Weg- und Winkelsensorik für die Mobile Automation

Vom Menschen häufig unbemerkt, ist auch im Bereich der Mobilen Automation ein Trend ungebremst: Die Automatisierung nimmt weiter zu und damit rücken auch Sensortechnologien verstärkt in den Blickpunkt. Während Anwender mobiler Maschinen und Anlagen eine immer komplexere Technik vorfinden, übernehmen gleichzeitig neue Systeme und Technologien viele Funktionen, um die Nutzer zu  entlasten. Weg und Winkelsensoren liefern hier eine Vielzahl an Informationen, die die komplexen Vorgänge immer präziser und umfangreicher regeln und steuern. Und weil mehr Automatisierung immer auch mehr Drehgeber, Neigungssensoren und Linearwegsensoren bedeutet, ist für neue Einsatzmöglichkeiten dieser kleinen aber so bedeutsamen Helfer auch vorerst kein Ende in Sicht.   Definition „Mobile Automation“  
Eine generelle Definition „Mobiler Automation“ beinhaltet zunächst sämtliche „nicht stationären Arbeitsmaschinen“. Der gemeinsame Nenner dieser recht unüberschaubaren Gruppierung liegt in erster Linie darin, dass mobile Maschinen und Anlagen - gleich ob sie mithilfe von 4 oder 40 Rädern bewegt werden, über bewegliche Generatoren oder Batterien elektrisch versorgt werden und häufig – aber nicht aber nicht zwangsläufig - im Außeneinsatz zu finden sind.   Nach Einsatzgebieten unterteilt zählen zur Branche Kräne und Baumaschinen, Tunnel- und Untertagefahrzeuge und Feuerwehr- Land - und forstwirtschaftliche Fahrzeuge - mitsamt ihren Anhängern. Dazu gehören weiterhin Kommunal- und Flughafenfahrzeuge, Teleskopstapler, LKW-Kräne und LKW-Ausrüstung sowie Flurförderzeuge und Transportsysteme, die im Innenbereich genutzt werden. Sehr spezielle Anforderungen stellen zudem Schienenfahrzeuge sowie Spezial- und Schwerlastfahrzeuge.   Zukunftstrend Robustheit  
Generell gilt: Weil sich die Einsatzbereiche für Sensoren erweitern, werden auch die technischen Anforderungen an sie immer komplexer. Im Bereich Drehgeber liegt einer der  Zukunftstrends der Mobilen Automation im Bereich Robustheit: Sensoren müssen zunehmend extremen Umweltbedingungen standhalten. Die kleinen Helfer müssen viel einstecken können…. Feuchtigkeit, Regen, Dampfstrahler, Straßensalz, Betauung, Schocks, Vibration, Staub Sonne, Kälte. Kaum ein Anwendungsfeld, das Sensoren mehr abverlangt, als die Mobile Automation. Es ist faszinierend anzusehen, wie vergleichsweise winzige Geräte wichtige Aufgaben an oft exponierten Einbaulagen z.B. eines Schaufelradbaggers im Braunkohleabbau übernehmen.     Mobile Automation steht zumeist synonym für Außeneinsatz mit allem, was dazu gehört: Von großen Temperaturschwankungen bis hin zu hoher Feuchtigkeit.  Diese Eigenschaften sind aber nur Grundvoraussetzungen, denn die Maschinen und Elektrokonstrukteure des Kunden fordern weit mehr.   Schnittstellen:
So zum Beispiel geeignete Schnittstellen. CANopen hat sich hier durchgesetzt. Inzwischen gibt es auf dieser Basis ein Standardprotokolls der Society of Automotive Engineers das SAE J1939 Protokoll  für Nutzfahrzeuge, Schiffe, Schienenfahrzeuge, Bau- und Landmaschinen. Dieses Protokoll ist in die magnetischen Kübler CANopen Drehgeber absolut  Sendix M3658 und M3678 integriert und gewährleistet den reibungslosen Informationsaustausch zwischen einzelnen Subsystemen.   Funktionale Sicherheit:
