Seilzugsensoren: Funktion, Anwendung, Vorteile

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Seilzugsensoren
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WayCon Positionsmesstechnik GmbH
aktualisiert am 18.03.2021 - 13:27:37
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Seilzugsensoren

Seilzugsensoren messen mithilfe eines Stahlseils äußerst exakt lineare Bewegungen, wodurch die genaue (Veränderung der) Position des Messobjekts festgestellt werden kann. Seilzugsensoren sind sehr robust, platzsparend und vielseitig anwendbar und werden daher häufig in der Industrie angewandt.

Synonym(e): Seilzuggeber, Seilzugaufnehmer, Seilzugwegaufnehmer, Seilzugencoder, Seilzuglängengeber, Seilzugpotentiometer, Fadenpotentiometer, Seilzug-Positionsgeber, engl. String Potentiometer




Seilzugsensoren: Aufbau, Funktionsweise und Anwendungsbeispiele

Seilzugsensoren erfassen exakt die Position eines zu messenden Objekts. Sie sind berührende Sensoren, die mit Hilfe eines Messseils arbeiten. Seilzugsensoren werden auch als Seilzuggeber, Seilzugaufnehmer, Seilzugencoder oder Seilzugpotentiometer bezeichnet. Der Begriff Seilzugencoder stammt daher, dass beim Seilzugaufnehmer oftmals ein Encoder die mechanische Bewegung entschlüsselt. Beim Seilzugpotentiometer wird durch einen Potentiometer das Ausgangssignal analog. Seilzugsensoren können verschidene Messlängen erreichen, dabei sind Messlängen zwischen wenigen mm und mehreren m möglich.

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau eines Seilzugsensor am Beispiel des SX50 von Waycon
Aufbau eines Seilzugsensor am Beispiel des SX50 von Waycon

Kernbestandteil im Seilzugsensor ist ein hochflexibles Stahl-Seil oder manchmal auch Kunststoff-Seil, das einlagig auf eine ultraleichte Seiltrommel gewickelt ist. Diese Trommel ist über eine vorgespannte Triebfeder mit dem Sensorgehäuse verbunden. Das aus dem Sensor herausragende Ende des Seils wird mit dem zu messenden Objekt verbunden. Ändert sich der Abstand zwischen Sensor und Messobjekt, so wird das Messseil gegen die Federkraft aus dem Sensor herausgezogen und von der Trommel abgerollt. Die Achse der Trommel ist fest mit einem Potentiometer (für analoge Ausgangssignale) oder mit einem Encoder (für digitale Ausgangssignale) verbunden. Dreht sich die Seiltrommel durch eine Abstandsveränderung des Messobjektes, so ändert sich die Messeinheit im Potentiometer / Encoder proportional dazu. Die lineare Bewegung des Seils wird also in eine rotierende Bewegung der Spule umgewandelt. Der Potentiometer / Encoder hat die Aufgabe, diese mechanische Bewegung des Seilzugs in ein proportionales elektrisches Signal umzuwandeln und es auszugeben.

Federkraft Formel

Um den Seilzug zusammenzudrücken bzw. auseinanderzuziehen muss eine Kraft aufgewendet werden. Lässt die Kraft auf die Feder nach, kehrt die Feder in ihre Ruhelage zurück.

Die Federkraft Formel dazu lautet: 𝐹𝑠=−𝑘⋅𝑠

  • 𝐹𝑠 = Federkraft 𝑘 = Federkonstante 𝑠 = Auslenkung bzw. Federweg

Anwendungsgebiete

Seilzugaufnehmer finden überall in der Industrie und Forschung ihren Einsatz. Dank ihrer leichten Montage können sie auch nachträglich implementiert werden. Je nach Einsatzgebiet ist auch der Messbereich unterschiedlich. Der Messbereich kann beim Seilzugsensor sehr unterschiedlich sein. Es gibt Modelle von nur 38 mm bis über 60 m.

Typische Anwendungsgebiete sind zum Beispiel:

Gabelstapler

Seilzuggeber werden für die Kontrolle des Gabelhubes bei Gabelstaplern verwendet. Dadurch wird die exakte Positionierung von z.B. Paletten in Hochlagerregalen von großen Lagerhäusern ermöglicht.

Schleusentore

Schleusentore von Staudämmen werden durch Hydraulikzylinder, die erheblichem Wasserdruck standhalten müssen, geöffnet bzw. geschlossen. Seilzugsensoren überwachen hierbei den Gleichlauf dieser Hydraulikzylinder.

