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Fliegende Fische

Linearwegsensoren mit IO-Link erfassen horizontale Lage von Fahrgeschäft-Gondelarmen
Fliegende Fische

In einem Rundfahrgeschäft hat Zierer die horizontale Lage der Gondelarme bislang mit Näherungsschaltern erfasst. Bei fünf Sensoren für jeden der zwölf Hydraulikzylinder waren Montage, Abgleich und Einbindung in die Anlagensteuerung allerdings aufwändig, zumal nur eine ungefähre Höhenbestimmung möglich war. Jetzt setzt Zierer induktive Linearwegsensoren ein, die ein analoges Signal liefern und bequem aus der SPS heraus über IO-Link parametriert werden.

 

Der Autor Achim Weber ist Vertriebsspezialist bei Turck in Mülheim

„Die Besucherzahlen in Freizeitparks sind gerade in schwierigen Zeiten stark gestiegen – und tun es immer noch“, erklärt Wolfgang Brück, Geschäftsführer der Zierer Karussell- und Spezialmaschinenbau GmbH. „Im Amusement-Bereich müssen die Betreiber turnusmäßig Investments tätigen, um neue Attraktionen bieten zu können. Daher waren und sind wir dauerhaft gut ausgelastet.“ Das 1930 gegründete Deggendorfer Unternehmen zählt zu den führenden Anbietern von Familienfahrgeschäften. Freizeitparks und Schausteller auf der ganzen Welt kennen und schätzen Zierer-Fahrgeschäfte wegen ihrer qualitativ hochwertigen Verarbeitung, ihrer Sicherheitsstandards und der geringen Wartungsintensität. So gehören unter anderem Disneyland, Universal Orlando, Tivoli Kopenhagen, Busch Entertainment Corporation, Movie Park und Everland Korea zum Kundenkreis. Von der Planung über die Konstruktion bis zur Produktion und After-Sales-Service bietet Zierer alle Leistungen aus einer Hand. Alle Fahrgeschäfte werden auftragsbezogen gefertigt und kundenspezifisch gestaltet. Lediglich die technische Konstruktion steht größtenteils fest.
Spaß bei optimaler Sicherheit
Fahrgeschäfte müssen den Gästen nicht nur Spaß machen, sie müssen vor allem sicher sein. Die Anforderungen sind hier oft höher als bei klassischen Industrieanlagen. „Es handelt sich ja schließlich um Personenbeförderung“, stellt Brück klar.
Ein Klassiker im Zierer-Programm ist das Rundfahrgeschäft Flying Fish. Darin sitzen die Fahrgäste in zwölf fischförmigen Gondeln. An Metallarmen befestigt, drehen sich diese Gondeln um das Zentrum der Anlage. Die zwölf sternförmig angeordneten Fische lassen sich an ihrem Arm hydraulisch auf und ab bewegen. Besonderen Spaß macht den Fahrgästen, dass sie die horizontale Bewegung des Fischs mit einem Joystick selbst steuern können. Zierer bietet den Flying Fish auch mit optionalen Wasserspeiern an, sodass die Fahrgäste den Fontänen ausweichen müssen, wenn sie die Fahrt trocken beenden wollen. Da die Sicherheit nicht unter den Steuerungsmöglichkeiten der Fahrgäste leiden darf, muss die Bewegung der Arme präzise erfasst und an den oberen und unteren Totpunkten der Hydraulik langsam gedämpft werden. Andernfalls könnten die Gondeln ruckartig an den Endanschlag fahren, was für die Fahrgäste keine angenehme Erfahrung sein dürfte.
Um die horizontale Stellung der Arme zu ermitteln, hat Zierer bisher an jedem Hydraulik-Hubzylinder fünf Sensoren eingesetzt. Das erlaubte zwar einen sicheren Betrieb, doch die Installation der Sensoren und deren Justage waren relativ aufwändig. Noch ein weiterer Grund ließ die Konstrukteure nach einer alternativen Erfassungsmöglichkeit suchen: Die Position der Gondel konnte nicht zu jedem Zeitpunkt genau erfasst werden, sondern lediglich an den fünf kritischen Punkten, an denen die Sensoren montiert wurden. „Dazwischen befand man sich im Niemandsland“, sagt Projektleiter Klaus Gäck. „Die Steuerung wusste nicht, kann man jetzt schnell nach oben oder schnell nach unten fahren, weil nicht bekannt war, ob die Gondel fünf oder 150 Zentimeter vor einem Endpunkt liegt.“
Alternative Linearwegsensor
