Smarte IMU macht Arbeits- und Fahrprozesse mobiler Arbeitsmaschinen effizienter

In mobilen Arbeitsmaschinen mit Auslegern ist das unvorhergesehene Kippen und der Kontrollverlust eine der größten Gefahren für Mensch und Maschine. Sind Personen am Arbeitsprozess beteiligt, wie beispielsweise bei Drehleitern oder sonstigen Auslegern mit Mannkörben, steigt die Gefahr für Leib und Leben umso mehr. Umso wichtiger, dass die Lage des teleskopierbaren Arbeitsgeräts sicher erfasst und überwacht wird. Die Automatisierungs- und Sensorikspezialisten von STW aus Kaufbeuren haben zu diesem Zweck die 6-Achsen-IMU SMX.igs-a entwickelt. Die inertiale Messeinheit erfasst Beschleunigungen, Neigungswinkel und Drehraten in allen drei Raumachsen, um eine möglichst präzise Überwachung der Maschine oder des Maschinenteils zu ermöglichen.

Der SMX.igs-a ist als Variante bis SIL2 / PL d verfügbar und somit auch für Anwendungen mit besonderen Ansprüchen an die funktionale Sicherheit geeignet, wie etwa für die genannten Beispiele mit unmittelbarer Personenbeteiligung.

Smartes Supportsystem

Für weniger sicherheitskritische Applikationen steht auch eine Non-Safety-Version des Sensors zur Verfügung. Sie zeichnet sich vor allem durch die Nutzung eines Kalman-Filters aus. Dieser führt die Daten der Beschleunigungen und Drehraten mittels Sensordatenfusion zusammen. Es handelt sich also um einen Filteralgorithmus, der die Messwerte berechnet, den weiteren Verlauf prognostiziert und die Werte entsprechend korrigiert. Der Kalman-Filter besticht durch eine hohe Dynamik und eine dennoch sehr gute Dämpfung. Mit dieser Lage- und Beschleunigungsprojektion lassen sich große Effizienzgewinne realisieren. In Bremssystemen lässt sich beispielsweise mithilfe der Böschungs- oder Steigungsinformationen während der Abfahrt der Bremsdruck optimal regulieren. Dies schont die eingesetzten Komponenten und unterstützt den Maschinenführer.

Andreas Huster, Bereichsleiter Sensoren & Messsysteme bei STW, betont: „Der Trend zur Fahrerunterstützung und zur nachhaltigen Schonung von Ressourcen ist längst auch in mobilen Arbeitsmaschinen angekommen. Unser SMX.igs-a kann hier einen wertvollen Beitrag leisten.“ Denn der Fachkräftemangel ist auch auf Maschinenführerseite sehr präsent. Systeme, die den Fahrer dabei unterstützen, die meist sehr investitionsintensiven Maschinen schonend und effizient zu bewegen, sind wichtiger denn je, um auf Maschinenbetreiberseite möglichst gewinnbringend zu wirtschaften.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel des SMX.igs-a, das hierauf einzahlt, ist die automatisierte Auslegernivellierung und -positionierung bei Baggern. Sie befähigt den Maschinenführer, wiederholgenaue Maschinenbewegungen herbeizuführen, um möglichst präzise Böschungen oder besonders ebene Oberflächen zu schaffen.

Einfach zu integrieren

Neben der integrierten Intelligenz des Sensors zeichnet sich das Messsystem vor allem durch seine anwendungsfreundliche Integrierbarkeit aus. Für den SMX.igs-a wurde ein neues, kompaktes Zinkgussgehäuse mit zwei M12-Anschlüssen entwickelt. Der Sensor baut lediglich rund 2,5 cm hoch auf und kommt auf eine Breite und Tiefe von jeweils knapp über 7 cm. Damit lässt er sich selbst in beengteste Bauräume und Konstruktionen integrieren. Durch den Verzicht auf eigene Anschlusskabel am Sensor können Maschinenhersteller frei entscheiden, wie und an welchem Einbauort sie den SMX.igs-a platzieren möchten. Dadurch steht auch einer nachträglichen Integration in die Automatisierungsarchitektur der Maschine nichts im Weg. Anwendungsseitig sind dem Sensor keinerlei Grenzen gesetzt. Mit Schutzklassen bis IPX9K und einem Betriebstemperaturbereich zwischen -40°C und +85°C eignet sich die IMU selbst für die widrigsten Einsatzbedingungen, vom Bergbau über die Landtechnik bis zu forsttechnischen Maschinen.

Doch nicht nur physisch lässt sich der smarte Sensor im Maschinendesign berücksichtigen. Auch die softwareseitige Integration gelingt dank Unterstützung der open-source Software Plattform openSYDE von STW besonders anwenderfreundlich. Konfigurations-Dashboards vereinfachen den Erstzugriff und die Parametrierung des Sensors – sowohl bei neu designten Systemen als auch in der Nachrüstung. Über den CAN-Monitor lassen sich die Messwerte intuitiv visualisieren und monitoren.

Dirk Hübner, Leitung Produkt- und Projektmanagement von STW Chemnitz, schließt: "Mit der neuentwickelten IMU können Maschinenhersteller nochmals smartere, effizientere und sicherere Maschinen designen. Mit der Software-Unterstützung machen wir es den Engineering-Teams unserer Kunden besonders einfach. Wir freuen uns auf die ersten Ideen der OEMs hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten unseres SMX.igs-a."

Die SMX-Plattform von STW, zu der auch die Dehnungsaufnehmer vom Typ SMX.dms-a gehören, kann zudem als Basis für die Entwicklung von Condition Monitoring Systemen genutzt werden. In Verbindung mit dem Maschinenhersteller können die Sensorexperten von STW passgenaue Lösungen für die jeweiligen Applikationen realisieren.

STW zeigt diese Innovationen auf der Sensor+Test in Nürnberg vom 11.-13. Juni in Halle 1 am Stand 508.