Drehgeber für mobile Arbeitsmaschinen

Von Filippo Zerbo

Die Umgebungsbedingungen für mobile Maschinen und Nutzfahrzeuge sind in den vergangenen Jahren noch härter geworden – Tendenz weiterhin steigend. Leistungsstärkere Maschinen, größere Transportkapazitäten und höhere Geschwindigkeiten fordern entsprechend robustere Konstruktionen für alle Bauteile. Das raue Umfeld bringt besondere Anforderungen mit sich, die von besonderen Schutzklassen über das passende Protokoll bis hin zur Erfüllung aller Sicherheitsnormen reichen. In der mobilen Automation spielen Drehgeber eine wesentliche Rolle, wenn es gilt, die unterschiedlichsten Betriebsabläufe rationell zu meistern. Die Informationen, die sie liefern, machen Einsätze mobiler Maschinen kalkulierbarer und – oft entscheidend – sicherer. Im Falle der Überwachung des Verhältnisses von Last zu Abstützung und Auslegerwinkel, etwa bei Feuerwehrfahrzeugen mit Drehleiter oder bei Turmkranen, helfen sie, Unfälle und womöglich Personenschäden zu vermeiden. Für diese Aufgabe sind im Besonderen präzise Informationen über Dreh- und Kippwinkel, Stellungen des Auslegers oder über die genaue Stützposition gefordert, die vom Drehgeber direkt an die Steuerung übermittelt und dort ausgewertet werden. Der mobilen Automation, die im anspruchsvollen Umfeld ein Maximum an Zuverlässigkeit und Genauigkeit fordert, wurde die neue Drehgeberserie Sendix F58 CANopen von Kübler sozusagen auf den Leib geschneidert. Ihre Spezialität: die durchgehende Hohlwelle.

Sicherheit durch zwei Geber auf einer Welle

Die durchgehende Hohlwelle des Sendix F58 – ein Alleinstellungsmerkmal am Markt – erlaubt mit bis zu 15 Millimetern Durchmesser die äußerst kompakte Montage von zwei Drehgebern auf nur einer Welle. Damit können leicht zwei redundante Messungen durchgeführt und die funktionalen Sicherheitsanforderungen ohne weiteren Aufwand komplett abgedeckt werden.
Bei Nutzfahrzeugen mit Oberwagen oder Ausleger, also bei mobilen Arbeitsplattformen, Kranen, Seilbaggern oder Feuerwehrfahrzeugen entscheidet in punkto Sicherheit vor allem die Standsicherheit, etwa bei weit ausgefahrenem Ausleger oder bei beengten Einsätzen ohne ausreichend Platz für einen ordentlichen Abstützwinkel. Weichen Relation von Ladegewicht und Abstützposition des Auslegers vom berechneten Maximalwert ab, können die Fahrzeuge kippen. In stark bebauten Gegenden, im fließenden Verkehr oder ähnlich schwierigen und beengten Situationen kann das Fahrzeug häufig nur auf einer Seite, nur zum Teil oder gar nicht abgestützt werden: Durch die Überwachung des Arbeitsbereichs, die dauernde Ermittlung sowohl von Abstützposition und Auslegerwinkel kann jedoch auch bei nicht komplett ausgefahrener Abstützung im größtmöglichen Bereich sicher gearbeitet werden.

Messungen, die automatisch justiert werden

Die von Kübler integrierte Universal Scaling Funcition (USF) fungiert im Drehgeber Sendix F58 als nützlicher Justiermechanismus; so ist die korrekte Messung auch bei endlosem Überdrehen in beiden Richtungen des Auslegers immer zuverlässig gewährleistet. Die USF verhindert, dass es bei aktiver Skalierung am Ende der physikalischen Auflösung zu Fehlern kommt, die dann auftreten können, wenn der physikalische Grenzwert geteilt durch die programmierbare Gesamtauflösung keine ganze Zahl ergibt. Das Messergebnis wird durch USF automatisch korrigiert. Ein Rücksetzen des Drehgebers über Schalter entfällt damit. Durch die so mögliche maximale Annäherung an die physikalische Kippgrenze des Fahrzeuges kann der größtmögliche sichere Kranarbeitsbereich voll ausgeschöpft werden.