Zierer suchte also nach Alternativen zum bisherigen Erfassungskonzept – auch weil die steuerungsseitige Programmierung und Handhabung der fünf Sensoren kompliziert war. Im Oktober 2011 zog man eine Lösung mit einer Linearwegerfassung in Betracht. Zierer suchte einen Linearwegsensor, der den Hub des Hydraulikzylinders auf dessen Gesamtlänge von 1000 mm misst. Neben anderen Herstellern testete das Zierer-Projektteam auch den induktiven Linearwegsensor LI-Q25 von Turck. Der Sensor arbeitet nach dem induktiven Resonator-Messprinzip, das besonders präzise und störsicher ist. Anders als etwa bei magnetostriktiven Wegaufnehmern erfolgt die Positionserfassung nicht über einen magnetischen Positionsgeber, sondern über einen induktiven Resonator, also ein schwingfähiges System aus Kondensator und Spule. Weder magnetische oder metallische Umgebungen noch Versatz oder Vibrationen können daher die präzise Messung dieser Linearwegsensoren beeinträchtigen.
Der LI-Q25 hat sehr kurze Blindzonen, weil die Auswerte-Elektronik über die gesamte Sensorlänge verbaut wurde. Zierer war beeindruckt von den Testergebnissen des Turck-Sensors. Auch bei rasanten Fahrten und den auftretenden Fliehkräften lieferte er zuverlässig die exakte Stellung des Positionsgebers über das analoge 4- bis 20-mA-Signal. Steuerungsseitig kann daraus einfach und zu jedem Zeitpunkt die exakte Position des Arms ermittelt werden. Projektleiter Gäck war mit dem Testergebnis vollauf zufrieden und fasst zusammen: „Für uns spielen die Qualität und die Zuverlässigkeit aller Komponenten im Betrieb die größte Rolle, da scheint der Turck-Linearwegsensor die richtige Wahl zu sein.“
Parametrierung per IO-Link
Trotz des positiven Tests mussten im Anschluss noch zwei Anforderungen geklärt werden: Aus Sicherheitsgründen wünschte Zierer die Erkennung eines möglichen Positionsgeberausfalls. Zwar zeigt eine LED am Sensor an, wenn sich der Positionsgeber einmal außerhalb des Messbereichs befinden sollte, doch Matthias Niedermeier, verantwortlich für die Elektroplanung, wollte das Signal an der Steuerung ausgeben. Hier konnte der LI-Sensor mit seiner Parametrierbarkeit mittels IO-Link punkten. Über die IO-Link-Schnittstelle kann der Anwender aus der Steuerung heraus Messbereiche definieren, das Ausgangssignal invertieren oder eben spezielle Signale wie das Ausfallsignal ausgeben lassen. Niedermeier parametrierte den Sensor so, dass über den IO-Link-Kanal das Signal „Positionsgeber fehlt“ separat ausgegeben wird, ebenso wie alle übrigen Fehlermeldungen. Die Steuerung erkennt diesen Sonderfall und fährt die Anlage mit einer hinterlegten Sicherheitsroutine herunter.
Eine weitere Forderung stellte Zierer mit dem Wunsch nach MTBF-Werten (Meantime Between Failures), die Auskunft geben über die Wahrscheinlichkeit eines Geräteausfalls. Die Berechnung des Werts basiert auf einem Betrieb bei 40 °C. Der LI-Sensor kann nach einer Analyse gemäß Richtlinie SN 29500 (Ed. 99) 138 Jahre ohne Ausfall betrieben werden. Diese Ausfallwahrscheinlichkeit überzeugte alle Projektbeteiligten. Auch Geschäftsführer Brück zeigt sich beeindruckt von der Qualität: „Der Sensor spart nicht nur Investitionen, er erhöht die Verfügbarkeit der Anlage und trägt zur höheren Betriebssicherheit bei.“
Bewährungsprobe
Momentan baut Zierer die erste Flying-Fish-Version mit insgesamt zwölf LI-Sensoren für einen Freizeitpark am Neusiedler See vor den Toren Wiens. „Dort kann Turck den Beweis für die Robustheit und Zuverlässigkeit der Sensortechnologie antreten“, sagt Brück. Bewährt sich der Sensor im Dauerbetrieb, wird Zierer ihn künftig zum Standardprodukt für weitere Anlagen machen.
Turck, Tel.: 0208 4952-0,

Drei Fliegen mit einer Klappe

Anwenderstimme
Wolfgang Brück, Geschäftsführer Zierer Karussell- und Spezialmaschinenbau GmbH: „Der LI-Sensor spart nicht nur Investitionen, er erhöht die Verfügbarkeit der Anlage und trägt zur höheren Betriebssicherheit bei“
Systems Engineering im Fokus

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