Baumaschinen: Ingenieure setzen auf Sensoren

Baumaschinen-Ingenieure bringen in ihren neuesten Entwicklungen immer mehr Sensoren zum Einsatz. Sie machen die Maschinen intelligenter und erlauben eine einfachere Steuerung – ein nicht zu vernachlässigender Aspekt beim Bedienen.

Die Elektronik hat bereits vor mehr als 80 Jahren Einzug in den Maschinenbau gehalten. Doch insbesondere in den letzten zehn Jahren ist die Verwendung von Sensoren exponentiell gestiegen. Das sorgte für enorme Verbesserungen in Sachen Genauigkeit, Sicherheit, Energieeffizienz und Produktivität der jeweiligen Anwendung. Doch die Möglichkeiten für den Sensoreinsatz sind noch lange nicht ausgeschöpft.

Ein Mikroschalter war es, der als erstes elektronisches Bauteil vor 80 Jahren bei Baumaschinen eingeführt wurde. Seitdem hat sich die Technologie deutlich weiterentwickelt. Baumaschinen-Ingenieure verfügen heute über wesentlich mehr Funktionen zum Messen und Steuern. Das Ergebnis: erhöhte Zuverlässigkeit, Effizienz und Produktivität bei Anwendungen in Bereichen wie Bauwesen, Landwirtschaft und Industrie.

Der erwähnte Mikroschalter und andere frühe Entwicklungen verfügten als Kontrollfunktionen lediglich über „ein” oder „aus” bzw. „offen” oder „geschlossen”. Man konnte damit also entweder die gesamte verfügbare Energie oder gar keine nutzen. Doch der Bedarf an gesteigerter elektronischer Kontrolle stieg, und so wurde diese einfach Funktionalität schnell von komplexeren verdrängt bzw. ergänzt. Es kam zu einer Steigerung in der Automatisierung; als Bremsklotz erwies sich damals die zu dieser Zeit verfügbare limitierte Halbleitertechnologie.

Grosse Wirkung durch kleine Teile

Seit den 1970er Jahren haben Baumaschinen-Ingenieure die Technologie stark weiterentwickelt. Besonders in den vergangenen zehn Jahren haben die technischen Möglichkeiten in der Elektronikentwicklung deutlich zugenommen. Dabei stechen besonders die intelligenten Positionssensoren heraus. Sie helfen den Bedienern dabei, den Einfluss menschlicher Fehler auf die Maschine zu reduzieren. Das hat positive Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit von Unternehmen, da mehr Zeit für Projekte und die individuelle Kundenbetreuung bleibt.

Noch ein Vorteil: Mit einer verbesserten Steuerung weisen die Maschinen auch eine erhöhte Energieeffizienz und Produktivität auf. Somit bringen die intelligenten Positionssensoren eine dreifache Verbesserung: Die Maschinen arbeiten schneller, sicherer und kostengünstiger, weil u.a. weniger Schäden an ihnen auftreten.

Wie Ingenieure Baumaschinen effizienter machen

Kostensenkung kann nicht nur auf dem Wege der Schadensbegrenzung stattfinden. Mit höherer Sensibilität ist es möglich, eine bestimmte Ladung genau mit der dafür notwendigen Energie zu bewegen, anstatt mit der komplett verfügbaren Energie. Durch die Konstruktion entsprechender Sensoren schaffen es Baumaschinen-Ingenieure, einerseits durch Energieeffizienz Kosten zu senken und andererseits durch geringeren Verschleiss. Es wird weniger Druck auf die bewegten Teile ausgeübt, was weniger Maschinenstillstand sowie geringere Reparatur- und Wartungszeiten bedeutet.

Von Effizienz kann man auch hinsichtlich der benötigten „Manpower“ sprechen. Moderne Sensoren machen Baumaschinen intelligenter und erlauben eine vereinfachte Steuerung. Sich wiederholende Aufgaben wie das Aufheben und Platzieren von Ladungen können gespeichert und erneut abgerufen werden.
Modernes Engineering macht es sogar möglich, dass die Maschinen flexibel auf Positionsänderungen von Gegenständen reagieren. Vorgänge, die früher hochqualifizierte Bediener erforderlich machten, können nun mit weniger spezialisiertem Personal, weniger Training und geringeren Kosten bewältigt werden – ohne Einbussen bei Sicherheit, Genauigkeit oder Leistung kommt.

Elektronik im Maschinenbau: Anwendungsbeispiel Baumfällmaschine

Heutzutage ist ein entscheidender Aspekt bei der Maschinenbedienung das Wissen um Status und Position von Anlagenkomponenten. Dazu gehören Pumpen, Motoren, Zylinder und Ventile sowie Temperaturen und Druck von Flüssigkeiten. Im Maschinenbau hat sich der Einsatz intelligenter Sensoren entsprechend schnell zur Norm entwickelt.

