O+P Fluidtechnik 4/2024

SENSOREN
NEIGUNGSSENSOR FÜR MOBILE MASCHINEN
VERLÄSSLICHE DATEN TROTZ
SCHOCKS UND VIBRATIONEN
Der IMU F99 Neigungssensor ist
optimal geeignet für den mobilen Einsatz
auf Baumaschinen oder Robotern.
In diesen Anwendungen sind Schocks,
Beschleunigungsvorgänge und Vibrationen
allgegenwärtig. Durch die Integration eines
Gyroskops werden diese Beschleunigungen in
der Neigungsmessung kompensiert, was zu sehr
genauen Neigungsmessungen führt. Aufgrund
dieser Funktionen ist der IMU F99 Sensor eine
Alternative zu herkömmlichen statischen
Neigungssensoren.
BISHERIGE NEIGUNGSSENSOREN FÜR
STATISCHE ANWENDUNGEN
Traditionelle statische Neigungssensoren stoßen in bestimmten
Szenarien auf Einschränkungen, wie das nachfolgende Beispiel
verdeutlicht: Angenommen, auf einer Baustelle soll eine Planierraupe
einen gleichmäßigen Höhenunterschied mit einem konstanten
Gefälle von 5 Grad erstellen. In solchen Situationen
müssen normalerweise die erfahrenen Augen des Maschinenführers
zur Hilfe genommen werden. Nach jeder Durchfahrt der
Planierraupe wird eine Nachmessung durchgeführt. Bei Abweichungen
werden weiteren Durchläufen vorgenommen, bis der
Winkel ausreichend genau ins Erdreich planiert wurde.
Im Gegensatz dazu könnten durch die Verwendung einer
Neigungsmessung am Raupenschild automatisch die 5 Grad eingestellt
werden, was den Arbeitsaufwand erheblich reduzieren
würde. Dennoch genügt allein die herkömmliche Neigungssensorik
nicht in solchen Situationen. Das vorherrschende Verfahren
MOBILE MASCHINEN
Ein herkömmlicher stationärer Neigungssensor arbeitet
ähnlich wie eine Wasserwaage, indem er den Neigungswinkel
eines Objekts relativ zum Erdmittelpunkt misst.
Dieser Winkel ist in vielen mobilen Maschinen von entscheidender
Bedeutung, da er dem Fahrer wichtige Informationen
über die Ausrichtung des gesamten Fahrzeugs liefert. Dies
wird besonders relevant, wenn Bagger oder Traktoren an Hängen
arbeiten. Zusätzlich ist der Neigungswert nicht nur für das Fahrzeug
als Ganzes relevant, sondern auch für den Einsatz von Anbaugeräten,
Auslegern oder beweglichen Ladeflächen.
Der IMU F99
am Bagger
montiert in
Nahaufnahme
DER IMU F99 LIEFERT
VERLÄSSLICHE DATEN
WÄHREND DER BEWEGUNG
zur Bestimmung solcher Winkelwerte ist der Einsatz von kapazitiven
MEMS-Sensoren (Micro-Electro-Mechanical-System). Die
Position ihrer Kondensatorplatten ändert sich durch Abweichungen
von der Horizontalen. Dies zeigt sich dann in einer Änderung
der Kapazität, was in statischen Situationen ohne zusätzliche
Brems- oder Beschleunigungsvorgänge äußerst präzise Winkelwerte
bestimmt.
In dynamischen Situationen, wie sie bei Baumaschinen auftreten,
trifft dies jedoch nicht mehr zu: Jede Beschleunigung wird
von den Sensoren als Positionsänderung erfasst und als Änderung
des Winkelwerts ausgegeben, selbst wenn sich die tatsächliche
Neigung nicht verändert hat. Schnelles Beschleunigen oder
Abbremsen, Stöße oder Vibrationen beim Überfahren von
Bo denunebenheiten, Fliehkräfte bei Richtungsänderungen oder
bei schnellen Kurvenfahrten führen daher zu Messfehlern. Diese
zusätzlichen Bewegungen wirken wie Störgößen im Sensor. Erst
nach einer gewissen Zeit im Ruhezustand pendelt sich der Winkelwert
ein und gibt erst dann wieder den korrekten Wert aus.
EXAKTE ECHTZEIT-ERFASSUNG DES
NEIGUNGSWINKELS
Ein rein statischer Neigungssensor kann keine dynamische Neigungsmessung
während der Bewegung einer Maschine durchführen,
obwohl dies in vielen Szenarien, wie beispielsweise bei
Markus Egerer, Produktmanagement Neigungs- und Schwingungssensoren,
Pepperl+Fuchs SE, Mannheim