Unter den zahlreichen Modellen, sticht der Miniatur-Seilzugsensor wireSensor MT19 hervor. Er ist gerade so klein wie eine 1 Cent Münze und ­damit derzeit der kleinste Seilzug­sensor weltweit.

(Bild: Micro-Epsilon)

| von Thomas Birchinger
Seilzugwegsensoren von Micro-Epsilon

Seilzugwegsensoren von Micro-Epsilon werden in zahlreichen Messaufgaben eingesetzt, bei denen der Abstand genau ermittelt werden muss. Dazu zählt auch die Gleichlaufüberwachung in Teleskop-Bühnen, wie sie Autowerkstätten als Hebeanlagen für Fahrzeuge verwenden. Micro-Epsilon

Auch in den kleinsten Bauräumen finden die vielseitigen Weg- und Abstandssensoren Platz. Je nach Modell messen sie Wege und Abstände zudem auch in Applikationen mit hohen Beschleunigungen oder im OEM-Bereich. Gerade aufgrund dieser Eigenschaften werden sie in vielfältigen industriellen Anwendungsfeldern, in Prüfständen, mobilen Maschinen oder in der Medizintechnik eingesetzt. Die Anwendungsmöglichkeiten sind äußerst vielseitig, ob Hubhöhenmessung bei Wartungsarbeiten an Brücken, Trainingsüberwachung bei Reha-Geräten, Positionierung von OP-Tischen, Positionierung von Catering-Fahrzeugen an Flugzeugen oder Messaufgaben in Werkzeugmaschinen.

Robuste Seilzugsensoren für industrielle Anwendungen

Die unterschiedlichen Seilzugwegsensoren von Micro Epsilon decken Messbereiche von 40 Millimetern bis 50 Meter ab. So hat das Unternehmen mehr als 120 Modelle mit unterschiedlichen Bauformen und Messbereichen im Portfolio.

Beispielsweise bietet der Spezialist für Sensorik Seilzugsensoren der wireSensor P-Reihe an, die für Industrieanwendungen konzipiert wurde. Die Sensoren sind im Aufzugbau, in Krananlagen, in Gabelstaplern oder in Hochregallagern im Einsatz. Schutz vor mechanischen Einflüssen bietet das robuste und gleichzeitig kompakte Aluminiumgehäuse. Die Seilzugsensoren sind zudem analog mit Potentiometer, Strom- oder Spannungsausgang erhältlich oder digital mit Inkremental- oder Absolutencoder.

Wie funktionieren Seilzugsensoren?

Seilzugsensoren bestehen aus einer Trommel, einer Feder, dem Messseil und dem Potentiometer oder Encoder. Die Feder sorgt dafür, dass das Messseil sowohl beim Ausziehen als auch beim Rückzug gespannt bleibt und nicht lose durchhängt. Nur so kann der Weg, den das Seil zurücklegt, korrekt erfasst werden und der Sensor exakte Messwerte liefern. Das hochflexible Edelstahl-Messseil ist auf eine Trommel aufgewickelt. Wird das Seil auf- oder abgerollt, so dreht sich diese Trommel, an deren Achse ein Potentiometer oder Encoder angebracht ist, um sich selbst. Potentiometer oder Encoder drehen sich also proportional zur Trommel mit, sobald sich das jeweilige Objekt bewegt, an dem das Messseil befestigt ist. Die Drehung von Trommel und Potentiometer beziehungsweise Encoder, die durch die Abstandsänderung erzeugt wird, lässt sich nun in ein proportionales elektrisches Signal umwandeln. Das Potentiometer wird für analoge Ausgangssignale, der Encoder für digitale Ausgangssignale verwendet. Die ermittelten Signale können schließlich über die verschiedenen Ausgänge ausgegeben und ausgewertet werden.

Belastungstests an Rotorblättern

Messungen mit der wireSensor P-Reihe erfolgen beispielsweise bei Belastungstests an Rotorblättern für Windkraftanlagen. Dazu werden eigene Prüfstände entwickelt, die reale Belastungen durch Wind und Sturm simulieren. Die teuren Rotoren aus faserverstärktem Kunststoff werden in Halbschalen-Sandwich-Bauweise gefertigt. Üblicherweise sind sie zwischen 40 und 60 m lang. Das Fraunhofer Institut IWES, Bremerhaven, hat einen Prüfstand entwickelt, der Rotorblätter bis 70 m Länge prüft: Dafür wird das Rotorblatt im Prüfstand in horizontale Lage gebracht und in dieser Position montiert. Stahlseile werden über Umlenkrollen zum Rotor geführt und an verschiedenen Positionen entweder direkt oder über mechanische Klemmen am Rotorblatt befestigt. Mechanische Belastung können die Spitze des Rotorblattes um bis zu 10 m verziehen, wobei zwölf Seilzugsensoren die Verformung messen. Je Zugpunkt messen zwei Sensoren die Auslenkung und Verwindung des Rotorblattes. Die Sensoren sind daher auf Schienen am Boden montiert und das Messseil wird in vorgefertigte Ösen an den Klemmen eingehängt. Bei dieser Messaufgabe überzeugen das einfache Handling und die robuste Bauweise der Sensoren, die in dieser Anwendung mit Messbereichen zwischen 3 und 10 m eingesetzt werden.

