5 Dinge die Sie über Drucksensoren in der Hydraulik wissen müssen!

Jul 13, 2018 3:09:55 PM

Hydraulische Anwendungen begleiten uns in vielen unterschiedlichen Situationen. Die Hydraulik ist aktuell nicht mehr wegzudenken. Es gibt viele gute Argumente in einigen Anwendungen in der Zukunft anstatt Hydraulischen Aggregaten direkt elektrische Antriebe einzusetzen, diese sind allerdings noch nicht ausgereift genug die erforderlichen Kräfte unter den Bedingungen der Qualität und Stabilität aufzubringen. 

 

Hydraulische Aggregate sind immer dann gefragt, wenn es darum geht, sehr große Kräfte auf sehr kleinen Flächen aufzubringen. So werden z.B. Hydraulische Aggregate eingesetzt, um in Zylindern die Kolbenstange zu bewegen, um eine Last anzuheben. Ein weiteres Beispiel ist die Unterstützung der Lenkung im PKW um die vom Fahrer auf das Lenkrad aufgebrachte Kraft zu verstärken. 

 

Lesen Sie hier mehr über die allgemeine Funktionsweise von Drucksensoren! 

 

Hydraulische Aggregate bestehen meistens aus einer Hydraulischen Pumpe, einem Druckspeichertank, den Zuleitungen und einem Element, welches letztendlich die Kraftübertragung macht. Hydraulische Einheiten wurden früher sehr oft so betrieben, dass Sie einen sehr schlechten Wirkungsgrad hatten. Das heißt, dass in der Regel die hydraulische Pumpe ständig gelaufen ist. Die heutigen Systeme sind so intelligent gestaltet, dass die Hydraulische Regeleinheit nur dann läuft, wenn es erforderlich ist. Um das zu realisieren sind Drucksensoren oder Drucktransmitter notwendig die den Druck im gesamten System überwachen und zur Regelung der Hydraulischen Pumpen eingesetzt werden. Der Regelkreis ist so aufgebaut, dass die Hydraulische Pumpe einen Druck im System aufbaut und abschaltet wenn dieser Druck erreicht ist. Die Pumpe wird erst dann wieder aktiviert, wenn der Druck einen gewissen Schwellwert unterschritten hat. Diese einfache Regelung ist theoretisch mit einem Druckschalter realisierbar. 

 

Welche Herausforderungen gibt es bei der Druckmessung in Hydraulik-Anwendung

Die Herausforderung für eine Druckmessung in Hydraulischen Anwendungen kommt einerseits von dem Ein- und Ausschaltverhalten der Pumpen und andererseits von Krafteinkopplungen durch das Kraftübertragungselement (in den meisten Fällen ein hydraulischer Zylinder). Die Hydraulischen Pumpen können beim Ein- oder Ausschalten sehr hohe kurze Überlasten auf das gesamte System ausüben die den Drucksensor oder Druckschalter zerstören können. Drucksensoren sind so aufgebaut, dass die Messzelle mit dem DMS so ausgelegt ist, dass Sie im Messbereich möglichst viel Signal generiert. Das bedeutet allerdings, dass die Dicke der Messmembran nur eine gewisse Überlast verträgt. Ist diese Überlast im Sinne einer sehr hohen Druckspitze außerhalb des spezifizierten Bereiches, kann es passieren, dass die Messmembran zerstört wird und der Drucksensor damit in der Anwendung ausfällt. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig bei der Auslegung des Drucksensors das der Überlastbereich so ausgewählt wird, dass dieser die im System auftretenden Druckspitzen aushält. Anwendunge

 

Die heute in hydraulischen Systemen normalen Drücke befinden sich im Bereich einiger hundert bar. Für diese Druckbereiche kommt eigentlich nur eine Technologie in Frage - Dünnfilm auf Stahl. Die Stahlzelle kann mit dem Anschlussflansch verschweißt werden und garantiert so eine langzeitstabile Sicherheit gegenüber hohen Systemdrücken. 

 

drucksensor-in-der-hydraulik-system-von-bagger

 

