Rota Engineering bietet seinen Kunden universell einsetzbare und montagefreundliche Positionssensoren, unter anderem für die Landtechnik. Sie erfüllen die hohen Anforderungen bezüglich elektromagnetischer Verträglichkeit, Schwingfestigkeit und Schutzart. Das Unternehmen erweitert das Produktportfolio um autarke und kalibrierbare Sensoren.
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Inhaltsverzeichnis
1. Umfangreiches Portfolio
2. Drei Optionen zur Montage
3. Vielseitige, autarke Sensoren
4. Kalibrierbare Sensoren
Auf der Agritechnica 2019 kommt zum wiederholten Mal die Welt der Landwirtschaft zusammen, um ihre Produkte zu präsentieren. Viele Aussteller tragen mit ihren Ideen, Komponenten und Maschinen zur weiteren Verbreitung vom Digitalen Farming mit der Zielsetzung der Nachhaltigkeit, Klimaneutralität und verbesserter Produktivität bei. Auch Rota Engineering, mittelständischer Hersteller von Positionssensoren in Großbritannien, wird in Hannover zum wiederholten Maße ausstellen.
Umfangreiches Portfolio
In den marktüblichen Sensoren werden unzählige physikalischen Prinzipien zu Messzwecken eingesetzt. Bei der Wahl der richtigen Ausführung werden die technischen und ökonomische Aspekte gegenübergestellt. In der überwiegenden Anzahl der Anwendungen in der Agrarwirtschaft hat sich für die Positionsbestimmung die Messauflösung in Bereich von einigen Zehnteln Millimeter als ein guter Kompromiss herausgestellt. Die von Rota produzierten Positionssensoren decken diesen Bereich optimal ab.
Äußerlich betrachtet bestehen alle Sensoren im Wesentlichen aus zwei Komponenten, dem zylindrischen Sensor und einem Ringmagneten. Innerhalb des druckdichten Sensorrohres, entlang der Sensorachse, wurden auf einer Platine die erforderlichen Komponenten, inklusive der Anreihung der Hall-Elemente platziert. Daraus ergibt sich ein wesentlicher Vorteil dieses Konzeptes: der Sensorkopf übernimmt nur die Funktion der Sensorbefestigung, seine Abmessungen und vor allem der Durchmesser können damit bis aufs Kleinste reduziert werden.
Drei Optionen zur Montage
Unabhängig von der Bauform des Sensors bietet der Hersteller verschiedene Optionen hinsichtlich der elektrischen Schnittstelle. Bei der Analogtechnik liegt die Nennversorgungsspannung zwischen 5 und 24 V, als Ausgangssignal dient der Strom (2 oder 3 Leitungen), Spannung oder Frequenz. Bei der Digitaltechnik besteht die Wahl zwischen dem in der Landwirtschaft weitverbreiteten Tractor-Implement-Management (TIM) mit dem Isobus nach ISO 11783, einem in der Automatisierungstechnik und zur Vernetzung komplexer Systeme verwendeten Canopen als auch einem CAN-Protokoll nach SAE J1939, das typischerweise zu Kommunikationszwecken und der Steuerung in den Nutzfahrzeugen eingesetzt wird. Im klassischen Anwendungsfall in der Landwirtschaft dient der Sensor der Erfassung der Position eines Hydraulikzylinders.
Üblicherweise wird der Sensorkopf des zentrisch angeordneten und von innen durch das Zylinderrohr eingefügten Sensors im Zylinderboden mittels Sprengrings oder Gewindestiftes fixiert, der Ringmagnet wird in der Kolbenstange bzw. dem Kolben platziert. Diese Lösung bietet den besten Schutz für die beiden Komponenten und stellt keine weiteren Anforderungen an die relative Lage und die angrenzenden Elemente. Einige Anwender sehen allerdings darin einen Nachteil: in einem zwar wenig wahrscheinlichen aber nicht auszuschließenden Fall des Versagens des Sensors ist sein Austausch zeitraubend und möglicherweise sehr aufwendig.
Ein Sensor, dessen Kopf von außen eingeschraubt werden kann, ist leicht ersetzbar und außerdem durch den Zylinder gut geschützt, bietet dazu die Abhilfe. Diese Ausführung setzt allerdings voraus, dass der Zylinderboden zu Befestigung und Kraftübertragung anstatt einer Lasche mit einer Gabel ausgestattet ist, was wiederum nur dann umsetzbar ist, wenn die kinematischen Abläufe in einer zweidimensionalen Ebene stattfinden.
