(Bild: Siko)
Der Seilzug-Positionssensor SGH50 (li.) erlaubt es, die Positionen von Hydraulik- oder Teleskopzylindern von 0 bis 5 m absolut zu messen. Die beiden kleineren Sensor-Brüder, der SGH25 (re.) haben eine Messlänge von 0 bis 2,5 m und der SGH10 von 0 bis 1 m. Siko
Hitze, Kälte, Schock, Vibrationen, Wasser, Schlamm oder Staub – diesen Belastungen muss die Technik von Nutzfahrzeugen auf Dauer gewachsen sein, zum Beispiel in Baumaschinen wie Teleskop-Krane oder Bagger sowie in Land- und Forstmaschinen. Ganz zu diesem Zweck hat der Sensorhersteller Siko aus Buchenbach, nahe bei Freiburg im Breisgau, den Sensor-Baukasten ‚Pure.Mobile‘ mit Funktionserweiterungen für rotative Positionssensoren (Drehgeber) und lineare Positionssensoren (wie die Seilzuggeber der SGH-Baureihe) sowie Positionssensoren für Hydraulikzylinder entwickelt. Es sind also keine Sensoren, die ursprünglich für den stationären Maschinenbau gedacht waren und danach technisch angepasst wurden. Das Sensorprogramm wird in den kommenden Jahren weiter ausgebaut; künftig werden Neigungssensoren und lagerlose Drehgeber hinzukommen.
Eck-Daten
- Der Sensor-Baukasten ‚Pure.Mobile‘ ist speziell für die Positionserfassung von Aktoren in Nutzfahrzeugen konzipiert und entwickelt.
- Durch das Baukastensystem lassen sich beispielsweise die Drehgeber mittels verschiedener Optionskarten mit zusätzlichen Funktionen erweitern, beispielsweise mit einer digitalen IO-Karte.
- Jeder Positionssensor aus dem Pure.Mobile-Programm erfüllt die EMV-Anforderungen für Baumaschinen, Land- und Forstmaschinen sowie die Anforderungen nach E1 (UN ECE R10) für Straßenfahrzeuge.
Die Sensoren erfüllen als grundlegende Voraussetzung ihren Einsatz unter schwierigen Umgebungsbedingungen die EMV-Anforderungen für Baumaschinen sowie Land- und Forstmaschinen, und auch die Anforderungen des Kraftfahrtbundesamts nach E1 (UN ECE R10) für Straßenfahrzeuge. Die Robustheit der Positionssensoren basiert ganz wesentlich auf ihrer verschleißfreien, magnetischen Abtast-Technik. Dazu kommen eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit, ein weiter Temperaturbereich von -40 bis 85 °C (optional bis 105 °C) und Ausführungen in Schutzart IP65 bis IP69K.
Funktionalitäten sind erweiterbar
Das Baukastenprinzip erlaubt es, die Funktionalitäten der Sensoren mit sogenannten Optionskarten, die in Sensor eingebaut werden, zu erweitern. Derzeit stehen drei Optionskarten zur Verfügung:
- Neigungssensor zur Messung der Neigung des Drehgebers
- Digitale IO-Karte mit je 4 digitalen Ein- und Ausgänge Damit können einfache Sensoren in der Nähe des Drehgebers, beispielsweise ein Nährungsschalter, an den CAN-Bus angeschlossen werden ohne teure, externe IO-Boxen.
- DIP-Schalter zur händischen Parametrierung der Baudrate und Node-ID des Drehgebers möglich (keine Software notwendig, deshalbgut für Service und Wartung).
Weil durch die flexibel gestaltbaren Optionskarten der Kern des Sensors nicht berührt wird, sind kundenspezifische Anpassungen und Funktionserweiterungen bereits bei kleineren Stückzahlen kostengünstig umsetzbar. Die Sensoren gibt es auch in Safety-Versionen für Anwendungen bis Performance Level d (PLd). Zudem stehen zahlreiche Schnittstellen zur Auswahl, neben den bekannten analogen Strom- oder Spannungsschnittstellen können die Anwender auch zwischen CANopen-, CANopen Safety- oder der SAE J1939-Schnittstelle wählen.
