Sensoren

Aus einer Hand: Komplettes Produktportfolio für die Mobilhydraulik

| Autor / Redakteur: Torsten Fuchs* / Ines Stotz

Das Gefran-Produktprogramm für die Mobilhydraulik: einzigartig und komplett.
Das Gefran-Produktprogramm für die Mobilhydraulik: einzigartig und komplett. (Bild: Gefran)

Weil sie in schwierigsten Umgebungen eingesetzt werden, unterliegen Sensoren in der Mobilhydraulik hohen Anforderungen. Zuverlässig, robust und unempfindlich müssen sie sein – und ganz exakt arbeiten.

Gleich die gesamte Messtechnik für den mobilhydraulischen Einsatz bietet Gefran an. Damit stellt das Unternehmen mit Stammsitz im norditalienischen Provaglio d’Iseo ein in Bezug auf die Messgrößen komplettes Portfolio von Sensoren für die Mobilhydraulik aus einer Hand zur Verfügung. Die Sensoren für die Positions-, Druck- und Kraftmessung wurden speziell für den Einsatz in Land- und Baumaschinen sowie in Hebevorrichtungen aller Art entwickelt. Auch Lösungen für den Bereich der Fluidtechnik zählen zum Produktprogramm.

Diese breite Produktpalette umfasst insgesamt zwölf Weg-, Winkel-, Neigungs-, Druck-, Dehnungs- und Kraftsensoren mit CE, E1 und SIL2 Sicherheitszertifikaten, die sowohl über analoge als auch ratiometrische Ausgänge sowie über alle im Bereich der Mobilhydraulik gängigen Feldbusse verfügen. Dabei zeigen sich in jedem Sensor die umfassende Expertise Gefrans im Bereich Mobilhydraulik sowie die mehr als 50-jährige Erfahrung im Bereich Sensorik für den allgemeinen Maschinenbau und die Kunststoffverarbeitung.

Alle Sensoren vereinen fortschrittliche Sensortechnologien wie etwa MEMS, Dickfilm und Hall-Effekt mit Robustheit. Ihre widerstandsfähigen Gehäuse aus hochfestem PBT garantieren Stoßfestigkeit und Beständigkeit, so dass Schmutz, Lösungsmittel, Steinschläge oder Temperaturschwankungen keinerlei Einfluss auf das Sensorsignal haben. Selbst bei Anwesenheit elektromagnetischer Störeinstrahlungen arbeiten die Hochleistungssensoren zuverlässig. Damit eignen sie sich besonders für Hubarbeitsbühnen, Gabelstapler und Kräne sowie für Traktoren, Erntemaschinen, Ballenpressen etc. und für Radlader, Kettenbagger und Kranwagen. Sie gestatten eine weitgehende Automatisierung der Maschinen und gewährleisten gleichzeitig die Sicherheit des Personals.

Sensoren-Entwicklung nach Kunden

Bei der Entwicklung der Sensoren waren die Wünsche der Gefran-Kunden aus dem Bereich Hebezeuge sowie Bau- und Landmaschinen maßgeblich. So müssen bei Hebezeugen die kritischsten Messgrößen wie zum Beispiel der Lenkwinkel, die Neigung des Fahrzeugs oder die Position der Stützausleger durch redundante Messungen abgesichert werden, um höchste Zuverlässigkeit auch bei schwierigsten Handhabungsaufgaben zu gewährleisten. Gleichzeitig sorgt die eingesetzte Sensorik für eine präzise Steuerung der unterschiedlichen Bewegungsabläufe.

Die rauen Einsatzbedingungen von Baumaschinen aller Art erfordern eine besonders hohe Störfestigkeit der verwendeten Sensoren und eine umfassende Beständigkeit gegen extreme Bedingungen. Dabei muss trotz der herausfordernden Arbeitsumgebungen eine präzise Steuerung sichergestellt sein. Und bei Landmaschinen stehen Sicherheit und Komfort für den Bediener sowie die Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Umweltbedingungen an oberster Stelle. Gleichzeitig muss die erforderliche Maschinenleistung in jeder Fahrtsituation garantiert sein.

Wegaufnehmer

Der potenziometrische Seilzugaufnehmer GSF kommt für die Steuerung und Positionsmessung von Teleskopausschub und Stützauslegern von Hebevorrichtungen und Erdbewegungsmaschinen zum Einsatz. Durch die Erfassung der Werte über die Seilzugaufnehmer kann die Belastung abgeglichen und die Last verteilt, bzw. einer Überlastung vorgebeugt werden.

