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Lineare Encoder für zukunftssichere Positionsmessung in Hydraulikzylindern

12.03.2018

Die Nachfrage nach linearer Sensorik für die mobile Automation im Allgemeinen und für hydraulisch betriebene Arbeitsmaschinen im Besonderen wächst. Der quantitative Aspekt ist dabei nur die eine Seite der Medaille – immer mehr Fahrzeugherstellern, Integratoren und Betriebsverantwortlichen geht es auch um qualitative Innovationen. Es sind Mehrwerte gefragt, wie sie in der industriellen Automation längst üblich sind: die Erhebung von Zustands- und Prozessinformationen durch die Encoder. Die präzise und performante Positionsmessung soll in Zukunft ergänzt werden durch die Möglichkeit, mit Hilfe von Sensorinformationen detaillierte Analysen durchzuführen, um mit ihnen Assistenzsysteme zu unterstützen oder um beispielsweise plötzliche Maschinenausfälle zu vermeiden, Wartungsroutinen zu optimieren und insgesamt die Verfügbarkeit von Maschinen zu steigern. In der Hydraulikmesstechnik für die mobile Automation sind die Linear-Encoder der Produktfamilie MAX derzeit die einzigen Geräte ihrer Art, die diese Mehrwerte bieten können. Sie nutzen das robuste Wirkprinzip der Magnetostriktion, liefern als erste Sensoren ihrer Art umfangreiche Diagnosefunktionen – und bieten auch dadurch zukunftssichere Mehrwerte für mobile Arbeitsmaschinen.

 

Der eigens für die Mobile Automation entwickelte Linear-Encoder MAX ermöglicht berührungslos eine vollständige, integrierte, absolute Positionsmessung in Hydraulikzylindern und wird vor allem unter den extremen Umgebungs- und Betriebsbedingungen in Applikationen an mobilen Arbeitsmaschinen eingesetzt.1) Der eigens für die Mobile Automation entwickelte Linear-Encoder MAX ermöglicht berührungslos eine vollständige, integrierte, absolute Positionsmessung in Hydraulikzylindern und wird vor allem unter den extremen Umgebungs- und Betriebsbedingungen in Applikationen an mobilen Arbeitsmaschinen eingesetzt.


Bei Erdarbeiten vermeidet eine über die Positionsmessung möglich Tiefenkontrolle der Baggerschaufel die Beschädigung von Leitungen, Rohren oder Fundamenten.2) Bei Erdarbeiten vermeidet eine über die Positionsmessung möglich Tiefenkontrolle der Baggerschaufel die Beschädigung von Leitungen, Rohren oder Fundamenten.

 

Innovation mit Magnetostriktion

Ein entscheidendes Merkmal der neuen SICK Linear-Encoder ist, dass sie eine vollständige mechanische Kompatibilität zu bestehenden Zylinderkonstruktionen, die für die Integration eines Wegmesssystems bereits vorbereitet sind, gewährleisteten. Dadurch ist eine einfache und schnelle Integration in die Hydraulik-Zylinder sichergestellt.

Ein Blick in das Innere der Linear-Encoder zeigt – verglichen mit dem Marktstandard – eine Reihe technologischer Unterschiede und Innovationen. SICK STEGMANN hat ein grundlegend neues Sensorkonzept entwickelt. Dessen Eckpfeiler sind unter anderem die Nutzung der Magnetostriktion, die Optimierung der Leistungsdichte durch die Minimierung von messtechnischen Totzonen sowie die Integration von Diagnose- und Prognosefunktionalitäten, mit denen Maschinenstillstände vermieden und die Betriebspläne wie auch die Wartungsroutinen ganzer Fuhrparks optimiert werden können.

Die Technologie der Magnetostriktion bietet für den Einsatz linearer Encoder in hydraulischen Arbeitsmaschinen eine Reihe von Vorteilen. Die Positionsmessung erfolgt absolut: sofort nach dem Anliegen der Bordspannung durch Starten der Arbeitsmaschine ist die exakte Kolbenposition bekannt – eine Referenzfahrt wie bei inkrementellen Sensoren ist nicht erforderlich. Im Arbeitseinsatz erweist sich die Magnetostriktion nicht nur als äußerst zuverlässig und verschleißfrei, sondern auch als besonders robust sowohl gegen mechanische Beanspruchungen als auch gegen extreme elektrische Einflüsse beispielsweise durch eingestrahlte oder eingekoppelte Störungen im Bordnetz eines Fahrzeuges. Die hohe Betriebssicherheit der MAX Linear-Encoder als genehmigungspflichtiges Bauteil an Kraftfahrzeugen wird durch das E1-Genehmigungszeichen des Kraftfahrtbundesamtes zertifiziert.