Die Zusammenarbeit mit dem Hersteller wird dabei mittlerweile früh im Engineering-Prozess anvisiert, um für bessere Ergebnisse zu sorgen. Das Beispiel eines Spezialbaumaschinen-Herstellers aus Weissrussland zeigt die Vorteile einer Zusammenarbeit im Detail. Die Firma kooperierte mit einem amerikanischen Büro für Baumaschinen-Engineering.

Der Hersteller hatte ein Problem mit einer neuen Baumfäll- und Rodungsmaschine, die in lokalen Wäldern zum Einsatz kam. Die Maschine verfügte zur besseren Manövrierfähigkeit über zwei bewegliche Teilstücke. Es fehlten jedoch zuverlässige Mechanismen, um Winkel und Position von Vorder- und Rückseite zu kontrollieren.

Baumaschinen-Ingenieure lösen das Problem mit intelligentem magnetoresistivem Sensor

Der Hersteller testete zunächst den Winkel-/Positionssensor eines örtlichen Zulieferers, der allerdings keine zufriedenstellenden Ergebnisse brachte. Auch wurden Endschalter in Erwägung gezogen, welche jedoch die Stossbelastung bei der Anwendung nicht aushielten. Schliesslich wandte sich das Unternehmen an das Engineering-Büro.

Die Baumaschinen-Ingenieure installierten am Anlenkpunkt der Rodungsmaschine einen intelligenten magnetoresistiven Sensor. Mit dessen Hilfe ist es möglich, den grössten und kleinsten Winkel an den Achsen zu bestimmen und die Geschwindigkeit der Maschine anzupassen, damit sie nicht umkippt.

Ein entscheidender Vorteil dieser speziellen Anwendung: Der Sensor kann in ein bestehendes Design integriert bzw. nachgerüstet werden. Damit war der Hersteller nicht gezwungen, das System der Maschine stark zu verändern oder komplett neu zu gestalten. Da der Sensor kontaktlos funktioniert, nimmt er auch bei rauen Umgebungs- oder Klimabedingungen keinen Schaden und ist weniger anfällig für Stösse und Vibrationen.

Die Kooperation zwischen dem amerikanischen Ingenieursbüro und dem Baumaschinen-Hersteller gilt als Paradebeispiel für eine Zusammenarbeit auf Entwicklungsebene unter Verwendung von Magnetic Modelling. Auf diese Weise konnte für den Kunden eine zufriedenstellende Lösung mit sehr gutem Kosten-Nutzenverhältnis gefunden werden.

Was müssen Baumaschinen Ingenieure bei der Sensorauswahl beachten?

Der bereits erwähnte Elektronik-Boom in der Baumaschinen-Branche hat auch dafür gesorgt, dass eine Vielzahl von Sensoren auf dem Markt erhältlich ist. Für die Auswahl der idealen Sensoren für eine Baumaschine ist für Ingenieure die Befolgung einer zielgerichteten Vorgehensweise entscheidend.

Am Anfang steht die Idee des Kunden oder der Firma, die täglich mit der Maschine arbeitet. Es in der Verantwortung eines Baumaschinen-Ingenieurs, die notwendigen Veränderungen zu erkennen, zu evaluieren und herauszufinden, welche Variablen dabei eine Rolle spielen. Wenn ein Ingenieur beispielsweise die Geschwindigkeit verbessern will, mit der ein Forstfahrzeug die Richtung wechseln kann, muss er auch entsprechende Sicherheitsbestimmungen in Betracht ziehen.

Während des gesamten Engineering-Prozesses rund um Sensorauswahl und deren Implementierung ist der Austausch mit Experten entscheidend. Es ist unerlässlich, dass Baumaschinen-Ingenieure unterschiedliche Blickwinkel in Betracht ziehen um wirklich sicherzustellen, dass die Lösung den jeweiligen Anforderungen bestmöglich entspricht. Gleichzeitig sind Langlebigkeit und Wartungsfreundlichkeit wichtige Faktoren, die für den Erfolg einer Lösung entscheidend sind.

Maschinenbau: moderne Sensoren auch nachrüstbar

Intelligente Sensoren sind eine grossartige Errungenschaft der Elektronik. Baumaschinen-Ingenieure setzen sie bereits vielerorts ein, um Abläufe zu automatisieren und Maschinen intelligenter zu machen sowie Verschleiss und Kosten zu reduzieren. Bei der Entwicklung neuer Baumaschinen sollten Sensoren also unbedingt mit eingeplant werden. Auf der anderen Seite müssen auch Anwender von bereits bestehenden Maschinen nicht darauf verzichten. Wie im Artikel anhand des Fallbeispiels ausgeführt, können sie auch nachgerüstet werden.

 

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