Seilzug-Positionssensoren für Hydraulik- und Teleskopzylinder
Ein Beispiel für Sensoren aus dem Pure.Mobile-Baukasten sind die Seilzug-Positionssensoren der SGH-Baureihe. Zur Hub- beziehungsweise Längenmessung lassen sie sich in die Zylinder integrieren, um die Positionen von Hydraulik- oder Teleskopzylindern zu erfassen. Es gibt drei Sensor-Baugrößen: SGH50 erlaubt es, von 0 bis 5 m absolut zu messen. Die beiden kleineren Sensor-Brüder, SGH25 erlauben eine Messlänge von 0 bis 2,5 m und die Baugröße SGH10 Messlängen von 0 bis 1 m.
Seilzuggeber aus der SGH-Baureihe: Über den Auszug des Seils rotiert die Kabeltrommel des Sensors und macht so die Wegmessung möglich. Siko
Die Messtechnik dieser Positionssensoren funktioniert so: Das Seil der Seilzugmechanik wird in den Kolbenkopf gehängt. Wenn der Zylinder ausfährt, wird das auf einer Seiltrommel aufgewickelte Seil ausgezogen. Dabei dreht sich die Trommel, es entsteht eine Rotation. Diese Drehbewegung wird von der Sensorelektronik erfasst und in einen linearen Positionswert umgerechnet. Dadurch ist eine exakte und absolute Positionserfassung des Zylinders zu jeder Zeit möglich.
Bei der Schock- und Vibrationsfestigkeit erfüllen die Seilzuggeber sogar besonders schwierige Standards, nämlich die Vorgaben der Vibrationsnormen für Hubschrauber-Turbinen: Die Sensoren stecken Schocks mit der 100-fachen Erdbeschleunigungskraft weg. Im Gegensatz zu stangen-basierten Wegsensoren absorbiert sein flexibles Seil die Erschütterungen vollständig. Das Hydraulik-Medium sorgt für eine zusätzliche Dämpfung gegen aufkommende Vibrationen.
Um dem harten Einsatz in der mobilen Welt gerecht zu werden, ist die komplette, vollständig in den Zylinder integrierte Sensorik bestmöglich vor äußeren Einflüssen geschützt. Aus diesem Grund besitzen die SGH-Sensoren die Schutzklasse IP69K und verfügen über KV1H-Steckverbindungen
Mathias Roth, Branchenmanager Mobile Automation bei Siko in Buchenbach. Siko
Analoge Schnittstellen, CANopen oder SAE J1939 stellen die Kommunikation der Positionssensoren und der Maschinensteuerung sicher. Anwendungen, in denen es auf höchste funktionale Sicherheit ankommt, können mit redundanten Sensor-Versionen (CAT3, PLd) nach EN13849 beliefert werden. Außerdem bietet der Hersteller für Safety-Varianten redundante oder analoge Schnittstellen, redundantes CANopen, redundantes SAE J1939 oder CANopen-Safety.
Durch die integrierte Teach-in-Funktion kann die Messlänge des Seilzuggebers, zum Beispiel beim SGH50, von 0 bis 5 m individuell eingelernt werden. Dadurch wird die Variantenvielfalt für OEM und Zylinderhersteller stark vermindert. Durch seinen großen Messbereich von 0 bis 5 m ermöglicht dieser seilzug-basierte Positionssensor für Zylinder-Konstrukteure günstige Herstellungskosten, weil kein Hohlbohren des Kolbens erforderlich ist. Wie alle Modelle der SGH-Serie, kann auch der SGH50-Sensor in Teleskopzylinder integriert werden, was bei konventionellen Messsystemen in der Regel nicht möglich ist.
Seilzuggeber: Die Vorteile sind …
Mathias Roth, Branchenmanager Mobile Automation bei Siko, erklärt im Gespräch, was die Seilzuggeber beziehungsweise linearen Positionssensoren technisch auszeichnet und was ihre Vorteile im Vergleich zu anderen Systemen sind.