ABS, EPS oder automatische Abstandswarnung: Eine umfangreiche Sicherheitsausstattung gehört bei Autos zu den wichtigsten Verkaufsargumenten. Auch bei mobilen Arbeitsmaschinen gewinnt die Sicherheitstechnik an Bedeutung. Sicherheit wurde früher durch viel personelle Kontrolle und dann über redundante Systeme hergestellt. Funktionale Sicherheit geht weiter. Maschinen und Anlagen müssen nach der neue Maschinenrichtlinie konstruiert werden. Zertifizierte Komponenten helfen bei der der Komponentenauswahl und vereinfachen den Zulassungsprozess für die gesamte Maschine. Sichere Bewegungen in allen Antriebstechnologien und  schnelle Reaktion der Überwachungsfunktionen bilden  die grundlegende Voraussetzung für einen wirksamen  Personenschutz. Dazu sind auch sichere Drehgeber notwendig. Kübler hat hierzu SIL 3 zertifizierte Drehgeber im Programm, sowohl absolut als auch inkremental.   Um den anspruchsvollen Anforderungen in dieser Branche gerecht zu werden, profitiert Kübler von 50 Jahren Erfahrung im Maschinenbau und in der allgemeinen Automatisierungstechnik. Immer wieder wurden spezifische Anforderungen umgesetzt und Kompetenzen weiterentwickelt, die speziell für Kunden aus dem Markt der mobilen Automation hilfreich sind.   Welches sind die Basisanforderungen?  
Sensorik für die Mobile Automation benötigt zunächst einen großen Arbeitstemperaturbereich, wobei den Drehgebern neben klimatischen Besonderheiten auch die von mobilen Maschinen selbst erzeugte Motorabwärme viel abverlangt. Kübler bietet für Drehgeber Temperaturbereiche von -40° C bis zu +90° C an. Besonders schock- und vibrationsfest müssen sie aufgrund von Motor-, Fahrtvibrationen oder Bewegungen sein. Hier bewährt sich der extrem robuste Lageraufbau aller Kübler Sendix Drehgeber. Das geschützte Safety Lock™ Design sorgt für Stabilität bei Vibration und Installationsfehlern. Verblockte Lager, große Lagerabstände und extra starke Außenlager verzeihen grobe Installation und Handling und vermeiden wirkungsvoll teure Maschinenstillstände oder Reparaturen.   Feuchtigkeitsschutz und robuste Oberflächen sind ein drittes wichtiges Thema. Hier stellen hohe Luftfeuchtigkeit und Regen noch das geringste Problem dar. Dampfstrahlreinigung, Straßenspritzwasser, Straßensalz und – taumittel sind schon eher das Problem. In Salzsprühmaschinen regeln Sendix Drehgeber im zertifizierten, salzwasserresistenten Gehäuse die Drehzahl der Salzförderschnecke und sorgen so für eine präzise Dosierung des Streu- und Spritzmaterials. Zum Einsatz kommen neben den salzwasserresistenten Varianten hier auch Edelstahlgeber und Modelle aus salzwasserbeständigem Aluminium. Der hohe IP-Schutz, der bis zu 69K möglich ist, bietet neben verschiedenen feuchten Substanzen und Flüssigkeiten auch Schutz vor feinstem Staub, Straßen- Erd- und Gesteinspartikeln.   Positionssensorik, und damit die Erfassung, Identifizierung, Distanzmessung bis hin zur Datenübertragung von Positionen und Bewegungen, leistet einen wesentlichen Beitrag zur Gesamtperformance mobiler Maschinen.       Optisch oder magnetisch   
