Inhaltsverzeichnis
1. Seilzugwegsensoren als vielseitige Lösung für mobile Maschinen
2. Funktionsweise von Seilzugsensoren
3. Sicherheit in Gabelstaplern
4. Abstandsmessung von Kranstützen
5. Wie Inertialsensoren die Leistung mobiler Maschinen optimieren
6. Einsatz in Arbeitsmaschinen
Der Fokus auf Effizienz, Sicherheit und Präzision beim Einsatz mobiler Maschinen erhöht sich stetig. Zwei Sensortechnologien – Inertialsensoren und Seilzugwegsensoren – haben sich für Messaufgaben in mobilen Maschinen als unverzichtbare Instrumente erwiesen. Sie messen und erfassen Bewegungsinformationen mit hoher Genauigkeit und liefern den Maschinenbetreibern wertvolle Ergebnisse, die für Sicherheit, Optimierung und Predicitve Maintenance ausgewertet werden.
Seilzugwegsensoren als vielseitige Lösung für mobile Maschinen
Die Seilzugwegsensoren der Reihe wireSENSOR von Micro-Epsilon sind eine bewährte Methode zur präzisen Erfassung linearer Bewegungen. Ihre Anwendung findet sich in verschiedenen mobilen Maschinen wie Kranen, Baumaschinen und landwirtschaftlichen Fahrzeugen. Durch die Umwandlung mechanischer Bewegung in elektrische bzw. digitale Signale ermöglichen Seilzugwegsensoren eine genaue Positionsbestimmung und sind in der Lage, selbst unter anspruchsvollen Umgebungsbedingungen zuverlässig zu arbeiten.
Funktionsweise von Seilzugsensoren
Seilzugsensoren bestehen aus einer Trommel, einer Feder, dem Messseil und dem Potentiometer oder Encoder. Die Feder sorgt dafür, dass das Messseil sowohl beim Ausziehen als auch beim Rückzug gespannt bleibt. Dadurch lässt sich der Weg, den das Seil zurücklegt, korrekt erfassen. Das hochflexible Edelstahl-Messseil ist auf eine Trommel aufgewickelt. Wird das Seil auf- oder abgerollt, so dreht sich diese Trommel, an deren Achse ein Potentiometer oder Encoder angebracht ist, um sich selbst. Die Drehung von Trommel und Potentiometer bzw. Encoder, die durch die Abstandsänderung erzeugt wird, kann nun in ein proportionales elektrisches Signal umgewandelt werden. Das Potentiometer wird für analoge Ausgangssignale, der Encoder für digitale Ausgangssignale verwendet. Die ermittelten Signale lassen sich schließlich über die verschiedenen Ausgänge ausgegeben und auswerten.
Sicherheit in Gabelstaplern
In zahlreichen Gabelstaplern übernehmen Seilzug-Wegsensoren wichtige Messaufgaben. Um den Stapler bei Kurvenfahrten oder beim Bremsen und Beschleunigen vor einer Schieflage zu bewahren, wird die Hubhöhe mit Seilzugsensoren erfasst. Daraus wird die optimale Fahrgeschwindigkeit abgeleitet, die vom Fahrer nicht überschritten werden kann. Außerdem dient der Sensor dazu, die Last automatisch auf die richtige Hubhöhe zu bringen, um das Anfahren der richtigen Regalhöhe zu beschleunigen.
Abstandsmessung von Kranstützen
Auch beim Autokran wird Sicherheit großgeschrieben. Deshalb regelt ein Lastmomentbegrenzer, ob der Kran die Last noch anheben kann oder nicht. Um das Maximalgewicht sicher heben zu können, müssen die seitlichen Stützen voll ausgefahren sein. Früher konnte der Kran nicht in Betrieb genommen werden, wenn ein volles Ausfahren der Stützen wegen der örtlichen Gegebenheiten nicht möglich war. Mit modernen Sensoren wird die Nutzung des Krans auch in diesen Fällen möglich. Beim Ausfahren der Kranstützen, wird dieser Weg von den Sensoren genau erfasst. Über die Messergebnisse lässt sich die zulässige Maximallast berechnen und ein sicherer Betrieb gewährleisten.
