Wer in schwindelnder Höhe auf Fensterputzplattformen, Hebebühnen oder Feuerwehrleitern arbeitet, will sicher sein, dass sein Untergrund stabil in der Waagerechten bleibt. Spezielle Sensoren überwachen daher dessen Neigung. Werden eingestellte Grenzwerte erreicht, sorgen sie für Warnmeldungen oder sofortigen Motorenstopp.
Anzeige
Wie können Automatisierer KI-Modelle intuitiv entwickeln und in die Steuerung integrieren? Wie lässt sich überschüssige Energie im Antriebsverbund wieder...
Im Produktbereich „Sicherheitstechnik“ bietet Elobau eine Vielzahl Sensoren und anderer elektrischer Bauteile an, die den Arbeitszustand von Maschinen überwachen. Dazu gehören auch Neigungsschalter, die im gesamten Maschinen- und Fahrzeugbau zum Einsatz kommen. Besonders wichtig sind sie bei sicherheitsrelevanten Anwendungen wie Arbeitsplattformen in luftiger Höhe. Hier überwachen sie die Lage der Plattformen und melden jede Schieflage weiter, um Motor-Stopps und Alarmierungen auszulösen oder Bremsen zu betätigen.
In der Praxis sieht das beispielsweise so aus: Neigt sich die Plattform um voreingestellte ±2°, wird eine Warnmeldung ausgegeben. Bei wiederum vorgewählten ±5°, stoppt der Motor sofort und ein weiteres Kippen wird verhindert.
Die Verantwortung dafür, dass die Neigung sicher erkannt wird, tragen sogenannte Neigungsschalter, die es für sicherheitsrelevante Einsätze in redundanter Ausführung gibt. Um zu vermeiden, dass es durch ungefährliche Vibrationen der Plattform zu Fehlmeldungen kommt, lassen sie sich auch mit einer Zeitverzögerung versehen.
Quecksilber-Schalter sind passé
Solche Neigungsschalter wurden bis heute vielfach mit Quecksilberkontakten realisiert. Pro Neigungsachse (X und/oder Y) konnten davon bis zu sechs Kontakte verbaut werden, deren Schaltpunkte sich einzeln auf eine Gradzahl einstellen ließen. Meist wurden die digitalen Signale „Und“-verknüpft und über zwei Relaisausgänge ausgegeben.
Das gewachsene Umweltbewusstsein ließ Elobau nach Lösungen suchen, die Quecksilber überflüssig machen. Vor kurzem stellten die Allgäuer die Neigungsschalter der Serien N1 und N2 vor, welche die Aufgaben der bisherigen Quecksilberschalter komplett übernehmen und zusätzliche Möglichkeiten bieten. Ihre wichtigsten Vorzüge liegen in der Schadstofffreiheit sowie der freien Wahl der Ausgangssignale. Diese Schalter arbeiten berührungslos: Ein Magnet, der im Drehpunkt eines Pendels befestigt ist, bewegt sich um einen Hallsensor herum. Hierbei wird die Position ausgewertet und in gewünschter Form ausgegeben.
Viele Ausgabe- möglichkeiten
Die neuen Neigungsschalter bieten verschiedene Ausgabemöglichkeiten. War bei der bisherigen Quecksilber-Alternative lediglich ein digitales Ausgangssignal möglich, kann bei den Serien N1 und N2 zwischen digitalen und analogen Signalen gewählt werden. Die analogen Signale stehen in Form von Strom oder Spannung zur Verfügung. Bei den digitalen Signalen werden Relais oder Transistoren angesteuert. Es sind auch Varianten möglich, die sowohl digitale als auch analoge Ausgangssignale liefern.
Elobau-Geschäftsführer Michael Hetzer hat das Ohr am Markt: „Das Sicherheitsbewusstsein nimmt spürbar zu, weshalb mehr und mehr redundante Lösungen verlangt werden. Daher haben wir bei den neuen Geräten von vorneherein auf Redundanzmöglichkeiten geachtet. Das heißt, es können zwei völlig voneinander getrennte Schaltkreise verbaut werden – mit zwei Hallelementen und zwei Mikrocontrollern, die an der Ausgangsseite auf entsprechende Relais oder Transistoren treffen.“
Auch die Verknüpfung der einzelnen Kontakte ist variabel. Hetzer führt dazu aus: „In der Sicherheitstechnik ist es üblich, die Kontakte ‚Und’ zu verknüpfen, aber auch die ‚Oder’-Verknüpfung der einzelnen Kontakte ist möglich. Eine weitere realisierbare Variante ist, die Signale für jeden Schaltwinkel einzeln ausgeben zu lassen.“
Mit den Neigungsschaltern der Serie N1/N2 lässt sich der Gesamtwinkelbereich in Schritten von 0,5° im Bereich von ±2° bis ±15° definieren. Es stehen sowohl einachsige (N1) als auch zweiachsige Ausführungen (N2) zur Verfügung. Mit einer optionalen Libelle auf dem Gehäusedeckel und optionalen Schrauben mit Federn kann der Anwender den Neigungsschalter N2 sehr einfach in die 0°-Position ausrichten.
