Sensorik-Trends für Nutzfahrzeuge und Mobile Maschinen

Intelligente Lösungen steigern Effizienz und Wirtschaftlichkeit

Pepperl+Fuchs: Für Baumaschinen, land- und forstwirtschaftliche Maschinen, Kommunalfahrzeuge sowie Gabelstapler und Spreader liefert Pepperl+Fuchs besonders robuste und widerstandsfähige Sensoren aller Wirkprinzipien. Sie sind den erhöhten Anforderungen im ständigen Outdoor-Einsatz gewachsen und zeichnen sich u. a. durch erweiterte Spannungsbereiche für Bordnetze, ölbeständige Anschlussleitungen, erhöhte Störsicherheit und Elektromagnetische Verträglichkeit sowie e1-Zulassung aus. Zum Portfolio gehören z. B. induktive Sensoren in Zylinderbauform der Serien M12, M18 und M30, wahlweise in Edelstahlausführung, quaderförmige Sensoren der Baureihe F33, Neigungssensoren des Typs F99 für Messbereiche 0...360° oder die absolutmessenden induktiven Weg- und Winkelsensoren der PMI-Familie. Für besondere Anforderungen an harte Umgebungsbedingungen oder Sicherheit gibt es magnetische Drehgeber bzw. spezielle Safety-Drehgeber mit funktionaler Sicherheit. Auch Ultraschall-Sensoren finden ein breites Anwendungsgebiet, z. B. in Agrarmaschinen.

Immer mehr Elektronik trägt in modernen Nutzfahrzeugen und mobilen Arbeitsmaschinen dazu bei, dass die in der Regel teuren Maschinen ihre Aufgaben mit hoher Effizienz, d. h. geringem Energie-, Material- und Zeitaufwand, erledigen. Das funktioniert nur mit entsprechend leistungsfähiger Sensorik. Die Sensoren in diesem Bereich sind jedoch ständig Wind und Wetter ausgesetzt und müssen daher außergewöhnliche Robustheit, Langlebigkeit und Leistungsfähigkeit in sich vereinen. Der Beitrag verschafft einen Überblick über die neuesten Sensor-Entwicklungen für den Bereich Mobile Equipment.

In Nutzfahrzeugen und Mobilen Maschinen gilt es, die unterschiedlichsten Betriebsabläufe rationell zu meistern. Dabei spielen Sensoren eine wichtige Rolle. Sie versorgen Steuergeräte mit Informationen über Dreh- und Kippwinkel, Stellungen von Greifern, Pedalen, Gabeln, Verdichtungszylindern, detektieren die Anwesenheit von Anbaugeräten und vieles mehr. Ganz oben auf der Anforderungsliste an Mobile-Equipment-Sensoren stehen Zuverlässigkeit und Qualität, denn Fahrzeuge sind naturgemäß unterwegs und ein Serviceteam kann nicht – wie in stationären Fabrikanlagen – binnen weniger Minuten zur Stelle sein. Bei Sensorausfall ist dann allenfalls noch ein eingeschränkter Notbetrieb möglich. Die Geräte sind permanent wechselnden Einflüssen wie z. B. Hitze, Kälte, Regen, Streusalz, Meerwasseratmosphäre, ätzenden Chemikalien und stärksten Erschütterungen und Vibrationen ausgesetzt.

Berührungsloses Wirkprinzip ist Trumpf

Neben vielen Verbesserungen und Weiterentwicklungen in der Fahrzeugtechnik ist daher im Bereich der Sensorik ein klarer Trend in Richtung zum berührungslosen Wirkprinzip zu erkennen. Verschleissfrei arbeitende Sensoren gewährleisten lange Laufzeiten und erhöhen die Verfügbarkeit der Geräte und Maschinen. Ob induktiv, kapazitiv, magnetisch, optoelektronisch oder mit Ultraschall-Technologie, im Portfolio von Pepperl+Fuchs findet man stets den geeigneten Sensor für allgemeine und spezielle Aufgabenstellungen rund um den Nutzfahrzeug- und Mobile-Equipment-Bereich.

Je nach Situation zeichnen sich die Systeme durch einige spezielle für den Nutzfahrzeug- und Mobile-Equipment-Bereich zugeschnittene Eigenschaften aus. Der Spannungsbereich von 10...60 V unterstützt gängige Bordnetzspannungen von 12 V, 24 V und 48 V, Anschlussleitungen sind in ölbeständigen Ausführungen und mit dickeren Kabelquerschnitten von 0,5 oder 0,75 mm² lieferbar und nicht zuletzt liegt einer der Schwerpunkte auf erhöhter Störsicherheit und Elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV). Aus diesem Grund tragen etliche Highlights des Mobile-Sensorprogramms die e1-Zulassung, die verbindlich bei Fahrzeugen vorgeschrieben ist, die für den öffentlichen Straßenverkehr vorgesehen sind und eine allgemeine Betriebserlaubnis benötigen.

Rund und vielseitig

Die induktiven Sensoren in Zylinderbauform der Serien M12, M18 und M30 sind Beispiele für perfekte Mobile-Equipment-Sensoren. Sie verfügen über die e1-Zulassung, arbeiten berührungslos, sind durch ihr induktives Wirkprinzip und die Schutzart IP68 und IP69K äußerst robust gegenüber extremen Umgebungsbedingungen und eignen sich für einen erweiterten Temperaturbereich von -40...+85 °C. Man findet sie an Bau- und landwirtschaftlichen Maschinen z. B. in Baggern zur Überwachung von Schaufeln und Anbaugeräten. Dort leisten sie beim zunehmenden Einsatz von Schnellwechselsystemen einen wichtigen Beitrag zur Zeit- und Kostenersparnis. In Erntemaschinen wiederum dienen sie zum Abfragen verschiedener Klappen, Fördereinrichtungen, Rodereinheiten oder Verriegelungen usw. Die praktische zylindrische Bauform erlaubt einen problemlosen Einbau an den verschiedensten Stellen der Maschinen. Mit der hohen Störfestigkeit von 100 V/m übertreffen die Geräte die von der Norm geforderten 30 V/m um mehr als das Dreifache. In gleicher Weise können induktive quaderförmige Sensoren der Bauform F33 eingesetzt werden.