Zu den genannten Eigenschaften kommen daher spezielle Anforderungen an die Auflösung und Genauigkeit der Sensoren – diese reichen von ganz einfachen Systemen bis hin zu hochgenauen Winkelmesssystemen. Kübler stellt sowohl magnetische als auch optische Drehgeber her. Beide habe ihre Berechtigung am Markt.   Magnetische Geräte sind oft voll verkapselt und es ist damit einfacher, eine Schutzart von IP 69K zu erreichen. Sie sind allerdings ungenauer und lösen nicht so hoch auf. Die Anwendung liegt z.B. bei kurzen Wegen, geringer Wiederholgenauigkeit oder manueller Positionsüberwachung. Auch wo ein hoher IP Schutz gefordert ist oder bei extremer Betauung kommen sie zum Einsatz.   Optische Geber hingegen eignen sich ebenso für robuste Anwendungen bis IP 67. Sie bieten eine hohe Auflösung und Genauigkeit und werden bei langen Wegen, hoher Wiederholgenauigkeit oder automatische Positionierung eingesetzt. Singleturn Auflösungen von bis zu 17 Bit sind üblich; Multiturnauflösungen bis 41 Bit realisierbar. Bei optischen Gebern sind zur Winkelpositionierung Genauigkeiten von weniger als 33 Winkelsekunden erreichbar.      Entscheidungshilfe Checkliste 
Für den Einsatz von Sensoren ist es entscheidend, unterschiedlichste Varianten zur Lösung von speziellen Aufgaben zur Verfügung zu haben. Kommt das entsprechend breite Angebot dann noch aus einer Hand, so bringt es den Nutzern tatsächlich entscheidende Vorteile.   Neben dem breiten Angebot an inkrementalen und absoluten Drehgebern, Seilzügen, Inklinometern sowie linear magnetischen Messsystemen gewinnt kompetente Service- und  Vertriebsarbeit bei Kübler ständig an Bedeutung. Mithilfe eines ausgeklügelten Geschäftssystems, dem KDS, Kübler Design System, wird Kübler schon vom ersten Schritt – von der Analyse und der Erstellung des Anforderungsprofils an - den Erwartungen der Projektpartner und Kunden gerecht. Dazu gehört das schrittweise und systematische  Abfragen der exakten Anwendungskriterien – am besten mithilfe einer Checkliste, die auch gleich die möglichen Lösungen mitliefert.   Natürlich gehört zum kompletten Kübler Produktportfolio auch die Zähl- und Anzeigetechnik. Zeitzähler überwachen etwa die Wartungszyklen von Hydrauliköl; Multifunktionszähler erfüllen komplette Steuerungsaufgaben. Prozessanzeigen überwachen zudem Analogwerte von Last- und Temperatursensoren.     Unermüdlicher Außeneinsatz: Sensorik für die Feuerwehr... 
Wenn die Feuerwehr ausrückt, kommt es auf die Minute an. Selbstverständlich fährt die lange Drehleiter einwandfrei und im richtigen Tempo aus. Sie dreht sich um 360 Grad bis in die exakt richtige Position. Gleichzeitig trägt der Personenkorb am Ende der Leiter in sicherer horizontaler Lage ohne Abweichungen einen Feuerwehrmann in luftiger Höhe bis an das Wohnungsfenster, aus dem schon der Rauch quillt. Der Korb verliert selbst dann keinen Gradwinkel seiner Ausrichtung, als eine Person aus dem brennenden Haus in den Personenkorb zusteigt. Auch als zwei weitere Personen zusteigen bleibt der vorgegebene Winkel beibehalten.   Die Situation beschreibt beispielhaft ein Brandszenario, in dem sich alle beteiligten Helfer auf die sichere Funktion des Einsatzfahrzeugs verlassen müssen und können. Aber hinter den vielen selbstverständlichen, kontrollierten und geregelten Aktionen bei Brandeinsätzen stecken- obwohl vom Menschen kaum wahrgenommen – wichtige Technologien, nicht zuletzt im Bereich Sensorik.   