Pendelprinzip mit Hallsensor
Das Prinzip der neuen Neigungssensoren – den von einem Magnet umschlossenen Hallsensor – setzt Elobau schon einige Zeit bei Winkelsensoren ein. Auch diese Bauteile überwachen eine bewegte Achse und geben die Positionssignale weiter. Bei den bisherigen Ausführungen liegen die überwachten Winkel bei ±60°. Theoretisch sind auch größere Winkel möglich – allerdings auf Kosten der Genauigkeit. Im Hall-Chip wird ein Sinus-Signal erzeugt und von der Elobau-Elektronik werden drei Fixpunkte programmiert: Anfangs- und Endwinkel und Null-Punkt.
Bei Winkelsensoren entsteht immer ein Analogsignal als Ausgang. Denn bei deren Einsatz geht es nicht um irgendwelche Grenzwinkel, sondern um ein kontinuierliches Ausgangssignal. Das kann in Form von Strom oder Spannung sowie in ratiometrischer Ausführung angeboten werden.
Ohne mechanische Übertragung
Zu den klassischen Anwendungen der Winkelsensoren gehört „Drive by wire“, bei dem die mechanische Übertragung des Gas-, Kupplungs- oder Bremspedals mit einem solchen Sensor ersetzt wird.
Doch die Automobil-Industrie ist nicht die einzige, die solche Sensoren nutzt. Auch in Textilmaschinen sind Winkelsensoren im Einsatz, um „Tänzer“ im Auge zu behalten. Selbst beim automatischen Schälen von Baumstämmen spielen die Sensoren eine wichtige Rolle: Mit ihrer Hilfe wird der Umfang des Baums immer wieder neu vermessen; dem Ergebnis entsprechend werden die Sägen eingestellt, damit nicht zuviel Holz entfernt wird.
Elobau unterscheidet bei den Winkelsensoren die zwei Bauformen 424A/B und 424R. Die neueren 424R-Sensoren bieten den Vorteil einer optionalen redundanten Ausführung. Außerdem kann direkt im Gerät ein aktives CAN-Signal erzeugt werden, um direkt auf einem CAN-Bus eingespeist zu werden.
Erweitertes Einsatzspektrum
Michael Hetzer lässt einen Blick auf die nächsten Neuerungen zu: „In Kürze stellen wir einen neuen Low-Cost-Winkelsensor vor, der bei Drehachsen eingesetzt werden kann, auf die keinerlei Querkraft wirkt. In unserer neuen Bauform wird es außerdem einen weiteren Winkelsensor geben, der eine volle Umdrehung, also 360° überwachen kann.“ Das Besondere ist sein sehr lineares Ausgangssignal über die gesamte Umdrehung. Bei den anderen Systemen wird der Fehler aufgrund des sinusförmigen Signals immer größer, je näher man an die Wendepunkte kommt. Der neue Sensor kann durch seinen veränderten Aufbau 360° annähernd geradlinig darstellen.
Neigungsschalter KEM 588
Winkelsensoren KEM 589
Mess-Lexikon
Messe Sensor + Test 2006
Nachgefragt
KEM: Herr Hetzer, gibt es für Neigungssensoren auch Anwendungen, die nicht in „luftiger Höhe“ stattfinden?
Hetzer: Neigungssensoren sind immer dann gefragt, wenn ein Objekt nicht in Schieflage geraten darf. So haben wir zum Beispiel auch eine Anwendung in Gabelstaplern, bei der die Neigung des Hubmastes abgefragt wird.
KEM: Wie reagieren die Kunden auf die Quecksilberfreiheit?
Hetzer: Durchaus positiv. In Skandinavien ist Quecksilber ja schon mehrere Jahre verboten, und hier in Deutschland ist die neue Regelung seit geraumer Zeit in aller Munde.
KEM: Wie kommen Kunden bei den vielen Konfigurationsmöglichkeiten zum gewünschten Produkt?
Hetzer: Wir haben für unsere Kunden ein Spezifikationsblatt entwickelt, in das der Kunde seine Wünsche eintragen kann. Da wir uns bemüht haben, alle möglichen Anforderungen mit unserer neuen Generation von Quecksilberschaltern abzubilden, ist das Konfigurationsblatt sehr umfangreich geworden. Doch die Fragen sind einfach formuliert, so dass der Kunde kein Problem hat, seine Wünsche zu konkretisieren. Dementsprechend bekommt er die Neigungsschalter vorkonfiguriert geliefert. (df)
Teilen:
