Integrierte Präzision

Schwerpunkt Sensorik

Positionssensorik – Betongussteile müssen bei der Herstellung absolut waagerecht positioniert bleiben. Beim Transport zur Aushärtung gewährleisten magnetostriktive Sensoren im Inneren von Hydraulikzylindern die stets horizontale Lage der Bauteile.

04. Mai 2012

Die Herstellung von Beton-Fertigteilen für Boden und Fassaden als kostensparende Alternative für den Hochbau anstelle von traditionellen Maurerarbeiten ist üblicherweise die Aufgabe spezialisierter Unternehmen, die die Betonteile direkt an die Baustelle liefern, wo sie dann montiert werden. Ein irisches Bauunternehmen hat dagegen beschlossen, seine Betonfertigteile in Zukunft selbst herzustellen und die Betonelemente auf dem eigenen Betriebsgelände zu gießen. Eine besondere Herausforderung des Bauprojekts waren die begrenzten Platzverhältnisse für die Produktionsanlage mit einer Fläche von nur 84 x 12 Meter. Zudem steht in unmittelbarer Werknähe die stärkste Rundfunk-Sendeanlage Irlands, deren starke elektromagnetische Felder die Mess- und Regelelektronik beeinflussen können. Die in der Anlage eingesetzte Sensorik muss deshalb ein ausgezeichnetes Signal-Rauschverhältnis besitzen, damit das Ausgangssignal nicht verfälscht wird.

Trotz der engen Platzverhältnisse gelang es dem belgischen Formenbau- und Schalungssystemespezialisten Construx, dort eine Betongussanlage mit einer Produktionsleistung von 590 Quadratmeter pro Schicht und einem Personalbedarf von nur vier bis fünf Arbeitern zu errichten. Basis der Anlage sind 12,50 x 2,40 Meter große Stahlschalungen, in denen je zwei Platten aus flüssigem Beton gegossen und danach in einer Rüttelstation verdichtet werden. Danach müssen die Platten 24 Stunden lang abbinden, bevor sie aus den Schalungen entnommen und horizontal gelagert werden können. Dieses Lager besteht aus zwei Gestellen mit neun Etagen zum Aushärten der Betonblöcke sowie einer am Boden befindlichen Pufferposition, in der die noch nicht vollständig getrockneten Betonteile bis zum endgültigen Aushärten in absolut horizontaler Stellung lagern.

Exakte Positionierung

Zwischen den beiden Gestellen befindet sich eine hydraulische Hebebühne, die die Schalungen in die einzelnen Etagen der Gestelle befördert und die ausgehärteten Betonteile wieder aus dem Lagergestell herausholt, um sie auf dem Boden abzusetzen. Als Antrieb der Hebebühne für die 20 Tonnen schweren, gefüllten Schalungen dienen vier Hydraulikzylinder mit einem Hub von je drei Metern mit einem Seilzug am Ende der Kolbenstange, der die Schalungen per Doppelkette bis zu einer Höhe von sechs Metern transportiert.

Entscheidend für eine hohe Maßgenauigkeit und Qualität der Betonfertigteile ist die präzise Steuerung des hydraulischen Hubsystems. So müssen die randvoll mit flüssigem Beton gefüllten Schalungen beim Transport in das Gestell stets exakt waagerecht stehen, weil es sonst zu einer Verformung des Betons bzw. zum Auslaufen der Schalungen kommt. Weil das Gewicht einzelner Platten zudem ungleich verteilt ist, etwa wegen Öffnungen für den Einbau von Fenstern, muss jeder Zylinder aktiv angesteuert werden.

Bei der Messung der Position und Geschwindigkeit der Zylinderbewegungen ist deshalb extreme Genauigkeit geboten. Die exakte Positionierung der Hydraulikzylinder über einen langen Hub hinweg erfordert daher eine intelligente Steuerung, die die Regelparameter kontinuierlich an die Kolbenposition anpasst. Der belgische Steuerungsspezialist Cenat hat dafür eine kundenspezifisch programmierte Echtzeitsteuerung entwickelt, die permanent die Zylinderstellung und -geschwindigkeit abfragt und jeden Zylinder entsprechend individuell korrigiert.

Die Positions- und Geschwindigkeitsmessung der Hubbewegung an jedem einzelnen Hydraulikzylinder übernehmen magnetostriktive Temposonics-Sensoren des Sensorikspezialisten MTS aus Lüdenscheid, die in die Hydraulikzylinder eingebaut und so vor Beschädigung geschützt sind. Die Sensoren bestehen aus einem druckbeständigen Sensorstab sowie einem Sensorkopf mit der Elektronik für die Signalverarbeitung. Den Messpunkt markiert ein auf dem Boden des Kolbens montierter ringförmiger Positionsmagnet, der sich berührungslos über den Sensorstab bewegt und das Messelement dabei partiell verformt. Zur Positionsbestimmung schickt die Sensorelektronik einen Stromimpuls durch das Messelement im Sensorstab. Im Bereich des Positionsmagneten entsteht eine Torsionswelle, die sich mit konstanter Geschwindigkeit zu den Enden des Messelements fortsetzt. Die Positionsbestimmung erfolgt durch Messung der Zeit zwischen dem Start des Stromimpulses und dem Eintreffen des Antwortsignals.

Verschleißfrei und robust

Die berührungslose Übertragung der Positionsinformation durch die Gehäusewand ermöglicht einen komplett verschleiß- und wartungsfreien Betrieb der Sensoren. Zudem erübrigt die absolute Positionsmessung das Anfahren von Referenzmarken nach einem Maschinenstillstand. Auch sind die Sensoren außerordentlich störsicher, weil die Torsionswellen nicht durch äußere Einflüsse erzeugt werden können. Ein nur auf Torsionsimpulse ansprechender Signalwandler gewährleistet dabei ein hohes Signal-Rauschverhältnis.

Die integrierten Sensoren der Serie TemposonicsR erfassen die Position standardmäßig mit einer Auflösung von 0,5 Mikrometern bei einer Zykluszeit von 1 Millisekunde. Eine Wiederholgenauigkeit von 2,5 Mikrometern und eine Linearitätsabweichung von weniger als ± 0,01 Prozent der Messlänge erlauben eine präzise Regelung von Position und Geschwindigkeit. Der SSI-Ausgang ermöglicht den Einsatz der Sensoren ohne Störungen durch den nur 1,5 Kilometer entfernt gelegenen leistungsstarken Rundfunksender. Die Sensoren übertragen den Positionswert dabei als 25-Bit-Graycode, während die Störsignale nur eine Bandbreite von 2 Bit erreichen. Auf den Positionswert übertragen entspricht dies einer Genauigkeit von 20 Mikrometern.

Auf einen Blick

-Das magnetostriktive Messverfahren der Temposonics-Sensoren der MTS Sensor Technologie GmbH & Co. KG aus Lüdenscheid ermöglicht die lineare Positions- und Geschwindigkeitsmessung bewegter Maschinenteile.

-Das friktionslose Wirkprinzip garantiert eine verschleißfreie Wegmessung ohne Referenzpunktanfahrt und Nachkalibrierung.

Erschienen in Ausgabe: 03/2012