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Neigungssensoren und Absolutdrehgeber für mobile Maschinen

: LEOTEC


Bei mobilen Maschinen müssen – wie in der klassischen Fabrikautomation – zahlreiche Bewegungsabläufe erfasst, geregelt und überwacht werden. Der Automatisierungsgrad ist in beiden Bereichen vergleichbar. Sensoren, die sich in herkömmlichen industriellen Umgebungen bewährt haben, können auch in mobilen Maschinen angewendet werden – allerdings müssen sie passend für die hier oft wesentlich anspruchsvolleren Umwelt- und Einsatzbedingungen ausgelegt sein. Die POSITAL GmbH, die sich auf die Entwicklung und Produktion von Absolutdrehgebern und Neigungssensoren spezialisiert hat, bietet eine Vielzahl von Spezialsensoren für die mobile Automation.

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In mobilen Maschinen müssen viele Bewegungen überwacht werden, so etwa die Positionierung der Stützelemente bei Kranen. (Bild: Femek / pixelio.de)

In mobilen Maschinen müssen viele Bewegungen überwacht werden, so etwa die...

Sensorik für mobile Maschinen muss in vielerlei Hinsicht überaus robust ausgelegt sein. Mobile Maschinen werden weltweit in verschiedensten Klimazonen eingesetzt – alle eingesetzten Komponenten müssen daher bei Außentemperaturen zwischen -40 und +85° C zuverlässig funktionieren. Mit dem Outdoor-Einsatz gehen zudem oft starke Verschmutzungen durch Staub, Sand oder Schlamm einher. Nicht selten müssen die Maschinen zudem selbst Hochdruckreinigungen standhalten – daher werden höchste Anforderungen an den IP-Schutz gestellt. Weitere Schlüsselanforderungen sind Schock- und Vibrationsfestigkeit. Hinzu kommt, dass die Sensoren schnell und einfach zu integrieren sein sollten.

Neigungssensoren

In vielen mobilen Anwendungen ist es notwendig Winkel oder Neigungen für die sichere Funktion von Maschinen zu erfassen, z. B. für die Nivellierung von Fahrzeugen (Kippwinkelüberwachung), den Betrieb von mobilen Plattformen auf Fahrzeugen und die Überwachung von Kranauslegern sowie -stützen. Bei den ausfahrbaren Stützen ist eine Winkelüberwachung erforderlich, um gegebenenfalls das Nachgeben von weichem Untergrund zu erfassen und über die Steuerung einen sicheren Zustand herzustellen. Neigungssensoren bieten im Vergleich zu Drehgebern viele Vorteile: Neigungswerte werden direkt erfasst, d. h. ohne mechanische Kopplung mit Antriebselementen. Außerdem vereinfacht die Erfassung von mehreren Achsen mit nur einem Sensor in manchen Fällen den konstruktiven Aufwand gegenüber anderen Lösungen, z. B. durch die Einsparung von Montageaufnahmen und Kupplungen.
Hierfür hat POSITAL die ACCELENS-Serie im Programm: Die Neigungssensoren sind mit kapazitiven Sensorzellen ausgerüstet, die auf MEMS-Technologie
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Sensor-Programm für mobile Maschinen: magnetischer Heavy-Duty-Drehgeber, magnetischer Drehgeber mit Seilzugvorsatz, ACS II-Neigungssensor (v.l.n.r.).

Sensor-Programm für mobile Maschinen: magnetischer Heavy-Duty-Drehgeber, magnetischer...

