Elektronische Druckschalter

Spannhydraulik unter Kontrolle

In automatisierten Werkzeugmaschinen spielen hydraulisch betriebene Komponenten viele Hauptrollen. Eine davon ist das Festhalten zu bearbeitender Werkstücke mittels einer Spannvorrichtung. Die ist für einen bestimmten Anpressdruck konstruiert, der - gesteuert von einem Druckschalter - von einem Hydraulik-Aggregat garantiert wird. Welche Eigenschaften muss der Druckschalter für diese Aufgabe mitbringen?

Hydraulik-Aggregat für Werkzeugmaschinen. Hydraulisch gesteuerte Spannelemente sichern den störungsfreien Betrieb.

Einer unter den ersten zehn von Hydraulik-Herstellern ist die Argo-Hytos GmbH in Kraichtal mit weltweit ca. 1.200 Beschäftigten. Neben Filtern und Ventilen unterschiedlichster Ausprägung liegen die Kernkompetenzen bei kundenspezifischen Hydraulik-Aggregaten, die am Standort Vrchlabi in der Tschechischen Republik in großen (und kleinen) Serien gefertigt werden. Was von außen benötigt wird liefert ein Netzwerk vertrauter Lieferanten. Dazu gehört seit einigen Jahren auch die im mittelhessischen Reichelsheim ansässige Barksdale GmbH mit ihren praxiserprobten Druckschaltern.

Wie die Werkzeugmaschinen selbst sollen auch die benötigten Hydraulik-Aggregate immer kompakter gebaut, kleiner und effizienter werden. Damit wird neben Preis, Qualität und Funktionsumfang die Baugröße zu einem vorrangigen Suchkriterium. Bei Argo-Hytos fand man so den Typ UDS1V2 von Barksdale. Mit Schlüsselweite 24 mm und rund 100 mm Länge zählt er zu den Kleinheiten auf dem Markt für elektronische Druckschalter. Je nach Bereich kommen keramische oder piezoresistive Druckmesszellen zum Einsatz. So deckt der Schalter Einsatzfälle zwischen 0 ... 10 bar und 0 ... 600 bar über einen kompensierten Temperaturbereich von -10 °C bis +70 °C ab. Der Schaltzustand wird über eine grüne LED angezeigt. Wo ist das Besondere?

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Kompakt reicht nicht

Für den Konstrukteur sind Hydraulik-Aggregate eine Art dreidimensionales Puzzle-Spiele. Es gilt das Gesamtvolumen zu minimieren, gleichzeitig aber die einfache Montage und sichere Bedienbarkeit der Einzelkomponenten zu gewährleisten. Hier bietet der UDS1V2 eine Reihe von Vorteilen. Nach den Gesetzen von Murphy sind die Bedienelemente von Komponenten mit Gewindeanschluss nach der Montage immer genau in die Richtung für den schlechtesten Zugriff gedreht. Diese (Lebens-)Erfahrung hat man natürlich auch bei Barksdale gemacht und daraus die Konsequenz gezogen. Das Gehäuse des UDS1V2 ist um 320° drehbar. Mit dem Gehäuse dreht sich natürlich auch der vierpolige M12x1-Anschluss für die Elektrik. Das entspannt zusätzlich die Situation bei der Verkabelung, denn die Winkelstecker verlangen gelegentlich nach einer bestimmten Vorzugsrichtung.

Kein Display

Um ehrlich zu sein, würden sich die Konstrukteure bei Argo-Hytos doch manchmal ein Display auch an diesem Druckschalter wünschen. Damit wäre aber ein erheblicher Kostenvorteil dahin und: bei der Baugröße wäre eine Lupe zum Ablesen angesagt. Dann lieber ohne. Realistisch betrachtet ist das Display am Druckschalter nur für die Voreinstellung erforderlich. Die wird serienmäßig aber am Prüfstand ausgeführt, wo das Referenzmanometer als Display zur Verfügung steht. Danach heißt es: Einbauen und Vergessen.

Was ist aber, wenn Kunden z.B. nach einer Umrüstung die Schaltpunkte vor Ort verändern wollen? Da gibt es wieder zwei Möglichkeiten: entweder auf dem hauseigenen Prüfstand oder unter realen Betriebsbedingungen. Der Schaltdruck wird angefahren und der Druckschalter entsprechend eingestellt. Dafür hat der UDS1V2 zwei klar lokalisierbare Taster, um den Schaltdruck nach oben (Nähe Stecker) oder unten (Nähe Druckanschluss) zu verstellen. Die sind auch für etwas unschlüssige Fingerkuppen sicher zu finden - auch wenn der Druckschalter horizontal oder kopfüber montiert werden musste.