Als sogenannte „Metal-Face“-Sensoren sind die induktiven Zylinderbauformen für Geräte mit Einsatzschwerpunkt in besonders aggressiven Umgebungen auch in Edelstahlausführung erhältlich. Applikationen dafür gibt es z. B. an Transportfahrzeugen für Säuren und Chemikalien, an Spreadern oder Hafenkränen in Meeresnähe mit salzhaltiger Feuchtigkeit, an Müllabfuhren oder wenn häufige Behandlungen mit Hochdruckreinigern unverzichtbar sind.

Für mühelose „Gratwanderungen“

Nicht minder interessant sind die Neigungssensoren vom Typ F99. Ebenfalls mit e1-Zulassung ausgestattet, eignen sie sich überall dort, wo es um die Überwachung von Kippwinkeln kompletter Fahrzeuge oder um die Ausrichtung von Anbaugeräten, Auslegern, beweglichen Ladeflächen usw. geht. Der F99 warnt Bagger in unebenem Gelände, sich unter Lasten neigende Kranwagen, Gabelstapler oder Feuerwehrautos mit ausgefahrener Leiter bevor kritische Grenzwinkel erreicht werden. Das mikromechanische Messelement mit Feder-Masse-System ist samt Auswerteelektronik in einer robusten Metallwanne mit Schutzart IP68/69K untergebracht und ist daher direkt am Fahrzeug ohne weiteres Schutzgehäuse montierbar. Die Neigungssensoren stellen Analogausgänge für 0...5 V oder 4...20 mA sowie optional Schaltausgänge zur Verfügung und sind als Ausführung für eine oder zwei Achsen mit Messbereichen von 0...360° erhältlich.

Absolute Wege und Winkel induktiv erfassen

Ein großes Einsatzfeld in mobilen Maschinen decken die absolutmessenden Weg- und Winkelsensoren der PMI-Sensorfamilie ab. Die verschleißfrei arbeitenden Sensoren sind voll gekapselt und in robusten hochdichten Gehäusen untergebracht. Durch parametrierbare Mess- und Schaltbereiche lassen sie sich den unterschiedlichsten Aufgabenstellungen optimal anpassen. Sie liefern ein 4...20 mA Stromsignal und sind wahlweise zusätzlich mit Schaltausgängen ausgestattet. Der PMI360D erfasst Winkel im Bereich von 0...360°, die Längenmesssysteme der Serie F110 z. B. haben verschiedene Erfassungsbereiche von bis zu 810 mm. Anwendungen finden sich z. B. bei Landmaschinen, um den Lenkeinschlag mitlenkender Vorder- und Hinterachsen zu überwachen oder um eine präzise Positionierung von Achsverstellungen zu erreichen, wenn die Gesamtlast von Fahrzeugen gezielt auf mehrere Spuren verteilt werden soll.

Vom Safety-Drehgeber bis zum Ultraschall-Sensor

Als Alternative zum induktiven Drehgeber hat Pepperl+Fuchs auch magnetische Inkremental-Drehgeber oder spezielle Safety-Drehgeber im Programm. Die magnetischen Drehgeber MNI40N sind öl- und wasserfest, extrem schock- und schwingungsfest und verkraften Temperaturen bis 100 °C. Die Safety-Drehgeber mit zertifizierter funktionaler Sicherheit kommen hingegen überall dort zum Einsatz, wo besondere Anforderungen an die Sicherheit unverzichtbar sind. Sie eignen sich für Systeme mit Sicherheitskategorie bis SIL3 nach IEC 61508 und liefern ein Performance Level e nach ISO 13849.

Interessante Einsatzmöglichkeiten im Nutzfahrzeugbereich sowie bei mobilen Maschinen bieten auch Ultraschall-Sensoren. Mit den Ultraschallsensoren der Serie 30GM lässt sich bei fahrerlosen Landmaschinen eine Spurführung in Abhängigkeit vorhandener Furchen realisieren. Diese Lösung arbeitet nicht nur präziser als andere Technologien wie GPS, sondern ist auch weniger verschmutzungsempfindlich als z. B. kamerabasierte Systeme. Auch bei der Abstandsüberwachung des Gestänges von Feldspritzen eignen sich die Sensoren, um einen definierten Abstand der Spritzdüsen zum Boden zu gewährleisten. Damit ist speziell auf unebenen Feldflächen eine optimale Düngemittelausbringung möglich.

Häufig gilt es auch bei Nutzfahrzeugen, Maschinenteile wie Anbaugeräte eindeutig zu identifizieren. Hierfür sind die Identsysteme vom Typ IdentControl Compact prädestiniert. Sie sind in einem robusten Metallgehäuse der Schutzart IP67 untergebracht und mit M12-Anschlüssen ausgestattet.

Fazit

Alles in allem steht Herstellern von Mobilen Maschinen eine große Auswahl verschiedenster Sensortypen und Technologien aus einer Hand zur Auswahl. Selbstverständlich liefert Pepperl+Fuchs die Sensoren auf Wunsch mit kundenspezifischen Kabellängen und marktüblichen Steckverbindern führender Hersteller wie beispielsweise von Compagnie Deutsch, Tyco Electronics, Molex, JST und ITT aus.