Der Kran führt das Messsystem in der Stromschiene der Portalbrücke mit.

Der Kran führt das Messsystem in der Stromschiene der Portalbrücke mit. Demag

Automatische Parkhäuser, die Fahrzeuge in einer Art Regalsystem deponieren, gewinnen in städtischen Ballungsräumen zunehmend an Bedeutung. Mit ihnen ist es möglich, Autos mit 30 bis 50 % des Platzbedarfs herkömmlicher Parkhäuser unterzubringen. Die Fahrzeuge werden dabei in einer Art Hochregallager, wie sie aus Großhandel und Industrie bekannt sind, untergebracht. Der Fahrer parkt ebenerdig in einer Transferstation und bestätigt per Knopfdruck, dass sich keine Personen oder Haustiere mehr im Fahrzeug aufhalten. Dann startet der Einparkprozess und das Auto wird automatisch zu einer vorausberechneten Parkposition transportiert. Dabei stellen sich hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Fahrbewegung, damit kein Fahrzeug zu Schaden kommt. Die anspruchsvollsten Systeme verfügen über drei Bewegungsrichtungen – eine vertikale und zwei horizontale. Unerlässlich ist das genaue Wissen, wo sich das Fahrzeug aktuell befindet. Die Information muss immer zur Verfügung stehen. Auch nach einem erneuten Hochlaufen, zum Beispiel nach einem Stromausfall, muss die Position aller Transferstationen sofort wieder verfügbar sein. Das lässt sich nur mit absoluten Messsystemen realisieren.

Komplexere automatische Parkhäuser verfügen über drei Bewegungsrichtungen – eine vertikale und zwei horizontale.

Komplexere automatische Parkhäuser verfügen über drei Bewegungsrichtungen – eine vertikale und zwei horizontale.Otto Wöhr

Für weite Wege

Das Berliner Unternehmen Bogen bietet mit dem SLA 3 ein Messsystem an, das absolute Positionen über Distanzen von bis zu 160 m erfassen kann. Das System besteht aus einem Magnetband und einem Lesekopf, der darüber hinweg geführt wird. Die Auflösung der Absolutmessung beträgt dabei wahlweise 5 oder 10 mm. Entscheidender für lange Wegstrecken ist jedoch der maximal zulässige Arbeitsabstand, mit dem sich der Sensor in vertikaler wie horizontaler Richtung vom Magnetband entfernen darf, um noch eine saubere Absolutposition erfassen zu können. Der vertikal zulässige Abstand liegt bei 0 bis 3,5 mm, für den seitlichen Versatz sind bis zu ±9 mm, bei einer Breite des Magnetbandes von 20 mm, zulässig. Somit ist sichergestellt, dass die absolute Position der Transferstation nie verloren geht.

Unempfindliche Komponenten

Für die Steifigkeit des Magnetbandes, die zum Erreichen der Genauigkeit nötig ist, sorgt das Verkleben auf einem Trägermaterial aus Edelstahl.

Für die Steifigkeit des Magnetbandes, die zum Erreichen der Genauigkeit nötig ist, sorgt das Verkleben auf einem Trägermaterial aus Edelstahl.Bogen

Der Lesekopf besteht aus einem inkrementellen, magnetischen Sensor mit einer Auflösung von 14 Bit, der sich zusammen mit der Auswerteelektronik in einem Aluminiumgehäuse befindet. Er ermittelt über den Hall-Effekt die Absolutposition aus speziellen, auf dem Magnetband angeordneten, magnetischen Abfolgen von unterschiedlich langen Nord- und Südpolen (Pseudo Random Code). Über die integrierte High-Speed-Schnittstelle steht am Ausgang ein SSI-Signal mit Fehlerbit zur Verfügung. Das zugehörige Magnetband wird nach einem patentierten Verfahren hergestellt. Für die Steifigkeit, die zum Erreichen der Genauigkeit nötig ist, sorgt das Verkleben auf einem Trägermaterial aus Edelstahl. Ein spezielles Verfahren mach den Magnetmaßstab unempfindlich gegen chemische Einflüsse wie Öl, das durch Undichtigkeiten bei den transportierten PKWs austreten kann. Auch die Verschmutzung durch den Abrieb der Reifen sowie eine Luftfeuchtigkeit von 100 %, wie sie in offenen Parkhäusern vorkommen kann, sind unproblematisch.