Die dritte Lösung bietet ein extern am Zylinderrohr angebrachter Sensor, mit dem die Position eines innenliegenden, starken Magneten erfasst wird, dessen Feldstärke, trotz der dazwischen liegenden Zylinderwand aus niedrig legiertem Baustahl immer noch ausreicht, um daraus ein gut auswertbares Positionssignal zu erzeugen. Diese Variante ist äußerst servicefreundlich, bedarf aber des aufwändigen Schutzes des Sensors, schließt die magnetischen Gegenstände in der unmittelbaren Nähe des Sensors aus und bedarf einer konstanten und definierten relativen Anordnung des Magneten zum Sensor.
Vielseitige, autarke Sensoren
Alle drei oben beschriebenen Varianten setzen eine Überarbeitung des Zylinders voraus, was in der Zeit der gut gefüllten Auftragsbücher einige Wochen dauern kann und mit erheblichen Kosten verbunden ist. Was tun, wenn eine messtechnische Aufgabe innerhalb von Tagen, wenn gar nicht Stunden bewerkstelligt werden muss? Rota Engineering bietet hierzu eine elegante Lösung in Form eines autarken Sensors, der lediglich an einer geeigneten Position über zwei Bolzen angebracht werden muss. Bei der Befestigung direkt am Zylinder erfasst der Sensor den Zylinderhub, alternativ – je nach Kinematik der beweglichen Teile – sollte die Anbringung an einer gut geschützten Stelle erfolgen und die erforderliche Positionsberechnung im Nachgang kalkulatorisch erfolgen.
Im Wesentlichen besteht der Sensor aus zwei Komponenten, einem rohrförmigen Sensorgehäuse, mit dem mechanischen Interface in Form einer Lagerbuchse oder Gelenglagers sowie den Führungselementen für die stabförmige Sensorstange, die ihrerseits mit dem komplementären Interface und einem Stecker versehen ist. Das Eintauchen/Ausfahren der Sensorstange wird ausgewertet und in ein Ausgangssignal umgewandelt. Je nach Anforderungsprofil bietet der Hersteller die autarken Sensoren in verschiedenen Varianten an. Standardmäßig ist die rostfreie Profivariante robust dimensioniert und mit einem eigensicheren (intrinsic safe) Sonderstecker versehen. Dem gegenüber zeichnet sich die Low-Cost-Variante durch vereinfachtes Design, Verwendung von Aluminium und einen in der Messtechnik weit verbreiteten M12-Stecker aus. Mit diesen zwei Ausführungen wurden die Grenzpfeiler für die gesamte Bandbreite der autarken Sensoren abgesteckt. Einen wirtschaftlich interessanten Bedarf voraussetzend können weitere Varianten entsprechend dem Anforderungskatalog definiert und hergestellt werden.
Kalibrierbare Sensoren
Um den fertigungstoleranzbedingten Problemen entgegen zu wirken ist bei Rota-Sensoren der Ausgangssignalbereich üblicherweise um einige Millimeter länger als der spezifizierte Nominalhub des Sensors. Insbesondere bei den kleinen Hüben wird dadurch der nutzbare Bereich des Ausgangssignals eingeengt. Um dieses Problem zu lösen, bietet der Hersteller die Option der Kalibrierbarkeit, die erlaubt, in wenigen Schritten dem jeweils tatsächlichen Hub der Einheit den vollen Ausgangssignalbereich zuzuordnen. Mit dieser Option lässt sich bei den autarken Sensoren die volle Breite des Ausgangssignals auch im Falle der Verwendung eines Sensors mit einem abweichenden längeren mechanischen Hub nutzen. Der Kalibriervorgang bedarf keiner Messtechnik oder besonderer Ausrüstung, das Ergebnis kann mit den produktionsüblichen Mitteln bestätigt werden.
Die Eignungsnachweise erfolgten durch die anerkannten Versuchsreihen: die Schwingfestigkeit wurde bestätigt durch einen Breitbandschwingungstest mit bis 25 g (RMS), entsprechend den Anforderungen der IEC 60068-2-64, dreiachsig je 48 Stunden per Achse und einen Sinusschwingungstest inclusive Eigenfrequenzen, dreiachsig je 4 Stunden per Achse. Der Nachweis der Schutzart der Stecker IP 69K (ohne Gegenstecker) erfolgte in einem Wasserstrahltest mit 150 bar und Wassertemperatur von +85 °C. ge
Weitere Informationen zum Thema
Agritechnica 2019: Halle 15, Stand H21
Rota Engineering Ltd
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