Das Messprinzip des Positionsgebers basiert auf der potentiometrischen Wegmessung: Ein Edelstahlseil mit Nylonbeschichtung mit einem Durchmesser von 0,85 mm, das auf einer Trommel aufgewickelt ist, stellt die Verbindung zum Messobjekt her. Bei Abstandsänderung des Objektes zum Seilzugaufnehmer entsteht eine Drehbewegung, die ein Potentiometer als analoges Signal (0.5...4.5 V; 0...10 V; 4...20 mA) oder digital über CANopen ausgibt. Der unkompliziert zu installierende Wegaufnehmer zeichnet sich durch eine hohe Schock- und Vibrationsfestigkeit aus. Mit Messlängen von 1.800 bis 8.300 mm eignet er sich für große Wegbereiche und ist sowohl in einer einfachen als auch in einer redundanten Ausführung erhältlich. Eine berührungslos und damit verschleißfrei arbeitende Sensorversion mit Hall-Technologie ergänzt das Portfolio.

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Einsatzbeispiele: Mobilhydrauliksensoren in unterschiedlichen Maschinen

Präzision, Langlebigkeit und Widerstandsfähigkeit sind die herausragenden Eigenschaften des potenziometrischen Linearwegaufnehmers GPC67 mit patentierter proprietärer Technologie. Dank Schutzart IP67 und einer stabilen Befestigung mittels selbstausrichtender Kugelgelenke ist er geeignet für Anwendungen in der Mobilhydraulik und in Nutzfahrzeugen. Der Sensor arbeitet auch im Freien und unter ungünstigen Umgebungsbedingungen zuverlässig, bei denen er Staub, Schmutz oder Flüssigkeiten (kein längeres Eintauchen) ausgesetzt ist. Der GPC67 ist absolut korrosionsbeständig und leistet bis zu 100 Mio. Hübe von max. 750 mm.

Die praktisch unbegrenzte Lebensdauer und Kompatibilität mit allen Zylindertypen zeichnen den verschleißfrei arbeitenden, kompakten magnetostriktiven Linearwegaufnehmer RK5 aus. Er ist eine Weiterentwicklung der klassischen magnetostriktiven Gefran-Wegsensoren. Im Hinblick auf den Einsatz in der Mobilhydraulik wurde der RK5 besonders vibrations- und schockfest (25 G bzw. 100 G) ausgelegt. Er eignet sich für Wege von 50 bis 2.500 mm. Speziell designt für die Integration in den jeweiligen Zylinder prüft der Linearwegaufnehmer kontinuierlich den Kolbenhub und generiert optimierte Arbeitszyklen. Der elektromagnetisch verträgliche Sensor ist bis 200 V/m störfest und verfügt über Analogausgänge für Strom und Spannung. Seine Betriebstemperatur liegt zwischen -40...+105 °C.

Drehwinkelsensoren mit und ohne Welle

Die robusten und kompakten Winkelsensoren GRA und GRN setzen die Hall-Technologie beispielsweise zur Messung des Drehwinkels von Hebevorrichtungen, des Lenkeinschlags und des Gaspedals von Land- und Baumaschinen oder des Schwenkwinkels von Hydraulikpumpen ein. Die verschleißfrei arbeitenden Sensoren besitzen damit eine unbegrenzte mechanische Lebensdauer. Sie sind in zahlreichen applikationsspezifischen Konfigurationen erhältlich und überzeugen durch eine gute elektromagnetische Verträglichkeit. Eingesetzt zur Positionskontrolle einer 360°-Drehstation erkennen die Winkelsensoren beispielsweise ein Überdrehen und verhindern rechtzeitig die dadurch verursachten Schäden wie ein Abreißen von Schläuchen oder Kabeln. Dank Digitalausgang für den CAN-Feldbus SAE J1939 für Nutzfahrzeuge können die Winkelsensoren ihre Diagnosedaten direkt an die Steuerung übermitteln. Zudem verfügen sie über die E1-Zulassung nach ECE-R10. Die Sensoren sind wahlweise mit und ohne Schaft erhältlich: Bei dem Sensortyp mit Schaft sorgt dieser für einen festgelegten schützenden Abstand zwischen Sensor und Magnet. Der Sensor ohne Schaft bietet dagegen dem Anwender etwas mehr Flexibilität bei der Montage.

