Wegemessung an Hydraulikzylindern
Hydraulikzylinder fahren aus oder ein, sobald sie mit einem Druck bzw. Unterdruck beaufschlagt werden. Die Bewegung ist dabei nur von der technischen Auslegung des Zylinders bzw. der Länge seiner Kolbenstange begrenzt. Ohne eine automatische oder manuelle Steuerung bleibt der Druck im Zylinder aber erhalten. Das kann gewollt sein, beispielsweise um eine Last auf gleicher Höhe zu halten. Mit Hilfe einer Wegemessung kann die Bewegung eines Linearzylinders aber wesentlich komfortabler gestaltet werden.Nutzen der Wegemessung
Die Wegemessung ist eine sensorische Erfassung des aus- oder eingefahrenen Kolbens in einem bestimmten Weg. Sie dient dazu, die Endlage des Kolbens einem Steuergerät mitzuteilen, welches anschließend beliebige Aktionen auslösen kann. Die Wegemessung ist für verschiedene Anwendungen sinnvoll:
- Begrenzung des Ausfahrweges des Kolben
- Wiederholgenaue Bewegung entlang einer definierten Strecke des Kolbens
- Auslösen einer Aktionskette nach Erreichen einer definierten Strecke
- Sicherheitsfunktionen
Grundsätzlich stehen der Konstruktion zwei Möglichkeiten zur Einrichtung einer Wegmessung zur Auswahl: Die Implementierung bei der Planung des hydraulischen Systems oder als nachträgliche Erweiterung. Die vorausschauende Einplanung von hydraulischen Kolben mit Wegemessung ist jedoch um einiges einfacher und komfortabler als ihr nachträglicher Einbau.
Technische Prinzipien für die Wegemessung
Mit der Wegemessung wird die zurück gelegte Strecke der Kolbenspitze eines hydraulischen Linearmotors erfasst. Früher kamen dazu ganz einfache Tippschalter zum Einsatz, die mit Hilfe eines Zapfens einen elektrischen Stromkreis geöffnet oder geschlossen haben. Diese hatten aber den Nachteil, dass sie aufgrund mechanischen Verschleißes nur eine begrenzte Lebensdauer hatten. Darum kommen bei Hydraulikzylindern mit eingebauter Endlagenerfassung heute praktisch nur noch berührungslose Sensoren zum Einsatz. Bei der nachträglich eingebauten Endlagenerfassung sind jedoch auch heute noch häufig mechanische Systeme im Einsatz. Diese arbeiten meistens mit Seilzügen.
Vorteile eingebauter Endlagensensoren bei der Wegemessung
Praktisch alle Hersteller von Hydraulikzylindern bieten die eingebaute Endlagenerfassung bzw. Wegemessung als Option für ihre Linearmotoren an. Um die Messung wiederholgenau und verschleißfrei zu halten, werden Magnet- oder Wirbelstromsensoren verwendet. Optische Sensoren sind aufgrund ihrer begrenzten Zuverlässigkeit in schmutzigen Umgebungen zu diesem Zweck nicht geeignet. Dabei muss das Hydrauliksystem noch nicht einmal an einem besonders schmutzigen Ort aufgebaut sein. Schon die am Zylinder austretenden Ölnebel können einen Photosensor innerhalb kürzester Zeit unbrauchbar machen.
Die Magnetsensoren arbeiten mit einem in der Kolbenstange eingebauten starken Permanentmagnet. Dieser löst beim Vorbeigleiten am Sensor das Signal aus. Das Steuergerät registriert das Signal und kann eine beliebige Aktionskette auslösen. Diese reicht vom Stoppen und Zurückfahren des Zylinders bis zum Aktivieren weiterer Aktoren, Signale und Befehle. Wirbelstrom-Sensoren arbeiten ähnlich. Ihr Wesentlicher Unterschied ist, dass sie mit weniger starken Magnetfeldern auskommen. Bei diesen Sensoren genügt eine Aluminiumhülse an der Kolbenstange, welche die gewünschte Änderung des Messwertes am Sensor auslöst. Hochwertige Induktions-Sensoren arbeiten wiederum mit zwei elektromagnetischen Spulen, die bei Annäherung gegenseitig einen Messstrom induzieren.
Diese Prinzipien unterscheiden sich vor allem im Preis, in der Lebensdauer, in der Baugröße und in der Präzision. Ihnen gemeinsam ist, dass sie praktisch in die Kolbenstange integriert werden können. Das ist jedoch nur ab Werk möglich. Eine Nachrüstung eines Hydraulik- oder Pneumatikzylinders mit einem Induktion-, Wirbelstrom- oder Magnetsensor ist nicht möglich.
Nachrüstbare Wegemessung durch Seilzugsensoren
Seilzugsensoren sind technisch gröber als die integrierten, berührungslosen Wegemess-Sensoren. Dafür sind sie besser in anspruchsvollen Umgebungen einsetzbar. Eine häufiges Anwendungsfeld von Seilzugsensoren sind Baufahrzeuge. Sie bieten einen hohen Individualisierungsgrad und kommen auch gut mit Temperaturschwankungen zurecht. Allerdings muss ihre Kontrolle in das tägliche Wartungsprotokoll integriert werden.