders und damit erhöhte Sicherheit gegeben. Außerdem lassen sich optimierte Arbeitsspiele mit schnelleren Bewegungen in den Hubabschnitten realisieren, in denen die Anforderungen an die Präzision geringer sind. Zusätzlich zum Aktuator bedarf der Hydraulikkreislauf weiterer Kontrollen. Dazu zählt beispielsweise die Prüfung des Öldrucks. Hierfür setzt man in der Regel Druckmessumformer allein oder in Verbindung mit Positionssensoren ein, wenn eine sehr präzise Positionssteuerung der Aktuatoren erforderlich ist.

Das Produktportfolio von Gefran umfasst auch Sensoren für die konstante Messung des Drucks im Hydraulikkreislauf. Diese kontrollieren den Verdichtungsprozess und die Bewegungsabläufe. Auch Messumformer für die Positionserfassung relevanter mechanischer Bauteile, die sich innerhalb oder außerhalb des Zylinders montieren lassen, sind erhältlich. Produzenten von Müllfahrzeugen in der ganzen Welt wie das deutsche Unternehmen Meier-Ratio oder der niederländische Hersteller Geesink-Norba setzen erfolgreich Gefran-Sensoren ein.

Druckmessumformer der Serie KS zur Druckmessung in der Hydraulik und Pneumatik.

Druckmessumformer der Serie KS zur Druckmessung in der Hydraulik und Pneumatik.Gefran

Robuste Drucksensoren für den Überlastschutz

Meier-Ratio etwa verwendet den Drucksensor der Serie KS zum Überwachen der Belastung mehrerer Zylinder in ihren Absetzkippern der jüngsten Generation. Erreicht der Druck im Kreislauf den zulässigen Höchstwert, gestattet eine Schutzfunktion des Systems nur noch Bewegungen, die die Gesamtbelastung und damit den Druck im Kreislauf verringern. Der Sensor dient also als Überlastschutz, um Schäden am Absetzkipper zu verhindern. Beim Überschreiten des zulässigen Gesamtgewichts warnt ein Alarm den Fahrer.

Sensoren der Serie KS positionieren sich durch den einfachen Aufbau und kleine Abmessungen. Sie sind ausgesprochen stoß- und vibrationsfest und eignen sich für eine Vielzahl hydraulischer sowie pneumatischer Anwendungen.

Unter der Ladefläche angebracht: zwei Drucksensoren der Serie KS (rechts oben).

Unter der Ladefläche angebracht: zwei Drucksensoren der Serie KS (rechts oben).Gefran

KS-Sensoren arbeiten ohne Füllmedium und besitzen ein Ganzmetallgehäuse aus Edelstahl. Da das Sensorelement komplett mit dem Anschlussnippel verschweißt ist, besteht keine Gefahr der Alterung oder Beschädigung durch aggressive Medien wie bei Gummidichtungen. Laut Gefran haben die KS-Sensoren ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Die Elektronik verfügt über Normsignalausgänge in Strom (4 bis 20 mA) und in Spannung (null bis 10 VDC) und der erweiterte Temperaturarbeitsbereich von -40°C bis +125°C gewährt eine optimale Stabilität. Auch die Bandbreite der Messbereiche ist groß. Sie reicht von null…1 bar bis null…1000 bar mit einer Messungenauigkeit kleiner 0,5 Prozent v. Ew. (inklusive Nichtlinearität, Hysterese, Wiederholbarkeit sowie Nullpunkt- und Endwert-Offset).

Potentiometrische Linearsensoren für Präzision

Geesink-Norba verwendet die potentiometrischen Linearsensoren der Serie PMI zum Überwachen des Verdichters. Dank eines patentierten Systems für die magnetische Schleifermitnahme hat diese robuste Lösung in Anbetracht der heiklen Position auf der Pressplatte einen hohen Schutz. Sie kontrolliert präzise Position und Parallelität und sorgt damit für eine ordnungsgemäße Verdichtung, ohne dass mechanische Bauteile Schaden nehmen.

Potentiometrische Linearsensoren der Serie PMI überwachen den Verdichter in Fahrzeugen.

Potentiometrische Linearsensoren der Serie PMI überwachen den Verdichter in Fahrzeugen.Gefran

Die Serie PMI erfüllt sämtliche technischen Anforderungen, ist jedoch in der Anschaffung günstiger als hochpräzise und damit für diese Anwendung überqualifizierte magnetostriktive Wegaufnehmer. Die potentiometrischen Sensoren sind druckfest gegenüber Arbeitsdrücken bis 250 bar (400 bar Scheitelwert). Das Gehäuse aus Edelstahl AISI316 und der Ausgang mit PUR-Kabel sichern Beständigkeit gegen mechanische Beanspruchungen. Den Wegaufnehmer gibt es in Versionen mit Sensorkopf und Einbauflansch oder Montagegewinde. Die Wege reichen von 50 bis 1000 mm. Auch in Sachen Präzision hat dieser Sensor die Nase vorn. So beträgt der maximale Linearitätsfehler 0,05 Prozent vom Endwert und die Wiederholbarkeit liegt im Hundertstel-Millimeter-Bereich.