Wie Inertialsensoren die Leistung mobiler Maschinen optimieren
Im Gegensatz zu den Seilzugwegsensoren basieren Inertialsensoren der Reihe inertialSENSOR auf dem Trägheitsprinzip und messen Beschleunigung, Drehrate und Daten zur räumlichen Orientierung des Fahrzeugs oder von Fahrzeugteilen. Inertialsensoren sind besonders nützlich in Situationen, in denen keine externen Referenzpunkte verfügbar sind oder Seilzugwegsensoren aufgrund von begrenztem Platzangebot oder anderen technischen Einschränkungen nicht angewendet werden können. Sie eröffnen neue Möglichkeiten für die präzise Navigation, Positionierung und Stabilitätskontrolle mobiler Maschinen.
Einer der wichtigsten Parameter in mobilen Arbeitsmaschinen ist die Neigung, denn wenn diese eine gewisse Grenze überschreitet, ist ein Umstürzen der Maschine kaum noch zu vermeiden. Elektronische Neigungssensoren, die den Winkel zwischen Maschine und der Horizontalen bestimmen, basieren in der Regel auf Beschleunigungssensoren, Gyroskopen oder aus einer Kombination beider Messprinzipien. Im letzten Fall spricht man von einem Inertialsensor.
Die Sensoren sind in Mobilen Maschinen Vibrationen und Schocks ausgesetzt, die ohne Kompensation das Messergebnis beeinflussen würden. Der Neigungssensor inertialSENSOR INC5502D von Micro-Epsilon ist speziell für raue Bedingungen entwickelt und eliminiert dabei Messfehler effektiv. Zum Einsatz kommt ein cleverer Algorithmus zur Störungskompensation, der verfälschte Signale deutlich besser als ein einfacher Tiefpassfilter unterdrückt – der sogenannte sensorFusion-Algorithmus. Der Neigungssensor von Micro-Epsilon erreicht dadurch eine sehr gute Signalstabilität und bietet trotzdem eine hohe Dynamik. Selbst in sehr dynamischen Anwendungen erreicht der Sensor eine Genauigkeit von bis zu ± 0,3°. Die hohe Signalgüte des Sensors und eine sehr kurze Reaktionszeit ermöglichen damit genaue Messungen, auch wenn sich die Maschine bewegt. Der Neigungssensor misst in zwei Achsen und kann dabei einen Winkelbereich von 360 Grad in einer Achse und 85 Grad in der zweiten Achse abdecken. Der Sensor ist sehr kompakt, die Abmessungen sind kaum größer als eine Streichholzschachtel. Das Kunststoffgehäuse aus schlagfestem Polyamid ist robust und erfüllt die Schutzart IP69K. Dadurch lässt sich der Sensor flexibel und schnell in mobile Arbeitsmaschinen integrieren.
Einsatz in Arbeitsmaschinen
Für den inertialSENSOR INC5502D gibt es zahlreiche typische Anwendungen im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen. Die naheliegendste Möglichkeit ist die dauerhafte Messung des Winkels, um ein Umkippen einer Maschine zu verhindern. Dies geschieht zum Beispiel bei selbstfahrenden Walzen-Verdichtern, die über eine Fernsteuerung bedient werden können. Solche Walzen werden zur Verdichtung im Erd- oder Tiefbau eingesetzt und haben überall dort Vorteile, wo beengte Verhältnisse vorherrschen. Die Steuerung schaltet die Maschine sofort ab, wenn der vom Neigungssensor gemessene Winkel einen voreingestellten Grenzwert überschreitet. Ein Umkippen, das eventuell kostspielige Folgen hätte, wird so wirkungsvoll verhindert. Der INC5502D erfasst die Lage schnell und störungsfrei trotz der erheblichen Vibrationen, die in der Walze zur Übertragung der Verdichtungsenergie notwendig sind.
Eine weitere Anwendung, bei der es auf die Sicherheit im Betrieb ankommt, ist die Einstellung der maximalen Höhe, in die eine Baggerschaufel bewegt werden darf. Wenn die Neigung des Arbeitsarms gemessen wird, kann die Steuerung über die bekannte Maschinengeometrie die Höhe der Baggerschaufel bestimmen. So lässt sich etwa die Arbeitshöhe beschränken, wenn auf einer Baustelle gearbeitet wird, auf der Freileitungen oberhalb des Arbeitsbereichs verlaufen. Äquivalent funktioniert dies auch bei der Beschränkung der Arbeitstiefe, um beispielsweise sicherzustellen, dass im Erdreich verlegte Leitungen nicht beschädigt werden. (jg)
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