Direktauswertung mit neuestem CANopen-Protokoll

Durch die Einbindung in den CAN-Bus des Gesamtsystems ist die Auswertung der Informationen, die der Drehgeber liefert, direkt möglich. Kübler hat in den Sendix F58 das neueste CANopen-Protokoll nach DS 301 V4.2 integriert. Im Einsatz sind bei Nutzfahrzeugen in aller Regel mehrere parallele CAN-Bus-Stränge; so lassen sich die unterschiedlichen Funktionalitäten logisch trennen und es ist bei allen Funktionen für ausreichend Bandbreite gesorgt.
Zur Messung des Drehwinkels eines Auslegers oder Oberwagens werden Singleturn- und Multiturn-Drehgeber eingesetzt. Prinzipiell wird dabei unterschieden, ob Winkelpositionen innerhalb einer Umdrehung erfasst werden sollen oder ob auch die Anzahl der Umdrehungen gezählt werden soll. Singleturn-Drehgeber messen den Winkel innerhalb einer Umdrehung. Sie werden daher direkt zentrisch in die Achse eingebaut; als möglicher Einbauraum bietet sich der Schleifringüberträger an. Bei beengten Platzverhältnissen oder für den Fall, dass zentrisch bereits andere Mittel, etwa Hydrauliköl, übertragen werden, kann alternativ direkt an den Zahnkranz montiert werden. Multiturn-Drehgeber messen die Drehungen von Ausleger oder Oberwagen und übertragen den Winkel an die Maschinensteuerung.
Da die optischen Sendix-F58-Drehgeber auf der neuen, patentierten Intelligent-Scan-Technology mit OptoASIC basieren, sind sowohl Singleturn- als auch Multiturn-Funktionalitäten integriert. Ob nun die Messung der Umdrehungsanzahl oder die des genauen Winkels: Der F58 meistert beides – mit der hohen Gesamtauflösung von bis zu 32 Bit perfekt. Damit ist der F58 besonders universell einsetzbar und bietet sich für sämtliche Winkel- und Drehungsmessungen des Fahrzeugs an.

Die Antwort auf Schmutz, Staub, Vibration, Störungen

Der Einsatz von Drehgebern in mobilen Anwendungen übersteigt die Standards industrieller Einsätze. Sie müssen, wie beinahe alle Komponenten in der mobilen Automation, physisch „ordentlich einstecken“ können: Feuchtigkeit in Verbindung mit Straßensalz, staubige Baustellen, staubige Straßen, Stöße, Schocks und Dauervibration sind Alltag für Mobil- und Raupenkrane, Tiefbohrmaschinen, Seilbagger oder auch Feuerwehrfahrzeuge. Um einen umfassenden Schutz zu gewährleisten, sind Spezialgehäuse gefragt. Das robuste Zink-Druckgussgehäuse des Sendix-Drehgebers F58 erlaubt die hohe Schutzklasse von IP67. Einige Baureihen sind sogar mit der Schutzklasse IP69K erhältlich; damit wäre selbst der Hochdruckstrahl beim Reinigen kein Problem mehr. Die Welle der Sendix-Geber, extra sicher gelagert im bewährten Safety-Lock-Design, toleriert sehr hohe Lagerlasten und übersteht selbst Montagefehler problemlos. Weitere Marken setzen die hohe Schockfestigkeit mit bis zu 500g, sowie die Vibrationsfestigkeit, die bis zu 30g reicht. Der Temperaturbereich von -40 bis +85 Grad Celsius sollte zudem alle realistischen Einsatzgebiete abdecken. Die komplette Integration der Singleturn- und Multiturn-Funktionen auf einem OptoASIC macht den Sendix F58 zu 100 Prozent magnetisch unempfindlich und rundet damit den robusten Aufbau ab.   

e1-Zulassung für die günstige Nachrüstung

Doch nicht alle Nutzfahrzeuge und Maschinen sind bereits High-Tech-Geräte; einige sind schon Jahre im Einsatz und nun vielleicht auf dem Weg dazu. Für den Nachrüstbedarf bietet Kübler innerhalb seiner Drehgeber-Baureihe für die mobile Automation nun auch die Modelle Sendix 3651 und Sendix 3671 mit e1-Zulassung des Kraftfahrbundesamtes. Dieses Zertifikat kann Herstellern beim Um- oder Nachrüsten ihrer Modelle reichlich Zeit und Geld sparen, denn der Einsatz zertifizierter Drehgeber berührt die Gesamtbetriebszulassung gar nicht. So ist intelligentes Nachrüsten besonders leicht gemacht.

  • Im Falle der Überwachung des Verhältnisses von Last zu Abstützung und Auslegerwinkel, etwa bei Feuerwehrfahrzeugen mit Drehleiter oder bei Turmkranen, helfen Drehgeber, Unfälle zu vermeiden.
  • Erster optischer Multiturn-Drehgeber im 58-er Gehäuse mit durchgehender Hohlwelle bis zu 15 Millimeter.
  • Bei Nutzfahrzeugen mit Oberwagen oder Ausleger ist vor allem die Standsicherheit wichtig.
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