Variable seilbasierte Positionsmessung in Hydraulikzylindern

Kolbenbohren Ade

Mit den Seilzugebern SGH25 und SGH50 erweitert Siko seine SGH-Serie, deren Messlängen jetzt von null bis 5m reichen. Möglich macht das ein seilbasiertes Funktions- und Konstruktionskonzept, das Sensorik, Elektronik und Mechanik vollständig in den Zylinder integriert. Das kompakte Design eignet sich auch für größere Zylinderhübe, die in Hydraulikzylindern und Teleskopzylindern von Baumaschinen, Landmaschinen oder in Nutzfahrzeugen vorzufinden sind.

Die SGH-Seilzugsensoren sind voll integrierbar in Hydraulik- oder Teleskopzylinder. Auch ein seitlicher Anbau ist bei konstruktionsbedingten Erfordernissen realisierbar. (Bild: Siko GmbH)

Die SGH-Seilzugsensoren sind voll integrierbar in Hydraulik- oder Teleskopzylinder. Auch ein seitlicher Anbau ist bei konstruktionsbedingten Erfordernissen realisierbar. (Bild: Siko GmbH)

Während der SGH10-Seilzuggeber Messbereiche zwischen null und 1m abdeckt, drängen der SGH25 und der SGH50 jetzt auch in größere Messbereiche vor. Mit Messlängen zwischen null und 2,5m eignet sich der SGH25 für mittlere Hubwege, wohingegen der SGH50 mit Hublängen zwischen null und 5m für Anwendungen mit relativ breiten Messbereichen zuständig ist. Um die Herstelleranforderung eines möglichst unveränderten Zylinderdesigns nach der Sensorintegration zu erfüllen, wurden beim SGH25 und beim SGH50 die größeren Trommeln, auf denen das Seil aufgespult ist, um 90° gekippt, so dass die Einbaulänge der drei Sensoren, trotz unterschiedlicher Messlängen, identisch sind. Die neue Sensortechnologie, die sogar in Kolbenspeichern und in Teleskopzylindern angewendet werden kann, lässt sich vollständig und platzsparend in einen Zylinder integrieren. Anstatt auf Basis eines stangenbasierten Messprinzips basieren die neuen Sensoren auf einer flexiblen Seilzugmechanik. Fährt der Zylinder aus, wird das auf einer Seiltrommel aufgewickelte Seil ausgezogen. Die hierdurch entstehende Rotation der Seiltrommel wird von der Sensorelektronik berührungslos erfasst und in einen linearen Weg umgerechnet. Somit ist eine genaue und absolute Positions- oder Geschwindigkeitserfassung des Zylinders zu jeder Zeit möglich. Die zur Erkennung der Rotation eingesetzten Magnete werden durch die druckfeste Grundplatte der Sensoren von der Elektronik berührungslos abgetastet. Die Elektronik befindet sich vollvergossen auf der drucklosen Seite des Systems. Das komplette Messsystem ist also im Zylinder verbaut und somit optimal vor den äußeren Umgebungsbedingungen geschützt.

Die SGH-Sensoren (v.l.n.r.): SGH10 mit Messlänge bis 1m, SGH25 mit Messlänge bis 2,5m, sowie SGH50 mit Messlänge bis 5m. (Bild: Siko GmbH)

Die SGH-Sensoren (v.l.n.r.): SGH10 mit Messlänge bis 1m, SGH25 mit Messlänge bis 2,5m, sowie SGH50 mit Messlänge bis 5m. (Bild: Siko GmbH)

Seitlicher Anbau

Das seilbasierte Konzept ermöglicht Lösungen, die bisher nicht denkbar waren. Bei der Konstruktion von Gabelstaplern dürfen z.B. vorgegebene Fahrzeughöhen nicht überschritten werden, sollten dabei aber trotzdem über einen möglichst großen Hub verfügen. Diese Vorgaben werden durch eine intelligente Delokalisierung des SGH-Sensors in einem seitlich um 90° zum Zylinder angebauten Gehäuse gelöst. Dadurch können die Sensoren ´um die Kurve messen´ und sind hierdurch in nahezu jeden Zylinder integrierbar. Durch den seitlichen Einbau können die Sensoren auch in Applikationen bei denen keinerlei Hubverlust akzeptiert werden kann, extrem kleinen Kolbendurchmessern oder bei Zylindern mit mechanischer Endlagendämpfung eingebaut werden. Zu den externen Umwelteinflüssen gehören auch Schocks oder Vibrationen, die bei Baggern oder Kippern regelmäßig auftreten. Prallt eine Baggerschaufel auf harten Untergrund oder rastet die Ladefläche eines Kippers ein, lösen diese abrupten Bewegungen Erschütterungen aus. Dagegen sind die Sensoren immun, weil das Seil Schläge abfedert und das gesamte SGH-System zusätzlich das Hydraulikmedium als Stoßdämpfer nutzen kann. Außerdem wurde für die Sensoren ein spezieller Gehäuse-Kunststoff entwickelt, der auch unter extremten Rahmenbindungen Bestleistungen erzielt und das System schützt.

Über den Auszug des Seils rotiert die Kabeltrommel und macht so die Wegmessung möglich. (Bild: Siko GmbH)

Über den Auszug des Seils rotiert die Kabeltrommel und macht so die Wegmessung möglich. (Bild: Siko GmbH)

Vergleich mit magnetostriktiven Sensoren

Vergleicht man zudem SGH-Sensoren mit dem Aufbau magnetostriktiver Sensoren, wird deutlich: Für den Einsatz von magnetostriktiven Sensoren, bei welchen für jeden Zylinder eine andere Länge der Sensorstange notwendig ist, die exakt der Messlänge entspricht, muss eine mindestens ebenso lange Kolbenbohrung vorgenommen werden. Diese Bohrung ist bei der SGH-Technologie nicht erforderlich. Im Endergebnis wirkt sich die Einsparung dieses Fertigungsschrittes positiv auf die Zylinderherstellungskosten aus, da sich Produktionszeiten verkürzen und die Kostenstellen Kolbenbohrung und Montage des Positionsmagnets vollständig entfallen. An diese Stelle tritt bei SGH-Sensoren das Seil, welches über ein kleines Gewinde am Kolbenkopf fixiert wird. Dank Teach-in-Funktion lässt sich ein Sensor auf beliebige Messlängen programmieren. Innerhalb des Messbereiches von null bis einem Meter, von null bis 2,5m oder von null bis 5m bildet diese Funktion alle Messlängen mit einem einzigen Sensor ab und reduziert somit die Variantenvielfalt für den Zylinderhersteller. Die neue Technologie kann entweder mit analoger Schnittstelle für die Messwertübertragung bezogen werden oder alternativ mit den digitalen Schnittstellen CANopen oder SAE J1939. Selbst sicherheitskritische Applikationen können mit CAT3- bzw. PLd-konformen Versionen (nach EN 13849) und redundanten analogen Schnittstellen, redundantem CANopen, redundantem SAE J1939 oder CANopen Safety bedient werden. Zudem wurden die Positionssensoren mit IP69K-konformen KV1H-Stecksystemen ausgestattet.

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