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Aktuelles aus der Sensorik

Sensoren, Drehgeber, Näherungsschalter, Seilzug, induktiv, kapazitiv, inkremental

baumerAnwenderbericht

Baumer agiert schon seit vielen Jahren als zuverlässiger Partner der Schienenverkehrstechnik. Langlebige und wirtschaftliche Standardsensoren mit branchenüblicher Qualifizierung und kundennahe Neuentwicklungen für alle in der Schienenverkehrstechnik denkbaren Sensorikanwendungen gehören heute zum breitgefächerten Produktprogramm. Ohne eine Vielzahl unterschiedlicher Sensoren lassen sich bei Schienenfahrzeugen Sicherheit und Komfort nicht gewährleisten.



Im Antriebssystem und Drehgestell des Fahrwerks von Schienenfahrzeugen erfassen Sensoren beispielsweise die Drehzahl von Motor, Getriebe sowie Achse und messen Drücke im Bremssystem. Ultraschallsensoren detektieren für den optimalen Ausfahrweg der Tritthilfe zuverlässig die Distanz zum Bahnsteig. Induktivsensoren signalisieren Endlagepositionen, z. B. bei der Einstiegshilfe und an den Fensterverschlüssen. In den Kupplungssystemen werden hydraulische sowie pneumatische Drücke gemessen und die Kupplungsvorgänge überwacht. Natürlich brauchen auch die Klimaanlagen Sensoren und Anzeigeinstrumente. Im Fahrerstand müssen zudem alle relevanten Messwerte visualisiert werden.

Sensorik für Antriebssystem und Fahrwerk

baumer2Wesentlich zur Sicherheit im Schienenverkehr tragen heute Gleitschutz, Traktionskontrolle und Zugsicherungssysteme bei, z. B. das europäische Zugsicherungssystem ETCS (European Train Control System). Dazu müssen im Antriebssystem und Drehgestell des Fahrwerks an vielen relevanten Stellen Winkel und Umdrehungszahlen erfasst werden. Speziell für den harten Einsatz im Drehgestell entwickelte Mehrkanal-Impulsgeber BMIV bieten hierfür gute Voraussetzungen: Bis zu 12 Kanäle in vier galvanisch getrennten Blöcken erlauben die Ermittlung der Radsatzgeschwindigkeit gleichzeitig in mehreren Systemen, sogar mit unterschiedlichen Impulszahlen. Funktionskontrollsignale sorgen für maximale Sicherheit – auch bei stehendem Zug sendet der Sensor Signale aus. Diese „Lebenszeichen“ sorgen dafür, dass beispielsweise ein Kabelbruch schnellstmöglich erkannt wird.

Abtastprinzipien für harte Umgebungsbedingungen

Unter harten Einsatzbedingungen stellt sich die Frage nach der geeigneten Abtasttechnologie. Hier bietet das bewährte „Magres“-Prinzip gute Voraussetzungen. Diese magnetische Abtastung ist im Gegensatz zu allen anderen Erfassungsprinzipien völlig unempfindlich gegen die im Zugverkehr auftretenden Belastungen wie Vibrationen, Schocks, Schmutz, Öle, Fette, Spritzwasser, Betauung, starke Temperaturschwankungen sowie magnetische Fremdfelder. Die Impulsgeber entsprechen den Bahnnormen und sind mit SIL-2-Begutachtung auch für das europäische Zugsicherungssystem ETCS geeignet.

baumer3Ebenfalls mit magnetischer Abtastung arbeiten die Drehgeber der „HDmag“-Serie. Die magnetischen Hohlwellen-Drehgeber mit einem Innendurchmesser von bis zu 740 mm lassen sich direkt auf der Motor-Nabe montieren. Durch ihre axial sehr schmale Bauform und den Wegfall der Drehmomentstütze benötigen sie nur sehr wenig Platz auf der Welle. Durch die im Abtastkopf integrierte Signalverarbeitung können wahlweise Rechtecksignale (HTL oder TTL) oder sin/cos-Signale generiert werden. Die Elektronik des Sensorkopfes ist komplett vergossen zum Schutz vor Verschmutzung, Schock und Vibration.

Ebenfalls gut geeignet für den Einsatz bei Schienenfahrzeugen sind Sensoren, die mit dem Hall-Prinzip ferromagnetische Zahnräder abtasten. Zu den Aufgaben des berührungslosen Hallsensors MTRM 16 gehören beispielsweise die Drehzahlerfassung für Gleitschutz und Geschwindigkeitsregelung sowie die Drehrichtungserkennung. Je nach Ausführung ist er für Zahnradgrössen bis Modul 3 geeignet und kann bei Temperaturen von -40° bis +120 °C eingesetzt werden. Der Sensor ist zudem schock- und vibrationsfest und in einem komplett geschlossenen, robusten Metallgehäuse untergebracht. Dank Schaltfrequenzen von bis zu 20 kHz kann der MTRM 16 auch die Drehzahl schnell drehender Zahnräder zuverlässig detektieren.baumer4

Ein weiteres Beispiel für sicherheitsrelevante Sensorik an Schienenfahrzeugen liefert der Inkremental-Drehgeber FOG 9, der seine Zuverlässigkeit bereits an der stärksten vierachsigen dieselhydraulischen Lokomotive der Welt unter Beweis gestellt hat: Die MaK 2000-4 BB von Vossloh ist mit ihren 2700 kW in der Lage, selbst bei einer Steigung von 2,8 % mit einer Anhängemasse von 745 t anzufahren. Zu dieser Leistung trägt unter anderem ein optimierter Schleuderschutz bei, der den Schlupf an der Reibgrenze der Räder erkennt. Die dazu notwendige Drehzahlerfassung übernimmt der Heavy Duty-Inkrementaldrehgeber, der mit seinem Euro-Flansch B10 direkt an die ungefederte Achse angebaut ist. Dabei bieten die kurze Bauform und das massive Aluminium-Gehäuse mit zweiseitiger Lagerung der Edelstahlwelle hohe Schwingungs- und Schockfestigkeit. Hochvolt-Leistungstransistoren sorgen dafür, dass die Rechteck-Signale auch über längere Distanzen störsicher übertragen werden.

