Beweglich und robust

Sensorik

Mobilsensorik – Der Einsatz in mobilen Anwendungen stellt hohe Ansprüche an die verbauten Komponenten. Speziell entwickelte robuste Sensoren eröffnen hier neue Anwendungsgebiete.

12. November 2009

Sensoren sind unverzichtbare Bauelemente für die Automatisierung zahlreicher industrieller Anwendungen. Immer häufiger jedoch kommt moderne Sensortechnik auch in mobilen Arbeitsgeräten zum Einsatz, wo altgediente mechanische Schaltelemente zum Erfassen von beweglichen Systemkomponenten zunehmend durch berührungslos und verschleißfrei arbeitende elektrische Sensorelemente ersetzt werden. Gemeinsam ist solchen Anwendungen wie beispielsweise in LKWs, Bussen, Gabelstaplern, Bau- und Landmaschinen, Löschfahrzeugen oder Verladekranen in Hafenanlagen, dass sie in nahezu allen Disziplinen deutlich höhere Anforderungen stellen als allgemein in der Automatisierung üblich. So müssen sie beispielsweise Spannungen zwischen 10 und 60 Volt unterstützen und Arbeitstemperaturbereiche von -40 bis +85 Grad Celsius ertragen. Zudem erfordert der Einsatz unter Schmutz, Staub, Feuchtigkeit, Vibrationen und Erschütterungen eine robuste mechanische Konstruktion, die zum Beispiel auch der Behandlung mit Hochdruckreinigern gewachsen ist.

Harte Bedingungen

Sensoren mit Salzwasserkontakt wie bei Anwendungen in Hafenanlagen müssen zudem Salzsprühnebeltests klaglos überstehen. Nicht zuletzt sind für die Anschlussleitungen ölbeständige Kabel mit dickerem Kabelquerschnitt von 0,5 oder 0,75 Quadratmillimeter erforderlich. Hinzu kommt seit Anfang 2009 eine verschärfte Norm hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit. Danach dürfen nur noch solche elektrischen oder elektronischen Komponenten in Fahrzeugen oder Fahrzeugteilen verbaut werden, welche die neue e1-Typgenehmigung entsprechend den verschärften Anforderungen der Richtlinie 2005/83/EG tragen, wenn die Fahrzeuge für den öffentlichen Straßenverkehr vorgesehen sind. Das gilt insbesondere für sicherheitsrelevante Fahrzeugkomponenten wie etwa Brems- und Lenksysteme oder Airbags, schließlich finden sich in Nutzfahrzeugen heute zahlreiche über Bussysteme vernetzte Sensoren, Aktoren und Steuergeräte, deren zuverlässige Funktion stets sichergestellt werden muss.

Besonders gut zur Lösung der Herausforderungen im mobilen Einsatz eignen sich Sensoren, die auf dem induktiven Wirkprinzip basieren. Durch ihre mechanische Robustheit und das auf metallische Targets reagierende unverwüstliche Messprinzip bieten sie etliche Vorteile gegenüber optischen, kapazitiven oder mit Ultraschall arbeitenden Systemen.

Induktiv mit Vorteilen

Der Mannheimer Sensorspezialist Pepperl+Fuchs hat deshalb eine Reihe von Sensoren entwickelt, die speziell den Anforderungen eines Einsatzes im Mobile Equipment gerecht werden. Zu den induktiv arbeitenden Systemen gehören zum Beispiel Näherungsschalter in zylindrischer Bauform in den Größen M12, M18 und M30 mit e1-Zulassung. Die Produkte in Schutzart IP69K ermöglichen platzsparende Sensorlösungen mit Schaltabständen im Bereich von 4 bis 15 Millimeter. Mit einer Störfestigkeit von 100 V/m übertreffen die Geräte die von der neuen Norm geforderten 30 V/m um mehr als das Dreifache.

Eignung für Neigung

Speziell für die Überwachung von Neigungs- und Kippwinkeln bei Kranen und Baggern, an Auslegern von Gabelstaplern oder an Ladebordwänden eignen sich die Neigungssensoren der Baureihe F99, die mit Analogausgängen für 0 bis 5 Volt oder 4bis 20 Milliampere sowie optionalen Schaltausgängen ausgestattet sind. Alternativ lässt sich das System auch über das Bussystem CANopen parametrieren und auslesen. Die Geräte sind in Ausführungen zur Überwachung einer oder zweier Neigungsachsen mit Messbereichen von jeweils von 0 bis 360 Grad verfügbar.

Das mikromechanische Messelement mit Feder-Masse-System ist samt Auswerteelektronik in einer robusten Metallwanne mit Schutzart IP68/69K untergebracht, und damit bestens gegen mechanische Stöße, Nässe und Feuchtigkeit geschützt.

Prädestiniert für Anwendungen an Nutzfahrzeugen und Maschinen im Außenbereich sind auch die Sensoren der Baureihe PMI zur Winkel- und Wegmessung. Die mit mehreren induktiven Oszillator/Spulensystemen ausgestatteten Sensoren bilden die aktuellen Messwerte auf ein 4...20-mA-Stromsignal ab und bieten wahlweise zusätzliche Schaltausgänge. Im Gegensatz zu herkömmlichen potenziometrischen Lösungen arbeitet das berührungslose Abtastsystem auch im Dauereinsatz und bei hoher Spielzahl ohne Verschleißerscheinungen. Der PMI360D erfasst Winkel im Bereich von 0 bis 360 Grad, die Längenmesssysteme der Serie F110 bieten unterschiedliche Erfassungsbereiche von 210 bis 810 Millimeter.

Alle beschriebenen Sensoren wurden umfangreichen herstellerinternen und externen Tests beim TÜV unterzogen. Die Produkte mit e1-Zulassung werden nach den höheren Anforderungen in Bezug auf Störfestigkeit und Emissionen geprüft. Auf Wunsch liefert Pepperl+Fuchs kundenspezifische Versionen mit kurzen Kabellängen und speziellen automobilspezifischen Steckverbindern der einschlägigen Hersteller.

Thomas Hensler, Pepperl+Fuchs/bt

Erschienen in Ausgabe: 08/2009