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O+P Fluidtechnik 11-12/2019

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SENSOREN KONTAKTLOSE

SENSOREN KONTAKTLOSE SENSOREN ALS ERNTEHELFER In der Weg- und Winkelmesstechnik entscheiden sich Anwender oft für magnetische Messprinzipien. Sensoren, die z. B. den Hall-Effekt nutzen, liefern absolute Messwerte, arbeiten unter rauen Bedingungen zuverlässig und eignen sich aufgrund der vergleichsweise niedrigen Kosten für zahllose Applikationen im Maschinenund Anlagenbau sowie für mobile Anwendungen. 3 m³ Erde, die Überladeleistung – abhängig von der Verschmutzung – 80 bis 150 t/h. Je nach Ausstattung hat der K3 ein zulässiges Gesamtgewicht von 22 oder 23 t und darf – je nach Zugfahrzeug – auf der Straße bis zu 80 km/h fahren. POSITIONSERFASSUNG AN ÜBERLADER UND REINIGUNGSEINHEIT Sowohl am Überlader als auch in der Reinigungseinheit müssen für den Kartoffeltransport Positionen gemessen werden. Beim Überlader gilt es die Stellung der vier Gelenke zu erfassen; bei den verstellbaren Reinigungswalzen kommt es auf den richtigen Abstand an, um PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Das Familienunternehmen Josef Brettmeister im bayrischen Kühbach konstruiert anwendungsspezifische Lösungen im Metall- und Fahrzeugbau. Dabei liegt der Haupttätigkeitsbereich auf der Landmaschinentechnik. Ein Beispiel ist der Überlader K3, der durch die unterbrechungsfreie Kartoffelernte deutlich effizienter arbeitet. Um das Erntegut abzuholen, müssen die Transportfahrzeuge nicht mehr aufs Feld fahren; sie können stattdessen beim Beladen auf der Straße bleiben. Die Kartoffeln werden dann über den vierfach verstellbaren Ausleger des Überladers aus dem Bunker schonend auf die Ladefläche gebracht. Dabei wiegt der Überladebandrahmen, obwohl er sehr robust und verwindungssteif ausgelegt ist, nur etwa 250 kg, was für einen tiefen Schwerpunkt und einen sicheren Stand sorgt. Eine zusätzliche Reinigungseinheit zwischen Bunker- und Überladeband entfernt zudem gleich die überflüssige Erde vom Erntegut. Die Erde fällt wieder auf den Acker und bleibt somit dort, wo sie hingehört. Pro Bunkerinhalt beträgt die typische Reinigungsleistung bis zu Autoren: Dipl.-Ing. Stefan Sester, Leiter technischer Vertrieb bei Novotechnik und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee DAS HALL-PRINZIP Wird ein Hall-Element von einem Strom durchflossen, liefert es eine Spannung quer zum Stromfluss, wenn ein Magnetfeld senkrecht zu beiden einwirkt. Da diese Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke verläuft, ist durch Anbringen eines Positionsmagneten auf einer drehbaren Welle eine berührungslose Winkelmessung realisierbar. Durch Kombination mehrerer Sensorelemente und Integration der kompletten Signalverarbeitung in wenigen Bauelementen sind komplexe Sensor-Systeme auf kleinstem Bauraum möglich. Die Winkelsensoren nach dem Hall-Prinzip arbeiten weitgehend alterungsunempfindlich und unabhängig von Feldstärkenschwankungen der Positionsgebermagnete. Hohe Auflösungen bei guter Dynamik, große mechanische Toleranzen bei der Montage und schnelle Umsetzung anwenderspezifischer Sonderlösungen sind weitere Eigenschaften dieser Technologie. 40 O+P Fluidtechnik 11-12/2019

