Fit für Harte Fälle

Innen-Titelstory

Sensorik – Mobile Anwendungen stellen höchste Ansprüche an die Robustheit der eingesetzten Sensoren. Pepperl+Fuchs bietet hier ein breites Produktportfolio für alle Anforderungen.

17. September 2015

Zu den wichtigsten Komponenten jeder automatisierten Anwendung gehören unterschiedliche Sensoren, die nicht nur eine präzise und effiziente Steuerung der verschiedenen Prozesse ermöglichen, sondern auch unerlässlich sind zum Schutz von Menschen und Material. In besonderer Weise betrifft dies mobile Anwendungen, bei deren Betrieb meist beträchtliche Massen bewegt und entsprechende Kräfte freigesetzt werden, wie beispielsweise Müllsammelfahrzeuge, land- und forstwirtschaftliche Maschinen, Feuerwehrfahrzeuge, Muldenkipper und andere Baumaschinen. Die Vielzahl unterschiedlicher Funktionen erfordert dabei etliche unterschiedliche Messaufgaben. So ermöglichen spezialisierte Sensoren die Positionsbestimmung des Fahrzeugs oder einzelner Komponenten und erfassen dazu zum Beispiel Abstände, Neigungswinkel, Höhe oder Länge, Dreh- und Kippwinkel oder die Stellung von Greifern, Pedalen, Gabeln oder Kolbenstangen.

Bei vielen Abläufen, etwa beim Öffnen/Schließen und Greifen, bei rotierenden Trommeln oder bei der Schüttgutverladung, benötigt die Steuerung zudem Informationen über Anfang und Ende oder das Tempo des Vorgangs sowie über den Status von Verriegelungen, Klappen, Fördereinrichtungen und Anbaugeräten. An Behältern auf dem mobilen Gerät überwachen unterschiedliche Sensoren daneben die Füllstände von Betriebsmitteln wie Hydrauliköl oder von Nutzlasten wie beispielsweise Saatgut oder Spritzmittel und signalisieren das Erreichen verschiedener Grenzwerte. Andere Sensoren wiederum erfassen die Geschwindigkeit von Fahrzeug oder Ausleger und gewährleisten so ist nicht nur die Sicherheit, sondern auch eine möglichst effiziente Steuerung vieler Abläufe. Nicht zuletzt spart eine automatisierte Identifizierung und Zustandserkennung viel Zeit zum Beispiel beim Wechsel von Anbaugeräten.

Raue Verhältnisse

Gemeinsam haben diese Aufgaben, dass sie bei mobilen Anwendungen in der Regel unter besonders rauen Umgebungsverhältnissen gelöst werden müssen. Die eingesetzten Messverfahren und Gerätetypen müssen deshalb möglichst unempfindlich sein gegen eine Vielzahl von Störeinflüssen. Hier bietet der Mannheimer Sensorikspezialist Pepperl+ Fuchs ein umfangreiches Programm an Sensoren, die speziell für den Bereich Mobile Equipment ausgelegt sind. Die Geräte sind extrem unempfindlich gegen hohe und niedrige Temperaturen, Feuchtigkeit, Staub, Verschmutzung und Druck sowie gegen mechanische Belastungen wie Stöße und Vibration. Sie erfüllen außerdem die höchsten EMV-Anfoderungen sowie – je nach Auslegung – die einschlägigen Normen und verfügen über die entsprechenden Zertifikate.

Um einen wartungsfreien Betrieb und lange Standzeiten für die Geräte zu gewährleisten, unterzieht der Hersteller alle Produkte in hauseigenen Prüflabors ausgiebigen Versuchsreihen. »Die Prüfkriterien gehen dabei weit über die gesetzlichen Normen hinaus«, sagt Carsten Crowley-Nicol, Produktmanager für Mobile Equipment im Geschäftsbereich Fabrikautomation bei Pepperl+Fuchs. Zum Beispiel werden die Geräte zur Prüfung der Chemikalienbeständigkeit unter anderem dem Einfluss von Fahrzeug- und Hydrauliköl, Batteriesäure, Streusalz und Sauergas ausgesetzt und zudem einem vierwöchigen Salznebeltest sowie verschiedenen Stoß- und Vibrationstests unterzogen. Wassereintrittsprüfungen und extreme Temperaturzyklen gehören ebenfalls zur Testroutine.

Kontaktlos und präzise

Im Bereich Mobile Equipment nutzen die Sensoren meist berührungslos und verschleißfrei arbeitende Messverfahren, die auf elektrischer Kapazität, Induktion oder Ultraschall beruhen. Ultraschallsensoren verwenden die Laufzeit hochfrequenter Schallimpulse zur Ermittlung von Abständen. Dabei erfassen sie Objekte millimetergenau, unabhängig von Material, Form und Farbe und auch in Gegenwart von Wasser, Staub oder Verschmutzung. Anwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise die Entfernungsmessung, der Kollisionsschutz oder die Erkennung von Objekten und Konturen. Bei mobilen Anwendungen erkennen Ultraschallsensoren zum Beispiel Personen, die sich im Bewegungsbereich eines Schwenkarms befinden, oder sie steuern die Höhe des Spritzdüsenauslegers im Pflanzenschutz. Zudem werden sie zunehmend auch für die Spurführung von fahrerlosen Landmaschinen eingesetzt.