(Micro-Electro-Mechanical Systems) basieren. Ein integrierter A/D-Wandler erlaubt die Erfassung von bis zu 150 Messpunkten je Sekunde – dies sorgt für eine effektive Filterung von Vibrationen und Stößen und minimiert die Einschwingzeit. Die Geräte sind mit einem Messbereich von ±80° bzw. 360° erhältlich und bieten eine Auflösung von 0,01°. Neben einer CANopen-Schnittstelle stehen auch eine analoge, SSI- oder RS232-Anbindung zur Auswahl.
Ergänzt wurde die ACCELENS-Familie um die Baureihe ACS II, die mit Schutzart IP69K (Hochdruckreiniger) und hoher Kompaktheit äußerst widrigen Umgebungsbedingungen trotzt. Die Sensoren sind für einen weiten Temperaturbereich (-40 bis +85° C) konzipiert, bieten eine Schockfestigkeit bis 100 g, eine Vibrationsfestigkeit bis 10 g und eröffnen durch ihre konstruktive einfach Auslegung erhebliche Einsparpotenziale.

Robuste magnetische Absolutdrehgeber

Absolutdrehgeber dienen in mobilen Maschinen zur Messung von Drehwinkeln oder linearen Bewegungen. Lineare Wegmessungen erfolgen mittels Seilzugvorsätzen z. B. bei Teleskopauslegern in mobilen Kranen oder Arbeitsbühnen. Dafür hat POSITAL besonders robuste Encoder: In den magnetischen Absolutdrehgebern der Baureihe MAGNETOCODE (MCD) misst eine Wiegandsensorik absolute Positionen zuverlässig. Die Zählelektronik befindet sich dabei im Normalfall im spannungslosen Zustand. Wird ein Spannungsimpuls erzeugt, wird sie kurzzeitig aktiviert, wertet die Drehrichtung aus und inkrementiert oder dekrementiert entsprechend die gespeicherte Anzahl der Umdrehungen. Störungen im spannungslosen Zustand können das System so nicht beeinflussen. MCD-Drehgeber erfassen eine Umdrehung mit einer maximalen Auflösung von 12
bis 15 Bit. Sie sind außerdem als MDW-Ausführung mit integriertem Seilzugvorsatz für die direkte lineare Längenmessung erhältlich. Diese Modelle können dank ihrer kompakten Bauform u. a. bei der Höhenmessung in Hubarbeitsbühnen eingesetzt werden. Je weiter die Stützen ausgefahren sind, desto weiter kann der Ausleger ausgefahren und desto mehr Gewicht kann bewegt werden – durch die exakte Überwachung der ausgefahrenen Stützen wird daher auch bei beengtem Fahrzeugstellplatz ein sicherer Arbeitsbereich gewährleistet. Die verschleißfesten MDW-Drehgeber messen die Wegstrecke magnetisch und berührungslos mit einer Auflösung von 35 µm. Die Länge als Messwert steht zur digitalen Weiterverarbeitung sofort zur Verfügung; die sonst übliche ungenaue Analog-/Digitalwandlung entfällt.
MCD-Encoder sind auch als Heavy-Duty-Ausführungen in Edelstahl erhältlich, die Schutz bis IP69K bieten und Achslasten bis 300 N sowie Erschütterungen bis 300 G standhalten sowie rauen Umgebungen und Salzwasser trotzen.

Zuerst die Sicherheit: Optische Safety-Drehgeber mit SIL CL 3

Mit den vom TÜV Rheinland zertifizierten Safety-Drehgebern der Baureihe OPTOCODE bietet POSITAL zudem auch bewährte optische Messtechnik zur Überwachung von Drehwinkeln bzw. linearen Bewegungen. Im Vergleich mit redundant ausgelegten Standardprodukten reduzieren die Drehgeber den enormen Engineering-Aufwand der Maschinenbauer. Darüber hinaus können die Encoder parallel zum Safety-Positionswert auch einen Positionswert über das Standard-CANopen-Protokoll versenden.
In mobilen Maschinen müssen viele Bewegungen überwacht werden, so etwa die Positionierung der Stützelemente bei Kranen. (Bild: Femek / pixelio.de)
Sensor-Programm für mobile Maschinen: magnetischer Heavy-Duty-Drehgeber, magnetischer Drehgeber mit Seilzugvorsatz, ACS II-Neigungssensor (v.l.n.r.).
MCD-Encoder in Heavy-Duty-Ausführung sind für anspruchsvollste Umgebungen geeignet.

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