Für einen bedeutenden US- amerikanischen Hersteller von Feuerwehr-Einsatzfahrzeugen liefern Kübler Sensoren gleich an 5 neuralgischen Punkten die passende Technologie für wichtige Einsatzaufgaben. Das zuverlässige Funktionieren entscheidet hier im Zweifel über Leben und Tod. Drehgeber, Seilzüge und Neigungssensoren von Kübler erfassen und regeln die Leiterdrehung, den  Leiteraufstellwinkel, die Leiterlänge, die Auslegerposition und auch die sichere die horizontale Lage des Personenkorbs. Aufgrund der rauen und ungenauen Einbausituation war es wichtig, besonders robuste Drehgeber einzusetzen, die „auch schon mal einen ordentlichen Knuff“ vertragen. Kübler Sendix Drehgeber 58 mit ihrem extra robusten Lageraufbau im Safety Lock Design boten sich hier als Lösung der Wahl an. Die hohe Schutzart IP 67 sorgt dabei für Dichte bei intensiven Außeneinsätzen.     …und für Lagerhallen: Fahrerlose Transportsysteme  
Ein konträres Anforderungsprofil zu den robusten Einsatzfahrzeugen der Feuerwehr besitzen die fahrerlosen Transportsysteme von MLR System. Sie sorgen für einen effektiven und wirtschaftlichen Fluss von Materialen aller Art in Montage- und Lagerhallen. Mit automatischer Lagertechnik wird das Kosten- und Leistungsspektrum in der Warenverteilung optimiert.   Höchst unterschiedliche Güter nehmen die Transportsysteme vollautomatisch von ihren Bereitstellplätzen auf, transportieren sie sicher und geben sich an die Zielposition ab. Die Ermittlung der Geschwindigkeit, des Lenkwinkels der Fahrzeuge und die der exakten Position der Lastträger übernehmen Drehgeber und Seilzugsysteme von  Kübler. Mit genauen Drehzahl- und Positionssignalen sorgen sie für die sichere und zuverlässige Funktion der intelligenten Fahrzeuge.
Es steckt viel Automatisierung in den Fahrzeugen. Sensoren, Antriebe, Steuerungselemente und auch Positions- und Drehzahlgeber müssen daher perfekt zusammenspielen - und zwar auf sehr beengtem Raum, denn die Fahrzeuge müssen kompakt gebaut sein.   In den MLR Transportsystemen messen Miniatur-Inkrementaldrehgeber die Geschwindigkeit. Drehgeber sitzen hierfür am Fahrantrieb und liefern die schnellen Echtzeitsignale an die Steuerung. Kompakte Sendix Absolut-Drehgeber messen zudem die Winkelstellung der Lenkachse. Der Positionswert wird über eine CANopen-Schnittstelle an die Steuerung übertragen, damit das Gefährt sicher und dynamisch steuern kann. Die Transportlast muss aus unterschiedlich hohen Bereitstellplätzen entnommen werden und auch wieder an unterschiedlichen Plätzen abgeladen werden. Die Höhe des Lastenträgers wird dabei über das Kübler Seilzugsystem gemessen, das einen Messbereich von bis zu 6 Meter abdeckt. Hierbei wird die Höhe des Lastenträgers über ein Drahtseil und eine Trommel in eine rotative Bewegung umgewandelt. Den Positionswert misst dann ein absoluter Multiturn-Drehgeber und überträgt ihn ebenfalls über die CANopen-Schnittstelle an die Steuerung. Selbst nach einem kompletten Abschalten des Fahrzeuges steht die absolute Position des Lastenträgers beim Einschalten sofort zur Verfügung.   Alle Komponenten aus einer Hand  
Als Experte für Weg- und Winkelerfassung in der mobilen Automation liefert Kübler so unterschiedliche Komponenten wie sie die robuste Outdoor-Anwendung in Feuerwehrfahrzeugen oder die genauen Indoor-Anwendungen der fahrerlosen Transportsysteme erfordern aus einer Hand. Die Flexibilität, von der die Kunden profitieren, schafft Kübler aufgrund seines  umfangreichen Produktportfolios und dem Servicemodells, dem KDS (Kübler Design System). Dadurch erhält der Konstrukteur beim Kunden nicht nur höchst zuverlässige Komponenten sondern er trifft auf Kübler Vertriebsingenieure, die seine Branche und seine Anforderungen aus vielen Projekten kennen.