Das Problem dieser sehr hohen Überlasten ist, dass sie meistens so hochfrequent auftreten, dass die meisten Drucksensoren diese zeitlich gar nicht auflösen können. Das bedeutet diese im Messsignal nicht sichtbar sind. Eine typische Messbandbreite für Drucksensoren aus Dünnfilm auf Stahl Zellen befindet sich im Bereich einiger hundert Hz in seltenen Fällen ein kHz. Die Hersteller und Anwender tun sich daher sehr schwer ihre Systeme richtig zu charakterisieren und eine eindeutige Aussage zu treffen ob Druckspitzen auftreten können und wenn ja wie hoch Sie sind und welche Gefahr für die Sensorik und restliche Systemauslegung besteht. Eine Druckspitze die einige kHz hat wird von einem Sensor mit einer Grenzfrequenz von ca. 500Hz praktisch nicht mehr aufgelöst. Der Nachweis dieser Druckspitzen erfordert daher Messmöglichkeiten mit einer Messbandbreite von mehreren kHz. Diese Messbandbreite ist eigentlich nur notwendig für die Charakterisierung im System um sicherzustellen, dass das System des Herstellers diesen Anforderungen entspricht. Es kann jedoch auch vorkommen, dass in der finalen Kundenanwendung durch hohe Kraftstöße auf den hydraulischen Zylinder ähnliche Überlasten in das System einkoppeln, die nicht vorhersehbar sind. Um solche außerordentlichen Events auch in der Anwendung auflösen zu können ist es notwendig nicht nur die Sensorik in der Charakterisierung und Test mit einer hohen Messbandbreite auszustatten sondern auch die Sensorik die in der finalen Anwendung verbaut ist. Trafag hat mit einer einzigartigen selbst entwickelten Schaltung dies möglich gemacht. Durch eine innovative analoge Signalverarbeitung die in einer eigenen ASIC Entwicklung realisiert wurde haben Sie es möglich gemacht auch mit den niedrigen Signalpegeln einer Dünnfilm auf Stahl Zelle sehr hohe Messbandbreiten von bis zu 20 kHz zu erreichen. Mit diesen Sensoren ist es möglich auch in einer Endkundenanwendung die volle Messbandbreite zur Verfügung zu stellen und auch dort sehr hochfrequente Überlasten nachzuweisen. Die Information ist sehr wertvoll für den Systemanwender und Hersteller um seine Systeme in Zukunft zu verbessern um ein Schädigen oder Vorschädigen der Systeme zu vermeiden. 

 

Drucksensoren werden auch zur Kraftmessung in der Hydraulik verwendet 

Drucksensoren in Hydraulischen System sind allerdings nicht nur für die Regelung der hydraulischen Einheit notwendig sondern sind z.T. auch als direkte Kraftmessung in den hydraulischen Zylindern im Einsatz. In den Zylindern wird durch den Druckaufbau  in der hydraulischen Einheit eine Kraft erzeugt die auf die Fläche des Kolben wirkt. Ist diese Kraft gleich groß wie die Gegenkraft auf den Zylinderkolben dann kann diese Information dazu verwendet werden um zu bestimmen welche Kräft von außen auf den Zylinder wirken. Diese Information wird in vielen Anwendungen dazu verwendet als "Wiegeeinrichtung". Allerdings muss der Anwender, um den Drucksensor als Wiegesensor zuzulassen, nachweisen dass der Kraftfluss "nur" über die Kolbenstange in die Hydraulik eingeleitet wird und nicht über Reibungen zwischen Kolben und Zylinder verfälscht wird. In der Regel sind Drucksensoren als Wiegeeinrichtung nur für Sicherheitsabschaltungen zulässig da die Gesamtgenauigkeit für eine OIML Zulassung nicht erreicht wird. Aber auch für die Sicherheitsabschaltung ist es notwendig dass der Sensor möglichst genau ist, da der gesamte Messfehler in die Schwellwertbetrachtung einfließt. Bei Drucksensoren gibt es viele Einflüsse auf den Messfehler. Trafag schafft es ihre Drucksensoren (auch die Sensoren mit einer hohen Messdynamik) mit einem Totalen Fehlerband (TEB, oder TFB) von 0,2% FS anzubieten. Dies schafft einzigartige Möglichkeiten für den Einsatz in hydraulischen Zylindern. 

  Drucksensor_Drucktransmitter-8253_in_der_Hydraulik

 Zusammenfassend kann man sagen dass es für hydraulische Anwendungen wichtig ist die richtige Sensortechnologie zu wählen (Dünnfilm auf Stahl Zellen) mit der entsprechenden Überlastfestigkeit inklusive einer sehr hohen Messsignalbandbreite und einem möglichst kleinen Fehlerband.

 

Tags: Drucksensoren in der mobilhydraulik

 

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By Marcus Häußler

Marcus Häußler ist der Sales Coordinator der Trafag GmbH. Nach Abschluss seiner technischen Berufsausbildung zum Werkzeugmechaniker mit Fachrichtung Formenbau, absolvierte er ein technisch-kaufmännisches Studium für den internationalen Vertrieb und erwarb den Titel eines Vertriebsingenieurs. Neben seiner Berufserfahrung im Vertriebsteam der Trafag GmbH kann Marcus Häußler auf ein Auslandspraktikum (Schweden) im Bereich Einkauf zurückblicken. Diese wertvollen Erfahrungen sind heute der Grundstein für den Aufbau einer vertrauensvollen: Beziehung zu seinen Kunden.

Über diesen Blog

Mit diesem Blog möchten wir Wissen über Drucksensoren, Druckschalter und Gasdichtewächter  vermitteln.

 

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