Induktive Sensoren dagegen werten das eigene elektromagnetische Feld aus, um ein Messsignal zu erzeugen. Sie werden vor allem zur Objekt- und Zustandserkennung verwendet (offen/geschlossen, verriegelt/nicht verriegelt). Je nach Ausführung können induktive Sensoren daneben auch Winkel, Wege und Geschwindigkeiten messen. Zudem stehen sie als druckfeste oder als metallgekapselte Sensoren für besonders aggressive Umgebungen zur Verfügung. Induktive Sensoren finden sich sehr häufig in sicherheitsrelevanten Auf/Zu-Schaltungen, die beispielsweise prüfen, ob eine Klappe geöffnet oder ein Ausleger ausgefahren ist.

Auch optoelektronische Sensoren werden im Mobile-Bereich eingesetzt, etwa zur Einstiegsüberwachung bei Bussen oder bei Mähdreschern zur Erkennung der Mähkante mit einem Mehrstrahl-LED-Scanner. Zudem ermöglichen Laserscanner die Steuerung von fahrerlosen Transportsystemen. Kontaktlos arbeiten auch RFID-Lesegeräte, die die Tags von Anbaugeräten identifizieren, etwa bei Baggern oder Traktoren. Die Maschinensteuerung wird dann automatisch an deren Abmessungen und Funktionen angepasst.

Die Neigungssensoren von Pepperl+Fuchs kombinieren ein berührungsloses mikromechanisches Wirkprinzip mit kapazitiver Sensorik und überwachen beispielsweise die Neigungswinkel von Fahrzeugen und Anbaugeräten oder helfen bei der Nivellierung.

Vielseitig einsetzbar in mobilen Anwendungen sind auch Seilzug-Drehgeber, bei denen ein magnetischer Drehgeber die Rotation der Seilzugspule erfasst. Daraus können die Geschwindigkeit der Bewegung und die Entfernung abgeleitet werden. So messen Drehgeber zum Beispiel die Hubhöhe von Scherenhubtischen und Aufzügen oder die Teleskoplänge bei Kranfahrzeugen. Ihre Reichweite beträgt bis zu 60 Meter. In der Füllstandmessung können mit Schwimmern oder vibrierenden Gabeln Grenzwerte erfasst werden. Für eine kontinuierliche Niveaumessung stehen zudem Ultraschallsensoren zur Verfügung.

Wichtig für die Feuerwehr

Eine besonders große Vielfalt an Sensoren findet sich in modernen Drehleiter-Feuerwehrfahrzeugen: So erfasst ein Neigungssensor im Chassis des Fahrzeugs dessen Standwinkel, sodass der Drehturm vor dem Ausfahren der Leiter in die Waagerechte gekippt werden kann. Ein zweiter Neigungssensor im Leiterkorb detektiert den Neigungswinkel der Leiter. Dieser Winkel wird mit den Signalen aus den seitlichen Stützen und der Länge der ausgefahrenen Leiter abgeglichen. Je nach Status von Leiter und Stützen wird eine Sicherheitsabschaltung ausgelöst, bevor ein kritischer Grenzwinkel erreicht wird. Die Ausfahrposition der Elemente kann zum Beispiel mit Seilzug-Drehgebern erfasst werden. Ultraschallsensoren an Drehleiter und Korb dienen dem Kollisionsschutz. Zudem bestimmt ein induktiver Positionssensor den Drehwinkel des Drehturms.

Neben einem breiten Portfolio von Standardsensoren bietet Pepperl+Fuchs auch die Entwicklung kundenspezifischer Lösungen an, die weit über eine individuelle Parametrierung hinausgeht. Dabei können Soft- und Hardware auf Wunsch im Detail modifiziert werden. Bei der Hardware können die Entwickler dabei auf ein modulares Baukastensystem zurückgreifen, das die Anpassung der Geräte an bestimmte Anforderungen sehr einfach macht.

»Besonders häufig betreffen solche Sonderwünsche die Kabel, Crimps und Stecker der Sensoren«, erzählt Crowley-Nicol. Diese Komponenten werden bei Pepperl+Fuchs deshalb von einem spezialisierten Produktionsbetrieb am ungarischen Standort Veszprém hergestellt, wo das Crimpen ausschließlich maschinell durchgeführt wird. So ist gewährleistet, dass die Crimps gasdicht und von höchster Qualität sind. Das gilt gleichermaßen für Standardkomponenten wie für Spezialanfertigungen. Darüber hinaus steht eine große Vielfalt an Bauformen und Materialien für die Gehäuse zur Verfügung. Zahlreiche unterschiedliche Schaltsignalausgänge erlauben die Anpassung an alle gängigen Kommunikationsstandards. Möglich ist daneben auch eine von Anfang an kundenspezifische Produktentwicklung.bt

Auf einen Blick

- Die Pepperl+Fuchs GmbH mit Sitz in Mannheim ist ein führender Hersteller von Sensortechnologie sowie von eigensicheren Komponenten und Technologien für explosionsgefährdete Bereiche.

- Für den Einsatz in mobilen Anwendungen bietet das Unternehmen unter anderem induktive Näherungsschalter, Neigungssensoren, Ultraschallsensoren oder Drehgeber.

- Das Unternehmen beschäftigt rund 5.400 Mitarbeiter an mehr als 80 Standorten auf sechs Kontinenten.

Erschienen in Ausgabe: 07/2015