Wenn es darum geht, zusätzliche Sicherheit in Applikationen zu realisieren, sind redundant ausgeführte Systeme eine gängige Option. In sicherheitsrelevanten Bereichen der hydraulischen Antriebstechnik beispielsweise können Wegmesssysteme diese Aufgabe übernehmen.

Stellantriebe in der Kraftwerkstechnik, Schienenfahrzeuge mit Neigetechnik oder auch Schleusen und Hafenanlagen fordern häufig eine erhöhte Maschinenverfügbarkeit beziehungsweise technische Funktionssicherheit in Sachen Hydraulik. Für solche Applikationen bieten sich Wegmesssysteme auf Basis der magnetostriktiven Wegmesstechnologie an, wie es Balluff im magnetostriktiven „Micropulse“-Wegaufnehmer „BTL 7 redundant“ realisiert hat. Der Sensor mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,005 mm eignet sich insbesondere für dynamische Anwendungen, bei denen eine Positionsinformation direkt im Druckbereich von zum Beispiel Hydraulikzylindern bei Drücken bis 600 bar zu erfassen ist.

Das Funktionsprinzip magnetostriktiver Wegmesssysteme (BTL) erlaubt es, die Sensoren in hermetisch dichte Gehäuse einzubauen, wodurch sie die Schutzarten IP67 oder IP68 erreichen.

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Magnetostriktive Wegmesssysteme eignen sich für die dynamische Messung linearer Achspositionen oder im Hydraulikzylinder integriert für die exakte Bestimmung der Kolbenpositionen. Kern jedes magnetostriktiven Wegaufnehmers ist das magnetostriktive Sensorelement, der so genannte Wellenleiter. Dieser Wellenleiter ist ein metallisches Röhrchen aus magnetostriktivem Material – in der Regel eine Nickel-Eisen-Legierung –, in das ein Kupferdraht eingefädelt ist. Auf ihn wird für den Mess­vorgang ein kurzer Stromimpuls geschickt. Dieser induziert ein zirkulares Magnetfeld, das durch die weichmagnetischen Eigenschaften des Wellenleiters gebündelt wird. Ein direkt am zu messenden, bewegten Bauteil befestigter Permanentmagnet dient dann als passiver Positionsgeber und markiert den Messpunkt berührungslos und gänzlich ohne Energiezufuhr.

Dort, wo sich beide Magnetfelder im rechten Winkel überlagern, entsteht eine minimale elastische Verformung durch Magnetostriktion. Sie erzeugt eine Körperschallwelle, die sich nach beiden Seiten mit einer Geschwindigkeit von 2850 m/s ausbreitet. Am einen Ende des Wellenleiters ist die Welle unerwünscht und wird durch Reibung weggedämpft, am anderen Ende wandelt eine Induktionsspule, der Detektor, sie wieder in einen Stromimpuls um. Aus der Laufzeit dieser Welle ermittelt schließlich die Auswerte-Elek­tronik die Position.

Der „Micropulse“-Sensor im Ganzmetallgehäuse ist frei konfigurierbar und arbeitet berührungslos und absolut, so dass sich eine Referenzfahrt erübrigt. Bis zu drei unabhängige Messstrecken und drei unabhängige Elektroniken sind in einem IP67-geschützten Stab verpackt, auch die Verkabelung ist mehrfach vorhanden. Dank Standardge­windeflansch oder 6-Schrauben-Steckgewinde mit Adapter lässt sich der Sensor ebenso schnell in den Hydraulikbereich eines Zylinders einbauen wie die Standardausführungen; der Konstrukteur kann dabei zwischen einer 2-fach- oder 3-fach-Redundanz wählen. Start- und Endpunkt lassen sich mittels PC über den gesamten Messbereich einstellen, Parametersätze können gespeichert und geladen werden. Eine Dokumentation der Einstellparameter ist ebenfalls möglich. Diagnose-LEDs visualisieren jeweils die aktiven Kanäle, so dass sich defekte Kanäle direkt vor Ort identifizieren lassen.

Der Redundant-Stab mit Messbereichen von 25 bis 2000 mm kann auch bereits installierte, nichtredundante Wegmesssysteme ersetzen – oft ohne Stellantriebe und Einrichtungen vorher modifizieren zu müssen.

Autor: Dr. Detlef Zienert ist Public Relations Manager bei Balluff in Neuhausen.