SENSOREN 04 Für die kontaktlose Winkelerfassung wird an der drehenden Achse ein Positionsgeber mit integriertem Magnet angebracht. Je nach Drehposition verändert sich die Orientierung des Magnetfeldes und damit das Eingangssignal des Sensors. 01 Die zusätzliche Reinigungseinheit zwischen Bunkerband und Überladeband säubert das Erntegut und lässt die Erde dort, wo sie hingehört, auf dem Acker. ein optimales Ergebnis zu erzielen. Durch die Positionserfassung ließ sich beim Überlader zudem gleich noch eine komfortable Option realisieren. Bernhard Brettmeister, Entwicklungsleiter bei Josef Brettmeister Metall- und Fahrzeugbau erläutert: „Mit der Memoryfunktion kann das Überladeband bequem mit nur einem Tastendruck in Parkstellung für die Straßenfahrt und wieder in eine beliebige gespeicherte Position zum Überladen ausgefahren werden. Der Bediener muss dann nicht jedes Mal die Gelenke einzeln positionieren.“ Für den Einsatz im Erntefahrzeug sollten die Sensoren allerdings eine Reihe bestimmter Eigenschaften mitbringen. „Sie müssen die Drehwinkel der Überladergelenke bzw. den Abstand der Reinigungswalzen unter den rauen Betriebsbedingungen beim Ernteeinsatz zuverlässig und mit der notwendigen Genauigkeit erfassen, berührungslos arbeiten, um Verschleiß zu vermeiden, und sich aufgrund des geringen Platzangebotes im Gelenk gut integrieren lassen“, fasst Brettmeister die wichtigsten Punkte zusammen. „Die passende Lösung fanden wir schließlich im Programm des Sensorikspezialisten Novotechnik.“ Die Position in den vier Überladergelenken erfassen jetzt magnetische Winkelsensoren der Baureihe RFD-4000; in der Reinigungseinheit überwacht die baugleiche, linear messende Variante TFD-4000 den Walzenabstand. Die Sensoren liefern absolute Messwerte über 180 ° bzw. 5 bis 50 mm, die sie der Steuerung als Analogsignal mit einer Auflösung von 12 Bit 02 Der magnetische Winkelsensor der Baureihe RFD 4000 ist bei 27 mm Breite und 47 mm Länge lediglich 7 mm hoch 03 Mit dem entsprechenden Positionsgeber eignet sich der Sensor in der Variante TFD-4000 auch für lineare Wegmessungen zur Verfügung stellen. Die (unabhängige) Linearität liegt bei +/- 0,5 %, die Wiederholgenauigkeit bei +/- 0,1 %. Die rotativen Sensoren können den Messwert prinzipiell über volle 360 ° erfassen, was in dieser Applikation allerdings nicht notwendig ist. EINFACHE MONTAGE, DIE TOLERANZEN ZULÄSST Weil Sensorelement und positionsgebender Magnet konstruktiv voneinander getrennt sind, vereinfacht sich die Montage, denn der Sensor kann in bis zu 4 mm Entfernung zum Positionsgeber platziert werden. Ein seitlicher Versatz von bis zu 3 mm wird ebenfalls toleriert. Die Konstrukteure des K3 wissen diese Vorteile bei der Montage zu schätzen. Da weder Welle noch Lagerung notwendig sind und der Messabstand variabel ist, sind applikationsbedingte Einbautoleranzen unproblematisch. Falls Bedarf bestünde, könnte sogar durch Material hindurch gemessen werden, solange dieses nichtmagnetisch ist, was je nach Applikation weitere Konstruktionsfreiheiten erschließen kann. „Auch anwendungsspezifische Anpassungen sind bei der Montage möglich“, ergänzt Brettmeister. Dass die Sensoren außerdem kostengünstig sind und sich durch ihre kompakte Bauform gut im Gelenkauge bzw. am Scherwerk der Reinigungswalzen integrieren lassen, waren weitere Argumente für die Auswahl. Schließlich benötigt der Sensor dank seiner miniaturisierten Bauform mit 40 mm Länge, 27 mm Breite und nur 7 mm Höhe wenig Bauraum. Der Positionsgeber ist am Gelenkbolzen befestigt, in der Reinigungseinheit wurde er am Tragarm des Motors montiert. „Dass sich der Positionsgeber dadurch minimal verdreht, beeinträchtigt das Messergebnis nicht“, freut sich Brettmeister. AUSGELEGT FÜR HARTE UMGEBUNGSBEDINGUNGEN Mit den harten Umgebungsbedingungen im Ernteeinsatz haben die magnetischen Sensoren keine Probleme. „Das Gehäuse besteht aus hochwertigem und temperaturbeständigem Kunststoff. Außerdem ist der Sensor vollkommen vergossen und damit unempfindlich gegen Nässe und Schmutz,“ ergänzt Brettmeister. Für die elektrische Verbindung sorgen Einzeladern, die ebenfalls eingegossen sind. Die Sensoren erfüllen serienmäßig die Anforderungen der Schutzart IP67 bzw. IP69K und arbeiten bei Umgebungstemperaturen zwischen -40 °C und +125 °C, sind also auch in dieser Hinsicht für den rauen Einsatz an den Erntefahrzeugen gerüstet. Bilder: Aufmacher Josef Brettmeister, 01 Josef Brettmeister, sonst.: Novotechnik www.novotechnik.de O+P Fluidtechnik 11-12/2019 41

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