Kranwagen

Bei mobilen Kranwagen überwachen Seilzugsensoren das Ausfahren der Stützbeine und verhindern auf diese Weise ein Umkippen des Wagens.

Kernspintomographen

Die Position des Tisches, auf dem der Patient liegt, sowie die Ausrichtung der Kameras, die die Bilder erstellen, wird durch Seilzugsensoren kontrolliert. Dies ist notwendig, da die Röntgenaufnahmen digital und automatisch erstellt werden.

Windkraftanlagen

Die Flügel von Windrädern müssen hohen Windkräften standhalten können. Um dies zu garantieren, werden die Flügel auf ihre Belastbarkeit getestet. Dabei kommen Seilzugaufnehmer zum Einsatz, um die beim Test entstehende Biegung der Windradflügel zu messen.

Fitnessgeräte

Damit an Fitnessgeräten dem Sportler die optimale Belastung zugeordnet wird, misst der Sensor die Bewegungsabläufe. Dadurch wird festgestellt, inwiefern der Sportler über- oder unterfordert ist.

Vorteile von Seilzugsensoren

  • Seilzuggeber besitzen eine hohe Variantenvielfalt nach kundenspezifischen Anforderungen
  • Aufgrund der berührenden Messung sind sie störungsfrei gegenüber optischen Einflüssen
  • Viele Sensoren sind äußerst robust gegenüber Alterungs- und Temperatureinflüssen
  • Auch bei einem sehr hohen Messbereich erzielen Seilzuggeber präzise Messungen
  • Die Sensoren haben eine sehr gute Linearität und Wiederholgenauigkeit
  • Seilzuggeber sind einfach und platzsparend zu montieren, sehr robust und zudem kostengünstig Unterstützend kann eine Umlenkrolle, Seitenverlängerung, Haftmagnet oder ein Easy-Clamp Mechanismus installiert werden. Beispiel Haftmagnet: ein Haftmagnet wird verwendet, um das Seil ohne Montage an metallischen Objekten zu befestigen. Der Magnet besitzt eine hohe Haftkraft, sodass das Seil am Haken des haftenden Magnets zur eingehängt werden muss. Die benötigte Haftkraft lässt sich durch die Haftkraft Formel berechnen.

Kennzahlen & Checkliste

Je nach Anwendung sind unterschiedliche Kennzahlen relevant. Wichtig ist jedoch diese zu kennen:

  • Messbereich/Messlängen
  • Linearität
  • Ausgänge: analog (V, ma, Potentiometer) oder digital (TTL, HTL, SSI, CANopen etc)
  • Schutzklassen

Hersteller Seilzugsensoren

Seilzugsensor von Waycon
Beispiel: Seilzugsensor von Waycon
  • ASM bietet Sensor-Lösungen zur Messung von Weg, Winkel und Neigung. Darunter Seilzugsensoren aber auch verschiedene Winkel- oder Neigungs-Sensoren
  • Micro-Epsilon produziert Sensoren für die Messung von Weg, Abstand, Position, Neigung und Beschleunigung. Auch Farb-Messsysteme oder technische Endoskope werden von Micro-Epsilon entwickelt.
  • Variohm entwickelt und produziert verschiedenste Sensor-Lösungen: vom Linear-Potentiometer über Kraftsensoren bis hin zu Neigungssensoren.
  • Waycon entwickelt und fertigt Sensoren für die Industrie und Forschung. Dazu zählen einerseits die berührungslose Sensorik (z.B. Lasersensoren, Ultraschallsensoren) sowie Sensoren für Weg, Abstand und Position (z.B. Seilzugsensor, Linear-Potentiometer, Encoder, digitale Messtaster).
  • ME-Messsysteme stellt verschiedene Sensoren (z.B. Kraftsensoren, Drehmomentsensoren, Beschleunigungssensoren) her. Darunter fällt auch die Kategorie der Wegsensoren. Produziert wird in dieser Kategorie u.a. der SX Seilzugsensor mit Messbereichen zwischen 5cm und 1m.
  • Kübler ist Hersteller von Seilzuggebern mit den Baureihen A30 bis D135.
  • SICK bietet Seilzug-Encoder an, die Messlängen zwische 1m und 50m erreichen können.
  • Siko Seilzuggeber ermöglichen die lineare Wegmessung. Hierfür stehen Seilzugsensoren verschiedener Materialien zur Vefügung.
  • FSG Fernsteuergeräte besitzt verschiedene Seilzuggeber in seinem Portfolio, darunter drei Standardbaureihen.

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