Einsatz in Brückenkranen

Auch bei Brückenkränen in Montagehallen kommt es darauf an, jederzeit genau zu wissen, wo sich die Laufkatze gerade befindet. Diese Kräne laufen typischerweise auf zwei parallelen Schienen und überspannen den gesamten Arbeitsbereich mit einer Stahlkonstruktion, meistens in Fachwerk- oder Rahmenbauweise. Längs zur Kranbrücke verfährt die Laufkatze mit dem Hebewerk. Durch diese Konstruktion können sie Lasten in allen drei Richtungen bewegen.

Die Kräne transportieren schwere und großer Werkstücke innerhalb einer Halle. Diese Werkstücke stehen jedoch zu unterschiedlichen Zeiten an unterschiedlichen Orten in der Halle. Außerdem müssen feststehende Hindernisse berücksichtigt werden, um Kollisionen zu vermeiden. Hierfür ist das präzise Erfassen der Ist-Positionen erforderlich. Um mit der Portalbrücke nicht von Zeit zu Zeit eine Referenzfahrt zur exakten Nullpunktbestimmung des Messsystems durchführen zu müssen, kommt auch hier das Absolutwert-System SLA 3 zum Einsatz. Der Kran führt das Messsystem dabei platzsparend in der bereits vorhandenen Stromschiene der Portalbrücke mit. Diese besteht aus jeweils 4 m langen PVC-Profilen, in deren Inneren die Schleifleitungen für die Stromversorgung laufen. In einer freien Kammer des Profils ist der Magnetmaßstab verlegt. Derzeit arbeiten die Entwickler daran, den Magnetmaßstab, genau wie die Schleifleitungen, in jeweils 4 m lange Segmente aufzuteilen und diese bei der Montage durch Clips miteinander zu verbinden. Trotz des dabei entstehenden Versatzes von circa 3 mm lässt sich die Absolutposition genau ablesen. Jedes Teilstück ist so markiert, dass eine schnelle und verwechslungssichere Montage möglich ist. Im Fall der Beschädigung eines Teilstücks, lässt sich dieses schnell gegen ein Neues austauschen. Das verringert Stillstandszeiten.

Technik im Detail

Das Positionserfassungs-System

Die Systeme verfügen über eine Messgenauigkeit im Bereich von ±7 µm auf einer Länge von 1,32 m für präzise Anwendungen und 10 mm für Anwendungen mit einer Messlänge bis zu 160 m. Im Vergleich zu Barcodesystemen, die optisch abgetastet werden, sind Magnetsysteme unempfindlicher gegen Verschmutzung, mechanische Beschädigung und Vibrationen. Außerdem verfügt das Magnetband über einen ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten wie das Material auf dem es typischerweise angebracht wird, was die Genauigkeit erhöht.

Verein im Detail

Innomag e.V.

Gegründet im Jahr 2007, setzt sich der aus 35 Unternehmen und Organisationen bestehende Verein für die nachhaltige Förderung und Erschließung von Anwendungen der magnetischen Mikro- und Nanotechnologien in Deutschland ein.

Magnetische Sensoren sind Schlüsselelemente in Produkten der Automobiltechnik und der Automation zur Drehzahl- und Positionsbestimmung sowie für Strommessungen. Außerdem ermöglichen sie neue Lösungen im Bereich der Medizintechnik, Bioanalytik oder der zerstörungsfreien Materialprüfung.

Der Verein will mit Wissenschaftlern, Herstellern und Anwendern neue Anwendungen und Märkte für magnetische Sensorik erschließen.