Hubhöhenmessung für Zwei-Säulen-Hebebühnen

Die Seilzugsensoren der P-Serie ermöglichen auch, dass Zwei-Säulen-Hebebühnen das darauf gelagerte Fahrzeug gleichmäßig anheben. Moderne Zwei-Säulen-Hebebühnen sind in der Regel grundrahmenfrei. Das bedeutet, dass im Gegensatz zu Modellen mit einer Kette zwischen beiden Hubsäulen, keine mechanische Verbindung mehr erforderlich ist. Somit entfällt die Schwelle zwischen den Hubsäulen. Dies erleichtern dem Anwender den täglichen Arbeitsablauf, weil beim Ein- und Ausfahren beziehungsweise -schieben kein Hindernis zu überwinden ist und sich das Fahrzeug wesentlich einfacher positionieren lässt. Gleichzeitig entfällt allerdings die „automatische“ Hubhöhensynchronisierung durch die mechanische Verbindung der beiden Säulen. Die Hebebühne benötigt daher eine Gleichlaufsteuerung beziehungsweise eine Hubhöhenüberwachung per Seilzugsensoren, um sicherzustellen, dass das Fahrzeug an beiden Seiten gleich angehoben wird.

Seilzugsensoren so klein wie eine 1 Cent Münze

Unter den zahlreichen verfügbaren Modellen, sticht der neue Miniatursensor wireSensor MT19 von Micro-Epsilon hervor. Er ist gerade so klein wie eine 1 Cent Münze und damit derzeit der kleinste Seilzugsensor. Dieses Modell hat das Unternehmen speziell für Testanwendungen mit hohen Seilbeschleunigungen mit Messbereichen bis 40 mm konstruiert.

Zum Einsatz kommt der MT19 unter anderem in Testanwendungen für Flugzeuge und Rennwagen. Er ist zudem besonders für Crashtests prädestiniert. Die Verformungswerte der Crashtest-Dummies liefern wichtige Hinweise zur Sicherheit des getesteten Automobils. Die exakte Ermittlung der Deformierungen ermöglicht es den Konstrukteuren, Optimierungen an Design, Innenraum oder Fahrgastzelle vorzunehmen und in Folge die Sicherheit für die Insassen zu erhöhen.

Ein Crashtest-Dummy verfügt über viele Sensoren. Besonderes Augenmerk wird auf die Veränderungen an Kopf, Brustkorb, Wirbelsäule, Becken und Beinen gelegt. Um möglichst realitätsnahe Verformungswerte zu erhalten, werden die Seilzugsensoren direkt an den Körperstellen in den Dummy eingebaut. Hierfür ist äußerst wenig Platz vorhanden. Aufgrund ihrer extrem kompakten Bauform und Durchgangsbohrungen im Gehäuse, lassen sich die Miniaturseilzugsensoren MT19 auch an den engsten Stellen anbringen.

Um den Belastungen bei solchen Tests zu widerstehen, schützt ein robustes Aluminiumgehäuse die Seilzugsensoren der MT-Serie. Sie müssen zudem besonders für diese extremen Beschleunigungen konzipiert sein. Andernfalls könnte der Seilzug der Bewegung nicht schnell genug folgen, wodurch die Messergebnisse verfälscht würden. Der wireSensor MT19 hält diesen Belastungen stand, da er für Beschleunigungen bis 60 g angelegt ist.

Für schnelle Messungen in beengtem Bauraum bietet Micro-Epsilon neben dem kleinsten Seilzugsensor der Welt noch zwei weitere neue Miniatursensoren innerhalb der MT-Reihe an. Der wireSensor MT33 misst Weg und Abstand bei einem Messbereich bis 80 mm, der MT56 bis 130 mm. Alle drei Modelle sind mit einem Aluminiumgehäuse, einem Edelstahl-Messseil und einem Potentiometer ausgestattet.

Vielseitige Seilzugsensoren für OEM und Serienapplikationen

Für Anwendungen mit hohen Stückzahlen kommen Seilzugsensoren der MK-Serie von Micro-Epsilon zum Einsatz. Das Unternehmen hat sie extra für Serienapplikationen entwickelt. Die Vorteile liegen besonders im niedrigen Preis und der kompakten Bauweise, die eine einfache Integration auch bei geringem Bauraum ermöglicht. Die Sensoren der MK-Serie sind eine gute Kombination aus Preis, Leistung, Baugröße und Robustheit, die sie für den Serieneinsatz prädestiniert.