Neigungssensoren

Die hochpräzisen und kompakten Neigungssensoren GIB (Basic), GIG (General) und GIT (Top) nutzen die MEMS-Technologie (MEMS = mikroelektromechanische Systeme) zur Messung der Neigung der Fahrzeugachse und des Auslegers bei Hebezeugen sowie der Antriebssteuerung oder der Neigung des Dreipunkt-Krafthebers von landwirtschaftlichen Maschinen. Die hochgenau, kontaktlos arbeitenden Sensoren sind linearisiert und temperaturkompensiert lieferbar. Ihre hochgradige elektromagnetische Verträglichkeit entspricht der Richtlinie 2004/108/EG. Sie sind standardmäßig für Messbereiche von ±10°, ±15°, ±20°, ±30°, ±45°, ±60° und ±85° (x-/Y-Achse) sowie 180° (Z-Achse) lieferbar. Die Auflösung beträgt bis zu 0,05°. Sie sind einfach oder redundant aufgebaut und verfügen sowohl über analoge als auch digitale (u.a. für CAN-Feldbus SAE J1939) Ausgänge. Für Anwendungen, deren Sicherheitsanforderungen noch höher sind, sind die Sensoren in den Ausführungen GIB und GIT auch mit bis zu zwei Relais-Ausgängen erhältlich, die bei Erreichen eines kritischen Werts unabhängig von der Steuerung abschalten.

Druckmessumformer

Die robusten Druckmessumformer der Serie KH entwickelte Gefran aus den Sensoren der KS-Baureihe. Auch die KH-Sensoren setzen auf die proprietäre Dickschichttechnologie auf Stahl und wurden speziell ausgelegt für Einsätze, bei denen sie starken Stößen und Vibrationen sowie hohen Druck- und Temperaturspitzen ausgesetzt sind. Ihr Messbereich reicht von 4...1.000 bar mit analogen (Strom und Spannung) und ratiometrischen Ausgängen. Der ratiometrische Ausgang liefert bei einer Betriebsspannung von nur 5 V ein verstärktes Signal (0,5...4,5 V). Für die Kompatibilität mit Industriestandards sorgen spezielle Steckverbinder für den Automobilbereich (4-poliges Steckgehäuse Deutsch DT04-4P, AMP, 3-poliges Superseal Buchsengehäuse und Packard Metripack-Stecker). Die Sensoren mit integrierter Temperaturmessung sind SIL 2-zertifiziert und besitzen Digitalausgänge für den CAN-Feldbus SAE J1939.

Die Druckerfassung gibt beispielsweise auch Auskunft über die Beschaffenheit bzw. Festigkeit des Untergrunds auf denen die Stützausleger des jeweiligen Fahr- bzw. Hebezeugs stehen. Um Sicherheitsstandards zu gewährleisten, ist die Erfassung der Fahrzeugneigung erforderlich.

Kraftaufnehmer und Dehnungssensoren

Die robusten und zuverlässigen Kraftaufnehmer (Serie TH) und Dehnungssensoren (Typ SL76) aus dem Mobilhydraulikportfolio arbeiten mit der Dehnungsmessstreifen-Technologie. Beide Sensoren verfügen über ein solides, korrosionsbeständiges Edelstahlgehäuse mit integriertem Verstärker und können daher auch in anspruchsvollen Umgebungen eingesetzt werden. Ihre Montage ist schnell und unkompliziert. Dabei wird der Kraftaufnehmer TH mit acht Dehnungsmessstreifen appliziert, um bei nicht zentrischer Einleitung der Last die Messfehler zu kompensieren. Mit Messbereichen von 10 bis 100 kN und der Genauigkeitsklasse 0,2 % eignet sich die Serie für alle statischen und dynamischen Anwendungen, bei denen Zug- und Druckkräfte gemessen werden müssen.

Der Dehntrafo SL76 wird aufgeschraubt, misst die Oberflächendehnung zwischen den beiden Aufschraubstellen und verstärkt diese mechanisch. Damit ist er bestens für die Erfassung von Zugbelastungen bei dynamischen Anwendungen geeignet.

Neben den beschriebenen Standardserien entwickelt Gefran auf Wunsch auch applikationsspezifische Sonderlösungen.

BUCHTIPPDas Buch „Industriesensorik“ beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

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