Druckmessung in Bahnanwendungen

Ein wichtiger Einsatzbereich für Sensoren in der Bahntechnik ist die Druckmessung. Das Spektrum reicht vom Bremssystem über die Oberleitungsstromabnehmer und die Kühlsysteme der Triebfahrzeuge bis hin zu Stoßdämpfern oder Klimaanlagen. Aufgrund der während der Fahrt zwangsläufigen Erschütterungen müssen die eingesetzten Druckmessgeräte äußerst robust sein. So wurde der Druckmessumformer PBSR für extreme Belastungen entwickelt. Er überwacht den Druck im Bremssystem verschiedener Hochgeschwindigkeitszüge und eignet sich für die pneumatische und hydraulische Bremskontrolle sowie für Kühlkreisläufe. Auch im Hochspannungsbereich kommen robuste Druckmessumformer EF6 bei der Drucküberwachung des Stromabnehmers (Pantograph) zum Einsatz.

baumer8Für Schwerlastanwendungen in Schienenfahrzeugen, z. B. um den hydraulischen Druck der Feststellbremsen bei Zügen zu überwachen, eignet sich das Druckmessgerät MEX3. Speziell für den Einsatz unter den hier besonders harten Umgebungsbedingungen wurde das aus Edelstahl gefertigte Messgerät in einem Aluminiumgehäuse mit einer Polykarbonat-Sichtscheibe untergebracht. Die ebenfalls speziell für Bahnanwendungen entwickelte MFE-Baureihe kommt überwiegend in On-Board-Anwendungen zum Einsatz. Die Skalenbeleuchtung sorgt für gute Ablesbarkeit im Führerhaus.

In den Kühlsystemen des Stromversorgungssystems, innerhalb von Klimaanlagen oder in den Bremsanlagen, z. B. von Straßenbahnen wird häufig der Druckschalter CPX/PFX eingesetzt. Er wurde für einen Temperaturbereich von -40° bis +150 °C entwickelt und lässt sich gut an individuelle Bedürfnisse anpassen. So wurde der Druckschalter bereits für erhöhte Betriebsspannungen bis zu 130 V ausgelegt. Ebenfalls anpassbar an individuelle Applikationsanforderungen sind aber auch viele weitere der für Bahnanwendungen geeigneten Druck- und Füllstandsensoren. Gleichgültig, ob für Klimaanlagen, Abwassertanks oder Toilettenfunktion, für jede Anwendung gibt es eine passende Sensorlösung.

Sicherheit bei Trittbrett, Tür, Fenster und WC

baumer11Bei Schienenfahrzeugen haben aber auch induktive und kapazitive Sensoren viele Anwendungsbereiche. Für einen komfortablen und sicheren Einstieg wird beispielsweise ein minimaler Spalt zwischen Bahnsteigkante und Wagen gefordert. Die korrekte Endlagenposition der Einstiegshilfe lässt sich mit induktiven Sensoren überwachen. Die langlebigen und zuverlässigen Sensoren eignen sich auch für die Verschlussüberwachung der Türen und Fenster. Sie stehen in zylindrischen und quaderförmigen Bauformen zur Verfügung und eignen sich je nach Ausführung für Schaltabstände bis 20 mm. Ebenso wie alle anderen Sensoren sind auch sie auf „Herz und Nieren“ geprüft und für einen jahrelangen zuverlässigen Betrieb ausgelegt. Für die Schienenverkehrstechnik ist dies ein nicht zu unterschätzendes Kriterium, da moderne Triebwagen und Züge für lange Betriebszeiten von bis zu 30 Jahren ausgelegt werden. Mit einer MTTF von über 100 Jahren entsprechen die Induktivsensoren im Edelstahlgehäuse den hohen Ansprüchen. Ihr großer Arbeitstemperaturbereich von -40° bis +100 °C trägt zum zuverlässigen Betrieb der Schienenfahrzeuge bei.

baumer13Der kapazitive Füllstandssensor CFAK 12 findet Anwendung in Eisenbahn-Toiletten. Hier dient er zum einen als Überlaufschutz, wenn das WC verstopft ist und der Wasserstand steigt. Zum anderen gewährleistet er durch das erfolgreiche Ausblenden von Schwebstoffen, Toilettenpapier sowie Reinigungsmitteln, dass die Spülung im Normalfall immer zuverlässig funktioniert. Dank seiner speziellen Gehäuseform und der glatten Kunststoffoberfläche haften Schmutzpartikel nur sehr schlecht an, was den Reinigungsaufwand erheblich reduziert. Zudem ist der Sensor äußerst resistent gegen Reinigungsmittel.

Der Autor Steffen Günther ist Leiter Produktmarketingmanagement bei der Baumer GmbH




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