Dauerbetrieb

Werkzeugmaschinen sollen am besten rund um die Uhr arbeiten, am liebsten ohne Aufsicht. Das verlangt von den Komponenten an den Hydraulik-Aggregaten u.a. Toleranz gegenüber kurzzeitigen Lastspitzen. Bei einem elektronischen Druckschalter kann man da auf die sichere Seite gehen und den Messbereich des Sensors ohne Verlust an Genauigkeit entsprechend hoch ansetzen. Bei einem Schaltpunk in der Nähe von 20 bar bietet die Messzelle für den Bereich bis 100 bar ohnehin eine mehr als 5-fache Überlastbarkeit. Und um die Dynamik von Druckspitzen zu dämpfen ist am Druckeinlass des UDS1V2 zusätzlich eine Blende vorgesehen.

Sägen ohne Schlackern

In der konkreten Anwendung, die den Anlass zu diesem Bericht gegeben hat, geht es um das Einspannen von Metallstangen oder -werkstücken in Sägemaschinen. Der Druckschalter überwacht die Spannkraft über den anstehenden Druck in der hydraulischen Steuerung. Meist werden die zu sägenden Teile mit zwei Spannstöcken gehalten, so dass sie sich unter dem Einfluss der vom Sägeblatt ausgeübten Kräfte in keiner Weise bewegen können. Tritt hier eine Fehlfunktion auf, kommt es durch Verkanten zu Schwingungen auf dem Sägeblatt mit entsprechenden Verlusten an Energie und Maßhaltigkeit bis hin zur Gefahr, dass das Sägeblatt reißt. Über die Kräfte, die hier zum Tragen kommen, kann man sich anhand des Vorschubs eine Vorstellung machen: je nach Material werden 10 mm/min bis 300 mm/min erreicht. Im Allgemeinen können die Sägen nach der Voreinstellung völlig automatisch in einem Verbund von Zuführsystemen und der Anbindung an ein Lager arbeiten. Bis dato sind rund 500 der hier erwähnten Druckschalter in dieser Applikation im Einsatz.

Ausblick

Druckschalter-Applikationen - wie hier von Argo-Hytos beschrieben - werden in Zukunft weiter zunehmen. Zu den Kriterien Preis und Leistung treten Kompaktheit, Bedienfreundlichkeit und Robustheit als gleichwertige Faktoren in den Vordergrund. Elektronische Druckschalter, die in gleicher Weise wie mechanische Druckschalter zum Einsatz kommen, aber vom Prinzip her wesentlich langlebiger sind, benötigen auch in Zukunft kein Display. Die Zuverlässigkeit ist durch die Zahl der Einsatzfälle belegt. Zurzeit ist der UDS1V2 Kandidat für den Einsatz an Hydraulik-Aggregaten in den Gondeln von Windenergieanlagen.

Der Anwender

Als großes mittelständisches Familienunternehmen mit mehr als 1.200 Beschäftigten verfügt Argo-Hytos über mehr als sechzig Jahre Erfahrung in der Steuer- und Regelungstechnik sowie der Filtration in der Mobil- und Industriehydraulik. Für zunehmend komplexe technische Fragestellungen stehen hier ganzheitliches Denken, langjährige Erfahrung in Projekten und fundiertes Wissen für Lösungen in der Fluidtechnik bereit. Besonders in der Mobilhydraulik hat sich Argo-Hytos zu einem Innovationsführer entwickelt. Das Unternehmen ist mit Produktionsgesellschaften in Deutschland, Tschechien, Indien und China vertreten, sowie in zahlreichen eigenen internationalen Vertriebs- und Montagegesellschaften weltweit aktiv.

Der Anbieter

Barksdale GmbH und Barksdale Inc. sind mit ihren rund 250 Beschäftigten in den global agierenden Crane Co. Konzern, Stamford, USA, eingebunden. Die Kernkompetenzen in den Produktionsstandorte in Reichelsheim (Nähe Frankfurt/Main) und Los Angeles liegen auf den Gebiet Druck-, Füllstands-, Durchfluss- und Temperaturmessungen. Dabei orientieren sich Repräsentanten in vielen Ländern der Welt an den individuellen, regionalen Anforderungen. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung ausgereifter Produkte mit hoher Funktionssicherheit für den täglichen Einsatz vor Ort in den Bereichen Mobil- und Stationärhydraulik, Nutzfahrzeuge und industrielle Ausrüstungen. kf

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