Magnetfeldsensor blickt durch Stahl hindurch

Dietrich Homburg und Andreas Zeiff sind freie Fachjournalisten beim Redaktionsbüro Stutensee in Stutensee

Die Kolbenposition im Zylinder festzustellen, ist in vielen Anwendungsbereichen der Hydraulik notwendig. Herkömmliche Verfahren basieren entweder auf magnetischen Sensoren, die jedoch nur mit Zylindern aus nichtmagnetischem Material wie Aluminium, Edelstahl oder Messing funktionieren. In Stahlzylindern sind induktive Näherungsschalter weit verbreitet, die in eine Bohrung eingeschraubt werden. Diese Methode hat zwei Nachteile. Die Sensoren müssen druckfest sein, und ihre Position kann nachträglich nicht mehr verändert werden. Wegmeßsysteme mit induktiver, potentiometrischer oder Ultraschall-Laufzeitmessung in den Zylinder einzubauen, ist zwar elegant aber zu aufwendig und teuer, wenn nur einzelne Positionen erkannt werden müssen.

Mit der Magnetfeldsensorfamilie MB-F32 bietet die Pepperl+Fuchs GmbH, Mannheim, nun eine einfache Lösung für herkömmliche Hydraulikzylinder bis 25 mm Wanddicke aus ferromagnetischem Material wie St 37 oder St 52. Am Kolben wird ein Magnetsystem angebaut. Der Sensor läßt sich mit einem Spannband an der gewünschten Stelle auf der Zylinderwand befestigen. Beim Durchfahren hinterläßt der Kolben ein Remanenzfeld in der Metallwandung. Der Sensor mißt den magnetischen Spannungsabfall und erfaßt die Polarität des Restfeldes. Beim Durchgang des Kolbens mit dem Magnetsystem kehrt sich die Polarität in der Zylinderwandung um. Dieser Polaritätswechsel wird als Schaltinformation ausgewertet. Um den Schaltpunkt zu ändern, braucht der Anwender nur den Sensor auf dem Zylinder entsprechend zu verschieben. Wer mehrere Schaltpunkte benötigt, bestückt den Zylinder einfach mit mehreren Sensoren.

Damit die Handhabung der Sensoren möglichst einfach und sicher ist, bietet der Hersteller ein Komplettsystem an. Die Software Magcalc erlaubt es dem Anwender, das Magnetsystem selbst zu dimensionieren, ohne Konstruktionsdaten offenlegen zu müssen. Das Programm läuft unter Windows 3.11, 95, 98 oder NT. Mit seiner Hilfe kann der Anwender ermitteln, welche und wieviele Einzelmagnete er benötigt. Die Montage ist einfach: Die errechnete Zahl von Rundmagneten wird in einen Magnetaufnahmering eingebaut und zusammen mit den Polringen auf dem Zylinderkolben befestigt.

Die LED-Balkenanzeige des batteriebetriebenen Magnetsystemtesters Mto1 hilft, die magnetische Flußdichte an der Zylinderoberfläche zu überprüfen. So kann der Anwender Funktion und Qualität sichern und Fehler schnell erkennen. Neben einem umfassenden Support vervollständigt Zubehör wie Rundmagnete und Befestigungsmaterial dieses Komplettsystem.

Der Sensor enthält zwei Leuchtdioden für die Schaltzustandsanzeige und arbeitet im Betriebsspannungsbereich von 10 bis 30 VDC. Der Anwender hat die Wahl zwischen pnp- und npn-antivalentem Schaltausgang. Angeschlossen werden die Sensoren über benzin-, öl- und UV-resistente PVC-Kabel oder vierpolige Rundstecker.

Bei maximal 100 mA Betriebsstrom und integriertem Kurzschlußschutz ermöglicht der Sensor die einfache Integration in bestehende oder neu zu planende Steuerungen. Mit Einsatztemperaturen von -25 °C bis +85 °C und Schutzart IP67 ist er für rauhen Industrieeinsatz ausgelegt. Bei einem typischen Abstand zwischen Ein- und Ausschaltpunkt von 50 mm und einer Schalthysterese von 5 mm können die Kolben je nach Zylindermaterial und Wandstärke mit einer Geschwindigkeit bis zu mehreren m/s sicher erkannt werden. Die Position wird auf 0,5 mm reproduzierbar genau bestimmt.

Damit eignet sich die Magnetfeldsensorfamilie sehr gut zum genauen und kostengünstigen Erfassen von Kolbenstellungen in Hydraulikzylindern aus magnetisch leitendem Material wie sie in Hydraulikbaggern, Autokranen, Gabelstaplern oder in landwirtschaftlichen Geräten verwendet werden. Auch der Einsatz bei Holz- und Blechpressen, in Papiermaschinen, Kunststoffdruckgußmaschinen sowie in Hütten- und Walzwerken oder im Schiffsbau ist problemlos möglich.