Fluidische Neigungssensoren schlagen MEMS-Varianten bei Arbeitsmaschinen

MTS Maschinentechnik Schrode aus Hayingen ist auf Automatisierungslösungen im Tiefbau spezialisiert. Beleg dafür ist beispielsweise das ‚MTS-Navi`: Die 3D-Baggersteuerung erlaubt dem Geräteführer, den Baggerlöffel via Satellit und Neigungssensoren entlang eines digitalen Geländemodells zu navigieren. Beim Abgleich der jeweiligen Soll- und Ist-Position des Baggerlöffels liefert das Gerät präzise Führungsvorgaben und spart so baubegleitende Vermessungsarbeiten sowie zeit- und kostenintensive Nachprofilierungen.
Dazu ermitteln am Heck des Baggers befestigte Antennen die Position und Ausrichtung des Baggers via Satellit. Das Problem: Witterung, Atmosphäre, Luftschichten und andere Faktoren stören den Empfang der Satellitensignale und verursachen so Fehler bei der Positionsbestimmung. Um diese Abweichungen berechnen und kompensieren zu können, braucht es Korrekturdaten. In der Regel liefert diese eine Basisreferenzstation via Funk an die Receiverbox im Bagger, die wiederum die empfangenen Satelliten- und Funkdaten miteinander verrechnet. So lässt sich die im Tiefbau erforderliche Zentimeter-Genauigkeit erreichen. Nun gilt es, die ermittelten Positionswerte auf die Löffelspitze des Baggers zu übertragen. Hier kommen die Neigungssensoren ins Spiel: Um die jeweiligen Winkel dynamisch zu erfassen, sind an allen beweglichen Teilen des Auslegers solche Sensoren der Firma 2E mechatronic montiert. Auf diese Weise kann die Position der Löffelspitze softwaretechnisch bis auf 2 cm genau ermittelt werden, was für die präzise Bauausführung entscheidend ist. Im Ergebnis erhält der Baggerführer auf seinem exakte Führungsvorgaben für seinen Baggerlöffel im digitalen Geländemodell angezeigt.
Die Vorteile des Systems für den Anwender liegen auf der Hand: die Prozessoptimierung von Baustellenabläufen, mehr Arbeitssicherheit, eine enorme Zeitersparnis in der Bauausführung, der Wegfall baubegleitender Vermessungsarbeiten und die Erschließung neuer Märkte. Denn die gleichen Anforderungen gelten auch im Kanal- und Rohleitungsbau, Tief- und Straßenbau sowie Wasserbau (wenn die Sicht fehlt), Böschung, Damm, Einschnitt.

Mehr Präzision im Tiefbau durch Neigungssensoren

Prinzipbedingt haben die fluidischen Neigungssensoren von 2E einige Vorteile gegenüber MEMS-basierten Typen, beispielsweise eine hohe Genauigkeit über Messbereich, Temperatur und Zeit. 2E mechatronic

Das Funktionsprinzip des fluidischen Neigungssensors von 2E beruht auf der neigungsabhängigen Änderung einer Differenzkapazität. Die Gehäusehälften des Sensors und eine Distanzscheibe bilden eine zylindrische Kavität, die zur Hälfte mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt ist. An einer Stirnseite des Zylinders sind zwei halbkreisförmige Elektroden untergebracht, an der anderen Stirnseite eine kreisförmige Elektrode. Bei Neigung der Messzelle gegenüber der Horizontalen behält die dielektrische Flüssigkeit aufgrund der Gravitation ihre Lage bei. Dies erzeugt eine vom Neigungswinkel abhängige Differenzkapazität zwischen den Elektrodenpaaren, die mithilfe einer erfasst und ausgewertet wird.
Im Vergleich zu anderen marktüblichen Systemen bietet der Neigungssensor einen Messbereich über volle 360° – bei einer von 0,1° über den gesamten Messbereich. Da der Messwert unabhängig von der Stärke der Erdbeschleunigung ist, lässt sich der Sensor überall auf der Erde einsetzen. Die interne Temperaturkompensation und der erweiterte Temperaturbereich von –40 °C bis +85 °C erweitern die Flexibilität ebenso wie das robuste, in Schutzart IP67 ausgeführte Aluminiumgehäuse.
Der gemessene Neigungswinkel wird über RS485 oder ausgegeben. Zusätzlich steht auch eine analoge Schnittstelle
(4- 20mA) zur Verfügung. Der modulare Aufbau des Sensors ermöglicht kundenspezifische Ausführungen, beispielsweise spezielle Anschluss- oder Bestückungsvarianten bis hin zur Integration in eine vorhandene OEM-Applikation . Hierfür gibt es eine Leiterplatten-Version ohne Gehäuse. In diesem Fall erfolgt die über I²C oder RS232.
Die gleichbleibende Genauigkeit über den gesamten Mess- und Temperaturbereich sowie über die Zeit, plus die kompakte und zugleich robuste Bauweise, haben die Entwickler der 3D-Baggersteuerung überzeugt, auf MEMS-basierte Sensoren zu verzichten und die 2E-Sensoren einzusetzen.

(sk)