Umdrehungserfassung ohne externe Stromversorgung

Das Horizontalspülbohr-Verfahren (HDD) gehört zu den komplexesten, aber auch vielseitigsten und flexibelsten grabenlosen Techniken. Zuerst wird mithilfe des steuerbaren Bohrkopfs mit den anhängenden Bohrgestängen eine Pilotbohrung entlang der geplanten Leitungstraße erstellt (1). Am Ziel angekommen, wird der Bohrkopf durch einen Aufweitkopf ersetzt, der beim Zurückziehen der Gestänge in Richtung Bohrgerät den Bohrkanal auf den benötigten Durchmesser vergrößert und das anhängende Rohr in einem einzieht (2).

Das Horizontalspülbohr-Verfahren (HDD) gehört zu den komplexesten, aber auch vielseitigsten und flexibelsten grabenlosen Techniken. Zuerst wird mithilfe des steuerbaren Bohrkopfs mit den anhängenden Bohrgestängen eine Pilotbohrung entlang der geplanten Leitungstraße erstellt (1). Am Ziel angekommen, wird der Bohrkopf durch einen Aufweitkopf ersetzt, der beim Zurückziehen der Gestänge in Richtung Bohrgerät den Bohrkanal auf den benötigten Durchmesser vergrößert und das anhängende Rohr in einem einzieht (2). (Quelle: Tracto-Technik)

Positionserfassung am Gestängekran: Der getriebelose Multiturn-Sensor nutzt den GMR-Effekt und kann bis zu 16 Umdrehungen auch im stromlosen Zustand speichern.

Positionserfassung am Gestängekran: Der getriebelose Multiturn-Sensor nutzt den GMR-Effekt und kann bis zu 16 Umdrehungen auch im stromlosen Zustand speichern. (Quelle: Tracto-Technik)

Die Position des Vorschubschlittens wird ebenfalls mit dem getriebelosen Multiturn-Sensor erfasst. Die rauen Umgebungsbedingungen auf der Baustelle beeinträchtigen seine Funktion nicht.

Die Position des Vorschubschlittens wird ebenfalls mit dem getriebelosen Multiturn-Sensor erfasst. Die rauen Umgebungsbedingungen auf der Baustelle beeinträchtigen seine Funktion nicht. (Quelle: Tracto-Technik)

Die berührungslosen Sensoren, die den GMR-Effekt nutzen, können ohne externe Stromversorgung und Pufferbatterie bis zu 16 Umdrehungen erfassen und dauerhaft speichern.

Die Auflösung des Sensors beträgt mit analoger Schnittstelle bis zu 16 bit. Unter Verwendung digitaler Schnittstellen (SSI, SPI) werden bis zu 18 bit Gesamtauflösung (Winkel und Umdrehung) erreicht. Gemessen werden kann bei Drehgeschwindigkeiten bis 800 U/min−1. Über den gesam­ten Messbereich liegen die typischen Linearitätsabweichun­gen unter 0,05 % (bei Messbereich zehn Umdrehungen).

Die beiden an Vertikal- und Horizontalachse des Gestängekrans eingesetzten Sensoren messen und speichern neun Umdrehungen und kommunizieren mit der Steuerung des Greifers über einen 4...20-mA-Stromausgang. Hat der Grei­fer dann die Bohrstangen oder Rohre im Vorschubschlitten eingelegt, werden sie automatisch in die Trasse eingebracht und verlängert. Ein weiterer RSM-2800 überwacht dazu den Vorschub (Bild 4). In diesem Fall werden zehn Umdrehungen gemessen, um auf dem gesamten 3,5 m langen Verfahrweg die Position des Vorschubschlittens mit ausreichender Genauigkeit erfassen zu können.

Für den Baustelleneinsatz gerüstet

Der RSM-2800 erfüllt die Anforderungen der Schutzart IP67. Stöße und Vibrationen beeinträchtigen seine Funktion nicht. Dabei ist er ein True-Power-On-System: Der Geberwert bleibt bei Spannungsabschaltung erhalten und Umdrehungen werden auch stromlos erfasst. Nach jedem Abschalten ist der Gestängekran also ohne Referenzfahrt sofort wieder betriebsbereit. Das Gehäuse besteht aus tem­peraturbeständigem Kunststoff. Befestigungslaschen mit Langlöchern ermöglichen einen einfachen Anbau und gute mechanische Justierbarkeit. Die spielfreie Steckkupplung vereinfacht die Montage. Mit vorkonfektioniertem M12-Anschlussstecker an kurzer Leitung ist der elektrische An­schluss schnell erledigt. Die geschirmte Anschlussleitung ist für hohe Robustheit direkt ins Gehäuse eingegossen. Mit einem Durchmesser von 28 mm lässt sich der Sensor gut integrieren. Auch für die ungünstige Einbausituation an der Vertikalachse des Krans fand sich dank der guten Zusam­menarbeit schnell eine praxisgerechte Lösung. Die Befesti­gung wurde modifiziert, um äußere Einflüsse zu kompensieren.

Die kompakte Multiturn-Lösung kann vielerorts aufwen­dige Getriebelösungen ersetzen und somit helfen, Gesamt­kosten einzusparen. Anwendungsbereiche finden sich des­halb unter anderem in Druckmaschinen, Antriebs- und Lenksystemen, als Seillängengeber, bei Tür- und Torantrie­ben, in Papiermaschinen, Hebebühnen oder ganz allgemein als Ersatz von Mehrgangpotentiometern oder Encodern.

Der GMR-Effekt – Umdrehungszahlen stromlos speichern

Der Multiturn-Sensor arbeitet auf mikromagnetischer Basis und nutzt den GMR-Effekt (giant magnetoresistance). Dieser wird in Strukturen beobachtet, die aus sich abwechselnden magnetischen und nichtmagnetischen dünnen Schichten mit einigen Nanometern Schichtdicke bestehen. Der Effekt bewirkt, dass der elektrische Widerstand der Struktur von der gegenseitigen Orientierung der Magnetisierung der magnetischen Schichten abhängt; er ist bei Magnetisierung in entgegengesetzte Richtungen deutlich höher als bei Magnetisierung in die gleiche Richtung. Dieser Unterschied kann genutzt werden, um mittels eines speziell designten Sensor­elements mit mehreren Widerstandssegmenten Umdrehun­gen zu erfassen und gleichzeitig speichern zu können – und das auch im stromlosen Zustand. Der Positionswert wird zum Beispiel als SSI-Signal ausgegeben. Varianten mit digitaler SPI- oder analoger Schnittstelle sind verfügbar.

Literatur

  1. [1] Tracto-Technik GmbH & Co. KG, Lennestadt-Saalhausen: tracto.com/de 
  2. [2] Novotechnik Messwertaufnehmer OHG, Ostfildern: www.novotechnik.de 

 

Ellen-Christine Reiff, M.A., ist Fachjournalistin beim Redaktionsbüro Stutensee. Dipl.-Ing. Stefan Sester ist als Leiter technischer Vertrieb bei Novotechnik tätig.
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