Herr Roth, welche technischen Vorzüge bieten die Seilzuggeber von Siko für die Hub-Messtechnik in hydraulischen Zylindern?
Mathias Roth: Unsere Seilzug-Messtechnik beruht auf einem ganz anderen Prinzip als andere Mess-Systeme am Markt, die auf induktiver, stangen- oder Hall-basierter Technik arbeiten. Mit den Seilzuggebern der SGH-Serie verfügen wir als bislang einziger Sensorhersteller über eine exklusive Technik zur Positionsmessung von Hydraulik- und Teleskopzylindern oder Kolbenspeichern. Unsere Seilzug-Sensoren lassen sich vollständig in Zylinder integrieren. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber zylinder-externen Sensoren, weil auf diese Weise das gesamte Sensorsystem von außen geschützt ist und nicht beschädigt werden kann. Deshalb können diese Sensoren auch die Schutzklasse IP69K erreichen. Bei der Widerstandsfähigkeit gegen Schock und Erschütterungen zeigt unsere Technik absolute Bestwerte. Die elektromagnetische Verträglichkeit, EMV, ist sehr hoch. Und durch das seilbasierte Funktionsprinzip sind unsere SGH-Sensoren darüber hinaus die weltweit einzigen integrierten Positionssensoren, die auch in Teleskopzylindern eingesetzt werden können.
Wie kommt es, dass die Seilzug-Positionssensoren von Siko so robust sind?
Mathias Roth: Siko stellt seit 30 Jahren Seilzuggeber her, wir haben also ein großes Know-how, was die Entwicklung, Konstruktion sowie Produktion angeht. Die gesamte Auslegung der Bauteile erfolgt bei uns im Haus, das heißt wir legen Parameter wie die Kräfteverhältnisse, die Federkennlinie oder die Umdrehungszahl in Abhängigkeit zum jeweiligen Sensor spezifisch aus. Dadurch sind unsere SGH-Sensoren extrem robust und langlebig. Elektronisch wie mechanisch sind sie über die gesamte Zylinder-Lebensdauer ausgelegt und geprüft.
Wie sieht es aus mit den Kosten für die Integration der Seilzuggeber in den Zylinder?
Mathias Roth: Diese Kosten sind mit unserer Sensormesstechnik erfreulich günstig. Die Sensoren haben einen Seilzug – also keine feste Sensorstange, die in konventionellen Systemen vollständig im Kolben versenkt werden muss. Das Seil wird nur an einem kleinen Gewinde am Kolben montiert. Unsere Sensoren benötigen daher keine zusätzliche Kolbenbohrung.
Ergeben sich aus dem Seilzug-Konzept der Sensoren auch wirtschaftliche Vorteile?
Mathias Roth: Ja, weil unsere Sensoren ein sehr breites Anwendungsspektrum sowie ganze Wegmessbereiche abdecken. Dies können vergleichbare Produkte nicht bieten. Die Kosten für Logistik und Lagerhaltung für unsere Seilzug-Sensoren sind daher eine fast vernachlässigbare Größe, vor allem im Vergleich zu stangen-basierten Messsystemen. Dabei wachsen die Einsparungen mit der Länge des Messweges.
Was lässt sich noch an Vorzügen für die Seilzuggeber auffahren?
Mathias Roth: Unsere Seilzuggeber vereinfachen – bedingt durch ihre Bauart und Robustheit – den gesamten Entwicklungs- und Herstellungsprozess in diesem Teilbereich bei einem Maschinenbauer. Und nicht zu vergessen: auch beim Service. Die gesamte Kostensituation in diesem Bereich wird entspannt. Und durch ihre flexiblen Integrationsmöglichkeiten in den Zylinder eröffnen die Seilzug-Sensoren bisher nicht dagewesene Möglichkeiten im Zylinderdesign.
Mathias Roth
(dw)
