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Weltneuheit: Robuste Positionsmessung von Hydraulikkolben


PVDF-Sensoren können Kolbenpositionen robust und preiswert messen. Durch mehrere hintereinander angereihte Sensoren lassen sich Kolbenpositionen quasianalog erfassen.
(digital von Sensorfläche zu Sensorfläche, analog innerhalb der Sensorfläche)

Das patentierte Verfahren zur Positionskontrolle von Kolben in Hydraulikzylinder ermöglichte eine neue Generation von Low-Cost-Sensoren.

Bisher werden Positionsmessungen für Kolben in Hydraulikzylinder durch seitlich angebrachte Ultraschallsensoren mit Keramikschwingern gemacht. Dazu werden meist modifizierte Sensoren, wie sie aus der Materialprüfung (NDT) bekannt sind verwendet. Diese Sensoren werden üblicherweise als Zylinder gefertigt. Diese besitzen eine planare Ankoppelfläche an der Stirnseite. Diese Stirnfläche kann jedoch nicht vollflächig auf der gekrümmten Zylinderwand aufliegen.
Der Kontakt zur Zylinderoberfläche erfolgt nur auf einem sehr schmalen Streifen in Richtung der Zylinderausdehnung. Durch ein Koppelmittel kann der Kontakt etwas verbessert werden.
Werden diese Sensoren mit zu großer Kraft gegen die Zylinderwand gepresst, zerbricht unweigerlich die empfindliche Piezokeramik.

Wird die Positionsmessung seitlich am Zylinder ausgeführt, stehen die Positionssensoren üblicher weise seitlich nach außen ab. Bekannte Sensoren sind mechanisch bisher nur durch Schellen oder aufgeschweißte Befestigungspunkte zu montieren. Weiterhin sind sie durch ihre Abmessungen möglichen Beschädigungen ausgesetzt.
Die Messung dieser Sensoren erfolgt nur punktweise und ist nur auf eine Position beschränkt.

Die neuen patentierten Sensor-Arrays aus PVDF-Folie liegen dagegen flach auf der Zylinderwand auf. Die Aufbauhöhe beträgt weniger als 1 cm und wird im Wesentlichen durch die Umhausung und durch den Kabelanschluss bestimmt.

Diese piezoelektrischen Elemente werden seitlich auf dem Hydraulikzylinder angebracht. Dabei sind diese Elemente flexibel und passen sich der Krümmung des Hydraulikzylinders an.
Mit mehreren Arrays aus PVDF-Folie können auch längere Verfahrwege erfasst werden.
Bisher verfügbare PVDF-Folien decken ein Temperaturbereich von -40° C bis +100° C ab, mit Sensoren aus Copolymeren ist ein Temperaturbereich bis 145° C erreichbar.
Damit können die nach dem neuen patentierten Verfahren aufgebauten Ultraschallsensoren auch für Anwendungen benutzt werden, die höhere Einsatztemperaturen erfordern.
Neue Einsatzmöglichkeiten ergeben sich für diese Sensoren bei der Überwachung von Rohrleitungen kleiner Abmessungen. In der Biotechnologie und Wirkstoffproduktion ist oftmals eine Restmengenkontrolle gefragt. Mit kleinen flexiblen Rohrsensoren, die sich beliebigen Rohrdurchmessern anpassen, ist die Überwachung von Mini-Plants kostengünstig möglich.