Drucksensoren in der Mobilhydraulik

Aug 11, 2018 12:30:00 PM

Die Mobilhydraulik wird oft in das gesamte Thema der Hydraulik verpackt. Es gibt einen sehr großen Unterschied zwischen mobilhydraulischen Anwendungen und generellen hydraulischen Anwendungen. In der Mobilhydraulik interagieren sehr oft Menschen mit Anlagen d.h. ein Fokus in der Mobilhydraulik ist die Sicherheitsrelevanz der gesamten Anlage. Sobald, Maschine und Mensch in enger Zusammenarbeit interagieren, ist die Auslegung auf sicherheitskritische Aspekt extrem wichtig. In der Industrie gibt es daher die Norm IEC 61508, die beschreibt, wie man ein System in Bezug auf Aspekte der Sicherheit bewertet und was zu tun ist um das komplette System entsprechend auszulegen. 

 

Der Einsatz von Mobilhydraulik 

Mobilhydraulik kommt in verschiedenen Anwendungen in Frage, so z.B. in Baggern um die Kraft über die hydraulischen Leitungen an die Gelenke und Schaufeln umzulenken, bei Kränen um die Abstützzylinder zu betätigen, bei Forstmaschinen um die Greifer und Schaufeln der Arbeitsmaschinen zu bewegen, aber auch in Agrarmaschinen für den Antrieb, die Lenkung und vieles mehr. 

 

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Das einzigartige Design von Hydrauliksystemen in mobilen Anwendungen

In mobilen Anwendungen ist ein Kernaspekt für die Auslegung des hydraulischen Systems die Gesamtenergiebilanz. Hydraulische Systeme sind weniger Effizienz als z.B. die Verwendung von Elektromotoren oder anderen Krafterzeugungsquellen, dies hat damit zu tun, dass die Pumpen der hydraulischen Systeme oft laufen, obwohl Sie es eigentlich gar nicht müssten. Weiterhin ist es so, dass in mobilhydraulischen Anwendungen oft ein Verbrennungsmotor eingesetzt wird um aus dem Primärenergieträger Diesel elektrischen Strom zu erzeugen, der in einer Batterie zwischengepuffert wird. Dies erlaubt es dem Verbrennungsmotor auf einem konstanten Arbeitspunkt zu laufen und trägt zu einer Optimierung des Effizienzgrades beim Verbrennungsmotor bei. Die hydraulische Pumpe bzw. das gesamte System wird dann über eine Pufferbatterie mit Energie versorgt und kann so entkoppelt von der Energieerzeugung betrieben werden. Je weniger Energie die Hydraulische Pumpe verbraucht desto weniger Primärenergie wird benötigt und umso umweltfreundlicher und Effizienter ist das Gesamtsystem. 

 

Lesen Sie hier mehr über die allgemeine Funktionsweise von Drucksensoren!

 

Daher ist es vor allem bei mobilhydraulischen Anlagen im Fokus das Hydraulische System in Bezug auf dessen Effizienz zu optimieren. Der Arbeitspunkt des Hydraulischen Druck in den Druckleitungen ist in der Regel so ausgelegt dass die Arbeitszylinder genügend Kraft aufbringen können um ihre spezifizierte Leistung zu erbringen. Diese Kraft geht Linear mit dem Druck in der Leitung ein. D.h. je höher der Druck in der Leitung desto größer ist die mögliche Kraft die von der Arbeitsmaschine aufgebracht werden kann, aber auch desto größer die die Leistung des hydraulischen Systems und damit die Energiezufuhr. Bei der Auslegung von Mobilhydraulischen Systemen wird daher das Gesamtsystem auf einen Arbeitspunkt optimiert, d.h. die Drücke im Gesamtsystem werden so ausgelegt dass Sie gerade so die maximale Kraft erzeugen können. Um das zu erreichen benötigt es hoch genaue Drucksensoren für die Druckregelung im System. Ist der Messfehler dieser Drucksensoren zu hoch, dann kann es sein dass der Druck im System zu niedrig ist um die gewünschte Kraft aufzubringen oder im anderen Fall der Druck in der Leitung zu groß was zu einem höheren Energiebedarf führt. 

 

Drucksensoren-in-der-Hydraulik

 

 

Welche Herausforderungen erwarten die Drucksensorhersteller?

Die Herausforderung für die Drucksensorhersteller ist es daher einen Sensor anzubieten der einen möglichst sehr kleinen Messfehler aufweist und das in einer sehr rauhen Umgebung und möglichst über mehrere Jahrzehnte. Dieser Herausforderung können sich nur sehr wenige Drucksensorlieferanten stellen. Die Basis um einen Sensor mit diesen Anforderungen zu entwickeln stellt die Technologie dar. Der Drucksensor muss in der Lage sein die in hydraulischen Systemen notwendigen Drücke von mehreren hundert bar zu messen. Dafür hat sich in den letzten Jahren die Dünnfilm auf Stahl Technologie exponiert. Durch die Möglichkeit die Stahlzelle für die Messmembran mit einem Messflansch zu verschweißen garantiert der Sensor eine sehr hohe Druckfestigkeit über mehrere Jahrzehnte. Die für die Messresistive DMS Brücke verwendeten NiCr Schichten haben die Eigenschaft dass Sie bei Temperaturen < 200°C nahezu keine Veränderung über die Zeit erfahren, d.h. in ihren Eigenschaften sehr stabil sind, was für eine Offsetstabilität und damit Signalstabilität sehr wichtig ist. 

 

Dünnfilm auf Stahl Sensoren sind daher in der Lage aufgrund der Technologie die Erwartungen der Mobilhydraulik an die Druckmessung zu erfüllen. 

 

Die Arbeitssicherheit: Ein zu berücksichtigendes Element

Neben den technischen Eigenschaften stehen aber auch die Kriterien einer funktionalen Sicherheit im Raum die bei mobilhydraulischen Anwendungen ein wichtiger Aspekt sind. In vielen Anwendungen wird für diese Betrachtungsweise das Gesamtsystem mit einbezogen, d.h. viele Fehlerausfälle die von einem Sensor kommen können müssen auf der Systemebene abgefangen werden. So darf es z.B. nicht passieren dass beim Ausfall eines Drucksensors die Drücke in den Leitungen zu hoch werden und potentiell bersten und damit Menschen in der Umgebung verletzen. In der Mobilhydraulik werden daher auch gerne Drucksensoren mit einer CAN oder CANOpen Schnittstelle angeboten über die nicht nur der Messwert sondern auch Zustandsinformationen des Sensors übertragen werden können. So kann der Sensor z.B. zu seinem Messwert noch eine Information senden ob der Messwert gültig ist oder der Sensor einen Zustand erkannt hat der potentiell dazu führt dass der Messwert falsch ist. Neben der Übertragung eines digitalen Signales und evtl. einer Zustandserkennung hat die Nutzung eines CAN oder CANOpen Sensors den Vorteil dass alle Sensoren an einem Datenbus betrieben werden können und die Anwender in ihren Mobilen Arbeitsmaschinen weniger Kabel führen müssen was die Komplexität und auch die Kosten reduziert. 

Zusammenfassend kann man sagen dass für Mobilhydraulische Anwendungen ähnliche Kriterien für Drucksensoren angesetzt werden wie für die klassische Hydraulik, allerdings noch Aspekte der Arbeitssicherheit in Betracht gezogen werden müssen und potentiell der Einsatz von digitalen Schnittstellen bevorzugt wird.

 

 

Tags: Druckmessung Hydraulikzylinder, Drucksensoren in der Hydraulik

 

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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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