Berührungsloses Potentiometer verlängert Lebensdauer

Im Vergleich zu Seilzugsensoren mit herkömmlichem Potentiometer hat der Seilzugsensor wireSensor WPS-MK88 U45R mit berührungslosem Potentiometer das 8-fache an Arbeitszyklen. Dafür wurden die gängigen analogen Hybridpotentiometer durch berührungslose Potentiometer ersetzt. Bei einem herkömmlichen Potentiometer fährt üblicherweise ein Schleifer auf einer Widerstandsbahn, der schnell verschleißt. Das berührungslose Potentiometer basiert dagegen auf Magnetfeldsensoren, was die Lebensdauer erhöht.

Positionsbestimmung des Reitstocks in Werkzeugmaschinen

Eine weitere, häufige Messaufgabe ist die Positionsbestimmung des Reitstocks in Werkzeugmaschinen. Sie wird in der Regel durch Sensoren der Reihe MK gelöst. Auch wenn diese Messung weder auf die Präzision noch auf die Sicherheit der Maschine einen direkten Einfluss hat, stellt sie viele Konstrukteure vor eine Herausforderung. So muss die Position der Zentrierspitze des Reitstocks oft über einen sehr großen Bereich bis zu einigen Metern bestimmt werden. Erschwerend kommt häufig hinzu, dass der Platz für das entsprechende Messsystem beschränkt ist. Durch die kompakte Bauform lassen sich die Micro-Epsilon Sensoren auch bei beengten Platzverhältnissen einfach unterbringen. Der Sensor muss sich dabei nicht direkt in der Nähe des Reitstocks befinden, da Umlenkrollen das Mess-Seil flexibel in schwer zugängliche Bereiche führen können. In den typischen Ausführungen haben die Seilzugsensoren für Werkzeugmaschinen Messbereiche von 300 mm bis 2.100 mm. Größere Messbereiche sind ebenfalls erhältlich. Das robuste Kunststoffgehäuse schützt den Sensor vor mechanischen und thermischen Belastungen und sorgt für langzeitstabilen Einsatz in Werkzeugmaschinen.

Die Kunst der Synchronisierung

In Sprungtürmen, die exakt auf die gleiche Höhe gefahren werden müssen, um eine einheitliche und faire Sprungsituation zu schaffen, steckt moderne Technik. Das Wassersportzentrum Leipzig vertraut bei der Messung der Hubhöhe auf die präzisen und robusten Seilzugwegsensoren von Micro-Epsilon.

In Sprungtürmen, die exakt auf die gleiche Höhe gefahren werden müssen, um eine einheitliche und faire Sprungsituation zu schaffen, steckt moderne Technik. Das Wassersportzentrum Leipzig vertraut bei der Messung der Hubhöhe auf die präzisen und robusten Seilzugwegsensoren von Micro-Epsilon. Micro-Epsilon

Um eine einheitliche und faire Sprungsituation beim Synchronspringen zu schaffen, steckt Technik auch in den hydraulischen Sprungtürmen, die sich exakt auf derselben Höhe befinden müssen. Das Wassersportzentrum Leipzig vertraut bei der Messung der Hubhöhe auf die präzisen und robusten Seilzugwegsensoren von Micro-Epsilon. Über eine Konsole am Beckenrand lässt sich die gewünschte Höhe einstellen.

Für die Messaufgabe werden die Sensoren der Reihe wireSensor WDS-P115 so am Sprungturm befestigt, dass sie das Ein- und Ausfahren der Leiter erfassen. Der nicht benötigte Teil der ausfahrbaren Leiter ragt in einen Raum unterhalb der Schwimmhalle. Für diese Messaufgabe befindet sich der Seilzugwegsensor an der Decke des Raumes. Das Seilende ist an einer Querstrebe der Leiterkonstruktion angebracht. Wird nun der Turm bewegt, bewegen sich gleichzeitig die Leiter und auch die Strebe mit dem Seil. Über diese Messwerte wird dann jeweils die aktuelle Höhe des Sprungturms ermittelt.

Die Sensoren müssen neben genauer Messwerte auch Eigenschaften mitbringen, die sie für die schwierigen Umgebungsbedingungen prädestinieren: So herrscht eine hohe Luftfeuchtigkeit, die Umgebung ist chlorhaltig und eine hohe Anzahl an Arbeitszyklen muss ohne Sensortausch gemeistert werden.  Die Seilzugwegsensoren wireSensor WDS-P115 eignen sich für diese Messaufgabe, da sie für den Langzeiteinsatz in schwierigen Umgebungen konzipiert sind. Aufgrund ihres großen Messbereichs, dem robusten Profilgehäuse aus Aluminium, sowie der langlebigen Bauweise mit verschleißfreien Encodern liefern die Sensoren in diesen anspruchsvollen Umgebungen millimetergenaue Ergebnisse. Zudem lassen sie sich einfach installieren. Über die Standardmodelle hinaus sind außerdem spezielle Ausführungen mit beschichteten Gehäusen und rostfreien Edelstahlelementen für extreme Umwelteinflüsse wie Salzwasser erhältlich.

Thomas Birchinger

stellv. Vertriebsleiter Dipl.-Ing, Micro-Epsilon

(ml)

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