 

Die MAX Linear-Encoder eröffnen die Möglichkeit, die Arbeitsprozesse mobiler Maschinen zu automatisieren und zu überwachen.3) Die MAX Linear-Encoder eröffnen die Möglichkeit, die Arbeitsprozesse mobiler Maschinen zu automatisieren und zu überwachen.


Beim Abziehen von Autobahnwällen können die Bagger vollautomatisch und gradzahlgenau arbeiten.4) Beim Abziehen von Autobahnwällen können die Bagger vollautomatisch und gradzahlgenau arbeiten.

 

MAX bieten technische Mehrwerte

Mit der Produktfamilie MAX geht SICK STEGMANN in vielerlei Hinsicht neue Wege. Produkttechnisch zu nennen ist unter anderem die Messwertauflösung von 0,1 Millimetern bei Messbereichen von bis zu 2,5 Metern beim MAX48 und 1,5 Metern beim MAX30. Eine weitere Besonderheit der Linear-Encoder ist die deutlich minimierte Totzone, die sich aus den auf 30 Millimeter reduzierten Null- und Dämpfungszonen ergibt. Entsprechend größer als bei marktüblichen Positionssensoren sind die Messbereiche – was wiederum eine bessere Ausnutzung des Kolbenhubs im beengten Einbauraum des Zylinders ermöglicht. Schließlich sind die MAX-Sensoren für einen erweiterten Fluidtemperaturbereich von -30 °C bis +95 °C spezifiziert.

 

Linear-Encoder erfassen berührungslos lineare Bewegungen als absoluten Positionswert.

 

Integrierte Diagnosefunktion der MAX Linear-Encoder für Hydraulikzylinder

Welchem Verschleiß unterliegen Lenkzylinder und Federungssysteme, wann ist der richtige Zeitpunkt zum Warten von Hebe- und Pressenmechaniken an Müllfahrzeugen, was ist die Ausfallursache eines Hydraulikzylinders zur Lastmomentbegrenzung an Autokranen; wie viele Betriebsstunden weisen Hub-, Schwenk- und Neigezylinder an Teleskopkranen auf? Die Linear-Encoder MAX sind die ersten Sensoren ihrer Art, die auf diese Frage valide Antworten liefern. Das Überwachen und Zählen von Kolbenhüben, das Erfassen von Betriebsstunden und Spitzenlasten oder das Kontrollieren maximal zulässiger Öltemperaturen erlauben Aussagen über den aktuellen Zustand einer Maschine, ihren kostenoptimierten Betrieb sowie über mögliche externe Störgrößen.

Darüber hinaus eröffnen die MAX Linear-Encoder auch die Möglichkeit, die Arbeitsprozesse mobiler Maschinen zu automatisieren und zu überwachen. Bei Erdarbeiten vermeidet eine über die Positionsmessung möglich Tiefenkontrolle der Baggerschaufel die Beschädigung von Leitungen, Rohren oder Fundamenten; beim Abziehen von Autobahnwällen können die Bagger vollautomatisch und gradzahlgenau arbeiten. Die Messung der Kolbenposition an den Pressen in Entsorgungsfahrzeugen gibt Aufschluss über die Menge des aktuellen Ladegutes – ein noch halbleeres Fahrzeug kann entsprechend für Behälterentleerungen an weiteren Abholorten umdisponiert und unwirtschaftliche Fahrten halb leerer Fahrzeuge zurück zum Recyclinghof können so vermieden werden.

Die Liste möglicher Vorteile lässt sich nahezu beliebig auf weitere Anwendungen in der mobilen Automation erweitern – aber nicht nur. Auch im industriellen Umfeld mehren sich die Einsatzmöglichkeiten von intelligenten, zukunftssicheren Linear-Encodern auf der Basis von Magnetostriktion – beispielsweise in der Holzindustrie, in der Gummi- und Kunststoffverarbeitung, in der Windenergie, in der Verpackungstechnik oder im Maschinenbau.

 

 

Heiko Krebs

Vice President Product Management Motion Control Sensors

Seit 2018 ist Heiko Krebs für das Produktmanagement innerhalb der Geschäftseinheit Motion Control Sensors bei SICK verantwortlich. Eine vielfältige Aufgabe, denn Motor-Feedback-Systeme, Neigungssensoren oder Encoder kommen immer dann zum Einsatz, wenn es in der Industrieautomation auf präzise Positionsbestimmungen, Drehzahl- oder Geschwindigkeitsmessung ankommt. Zuvor war er bereits zehn Jahre als Leiter Produktmanagement des Bereichs Encoders tätig.

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