Ultraschallsensoren zur zuverlässigen Messung der Kolbenposition an Maschinen und Fahrzeugen

Pneumatiksteuerungen an Produktionsstraßen, Hydraulikzylinder an Baggern oder Abkippeinrichtungen an Lastwagen – für eine präzise Steuerung solcher Maschinen oder auch zur Erkennung kritischer Betriebszustände ist die Erfassung der Kolbenposition im Zylinder essenziell.

Bisherige Lösungen erfordern oftmals einen Eingriff in die Zylinderkonstruktion. Zum Beispiel werden magnetische Ringe an der Zylinderstange eines hydraulischen Systems eingesetzt. Alternativ kommen hochdruckfeste Sensoren in der Zylinderwand zur Endlagendetektion zum Einsatz. In beiden Fällen muss das System wieder aufwendig abgedichtet werden.

Ziel ist die präzise Erfassung der Kolbenposition, ohne dabei in die Zylinderkonstruktion einzugreifen. Eine einfache, schnelle Montage ist ebenso wichtig, wie eine zuverlässige Messwerterfassung, unabhängig von Kolbenmaterial, -aufbau und dem zugrunde liegenden Prinzip (Pneumatik oder Hydraulik).

Zur Erfassung der Kolbenposition ist es möglich, einen Ultraschallsensor einzusetzen. Dafür wird ein zusätzliches Rohr parallel zum Zylinder befestigt. In das Rohr wird ein Schieber installiert, der mit dem Kolben verbunden ist. Auf der gegenüberliegenden Rohrseite wird ein Ultraschallsensor angebracht, welcher den Abstand zum Schieber erfasst. Je nach Zylinderlänge eignen sich z. B. die Sensoren der UC800-F77S-, M18- oder M30-Serie.

Der Sensorkopf ragt mit seinem Ultraschallwandler in das Rohr hinein. Auf Sensorseite sind entsprechende Entlüftungsöffnungen vorzusehen, aus denen die durch die Bewegung des Schiebers im Zusatzrohr verschobene Luft entweichen oder zufließen kann. Diese Konstruktion erfordert keine aufwendigen Abdichtmaßnahmen am Zylinder selbst und steht durch den äußeren Aufbau nicht unter Druck. Zu beachten ist lediglich, dass das eingesetzte Rohr frei von Schweißnähten oder sonstigen Unebenheiten ist. Je nach Länge kann es einen Durchmesser von ca. 30 bis 65 mm aufweisen. Sofern nötig, kann der Ultraschallsensor hinsichtlich Schallkeulenbreite und Messwiederholrate parametriert werden.

Durch den Aufbau außerhalb des Zylinders ist kein Eingriff in dessen Konstruktion nötig. Der Anbau kann flexibel an geeigneter Position rund um den Zylinder erfolgen und erfordert keine zusätzlichen Abdichtmaßnahmen. Dabei ist die Endlagenerfassung über Schaltausgänge ebenso möglich wie eine kontinuierliche Messung der Kolbenbewegung.

Dank der automatischen, sensorinternen Kompensation von Veränderungen der Umgebungstemperatur ist eine zuverlässige Messwerterfassung auch unter erschwerten Umgebungsbedingungen jederzeit gewährleistet.

• Millimetergenaue Erfassung der Kolbenposition des Zylinders ohne Eingriff in dessen Konstruktion
• Einfache Einstellung des benötigten Schaltpunkts oder der Analogwertgrenzen per Teach-In oder Parametriersoftware
• Sichere Funktion, da unbeeinflusst von äußeren Witterungsbedingungen wie Regen, Schnee, Nebel oder Wind
• Flexibler Anbau an geeigneter Position rund um den Zylinder
• Wartungsfreier Sensorbetrieb
• Sensoren auch mit e1-Zulassung zum Anbau an Fahrzeugen erhältlich, z. B. für den Mobile Equipment-Bereich