IBJ-Technology
Weltneuheit: Robuste Positionsmessung von Hydraulikkolben
PVDF-Sensoren können Kolbenpositionen robust und preiswert messen. Durch mehrere hintereinander angereihte Sensoren lassen sich Kolbenpositionen quasianalog erfassen.
Das patentierte Verfahren zur Positionskontrolle von Kolben in Hydraulikzylinder ermöglichte eine neue Generation von Low-Cost-Sensoren.
Bisher werden Positionsmessungen für Kolben in Hydraulikzylinder durch seitlich angebrachte Ultraschallsensoren mit Keramikschwingern gemacht. Dazu werden meist modifizierte Sensoren, wie sie aus der Materialprüfung (NDT) bekannt sind verwendet. Diese Sensoren werden üblicherweise als Zylinder gefertigt. Diese besitzen eine planare Ankoppelfläche an der Stirnseite. Diese Stirnfläche kann jedoch nicht vollflächig auf der gekrümmten Zylinderwand aufliegen.
Der Kontakt zur Zylinderoberfläche erfolgt nur auf einem sehr schmalen Streifen in Richtung der Zylinderausdehnung. Durch ein Koppelmittel kann der Kontakt etwas verbessert werden.
Werden diese Sensoren mit zu großer Kraft gegen die Zylinderwand gepresst, zerbricht unweigerlich die empfindliche Piezokeramik.
Wird die Positionsmessung seitlich am Zylinder ausgeführt, stehen die Positionssensoren üblicher weise seitlich nach außen ab. Bekannte Sensoren sind mechanisch bisher nur durch Schellen oder aufgeschweißte Befestigungspunkte zu montieren. Weiterhin sind sie durch ihre Abmessungen möglichen Beschädigungen ausgesetzt.
Die Messung dieser Sensoren erfolgt nur punktweise und ist nur auf eine Position beschränkt.
Die Sensor-Arrays aus PVDF-Folie liegen dagegen flach auf der Zylinderwand auf.
Die Aufbauhöhe beträgt weniger als 1 cm und wird im Wesentlichen durch die Umhausung und durch den Kabelanschluss bestimmt.
Diese piezoelektrischen Elemente werden seitlich auf dem Hydraulikzylinder angebracht. Dabei sind diese Elemente flexibel und passen sich der Krümmung des Hydraulikzylinders an.
Mit mehreren Arrays aus PVDF-Folie können auch längere Verfahrwege erfasst werden.
Mit dem neuen patentierten Verfahren können Auflösungen unter 0,1 mm erreicht werden.
Die Abbildungen zeigen die Bedeckung der PVDF-Sensoren bei unterschiedlichen Kolbenstellungen.
Je nach Kolbenbedeckung können an den Sensoren unterschiedliche Signale abgegriffen werden.
Für ein Sensorelement sind hier stellvertretend 3 verschiedene Bedeckungsgrade dargestellt.
Ausgewertet werden mindestens 2 Sensorreihen. Dabei werden die Signale der benachbarten Sensoren zueinander betrachtet. Durch geeignete Algorithmen in der Signalauswertung ist eine Interpolation möglich. Schwankende Temperaturen oder unterschiedliche Hydraulikflüssigkeiten haben keine Auswirkung auf das Ergebnis.
