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Schaltgeräte und Sensoren in mobilen Arbeitsmaschinen

| Autor/ Redakteur: Dipl.-Ing. Rainer Lumme / Jan Vollmuth

Sie erfassen die Schläge von Schlaghämmern oder übermitteln Signale von Kranauslegern und Baggerschaufeln: Schaltgeräte und Sensoren, die an mobilen Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, arbeiten oft unter Extrembedingungen – ein Fall für extreme Komponenten.

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Schaltgeräte und Sensoren, die an mobilen Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, arbeiten oft unter Extrembedingungen – ein Fall für extreme Komponenten.
Schaltgeräte und Sensoren, die an mobilen Arbeitsmaschinen eingesetzt werden, arbeiten oft unter Extrembedingungen – ein Fall für extreme Komponenten.
(Bild: gemeinfrei / CC0)

Auf Biegen und Brechen: Mobilität ist im Maschinenbau oft verbunden mit wechselnden und ungünstigen Umgebungsbedingungen. Mobile Arbeitsmaschinen wie zum Beispiel Traktoren und Baumaschinen müssen Höchstleistungen erbringen bei Staub und Schmutz, unter hohen mechanischen Belastungen und in einem sehr breiten Temperaturbereich. An die meisten stationären Maschinen in der industriellen Produktion werden nicht solche Anforderungen gestellt.

Schaltgeräte für extreme Bedingungen

Die Gesamtheit dieser Umgebungsbedingungen – zu denen noch Feuchtigkeit oder korrosive Medien wie etwa Düngemittel hinzukommen können – lässt sich oft als extrem bezeichnen. Deshalb ist es nur folgerichtig, dass die Schaltgeräte aus dem Programm des Geschäftsbereichs „Extreme“ des Schaltgeräte-Spezialisten Steute vielfach in mobilen Maschinen eingesetzt werden. Die Schaltgeräte aus diesem Programm sind laut Steute hinsichtlich Bauart und Eignung für bestimmte (und extreme) Umgebungsbedingungen ausgelegt – sie kommen zum Einsatz, wo konventionelle Schaltgeräte schnell versagen können.

KGS Keller entwickelt und fertigt hochwertige Bohrgeräte für den eigenen Bedarf. Vorn rechts ist der Bohrkopf zu sehen, an dem der Seilzug-Notschalter angebracht ist.
KGS Keller entwickelt und fertigt hochwertige Bohrgeräte für den eigenen Bedarf. Vorn rechts ist der Bohrkopf zu sehen, an dem der Seilzug-Notschalter angebracht ist.
(Bild: KGS Keller GmbH)

Das gilt zum Beispiel für ein Sicherheits-Schaltgerät an den mobilen Bohrgeräten der KGS Keller Geräte & Service GmbH in Renchen bei Offenburg. Dieses Unternehmen verfolgt ein besonderes Geschäftskonzept, denn es konstruiert und fertigt seine Maschinen ausschließlich für den Bedarf der Muttergesellschaft. Die Keller Group ist mit rund 9000 Mitarbeitern in 40 Ländern tätig und übernimmt u.a. den Gründungsbau für größere Infrastrukturprojekte wie U-Bahnen, Tunnel, Häfen oder Industrieanlagen. Die Bohrgeräte für diese Projekte werden in Renchen gefertigt und zeichnen sich u.a. durch geringen Serviceaufwand und minimale Ausfallzeiten aus, wie der Hersteller mitteilt.

Eine Voraussetzung dafür ist der Einsatz von hochwertigen, für die rauen Umgebungsbedingungen geeigneten Komponenten: Sie müssen Staub und Schmutz ebenso trotzen wie starken mechanischen Beanspruchungen. Schließlich werden alle Komponenten während einer Gründungsbohrung starken Vibrationen ausgesetzt.

Schutzkäfig für den Bohrkopf

Bei Einrichtarbeiten am Bohrkopf bei geöffneter Schutztür ermöglicht der Seilzug-Notschalter ZS 71 das Auslösen der Not-Stopp-Funktion.
Bei Einrichtarbeiten am Bohrkopf bei geöffneter Schutztür ermöglicht der Seilzug-Notschalter ZS 71 das Auslösen der Not-Stopp-Funktion.
(Bild: steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

Der Bohrkopf, der sich an exponierter Stelle des Arbeitsgerätes befindet, muss mit einem Schutzkäfig abgesichert sein, weil er rotiert und damit eine gefahrbringende Bewegung ausführt. An den drei zu öffnenden Seiten des Käfigs verläuft das Seil eines Seilzug-Notschalters. Sollte das Personal während der Einrichtarbeiten am Bohrwerk, d.h. bei geöffnetem Schutzkäfig, eine gefährliche Situation erkennen, muss es nur am Seil ziehen, und das Bohrwerk wird sicherheitsgerichtet gestoppt. Damit wirkt der Seilzug-Notschalter wie ein „verlängerter“ und in diesem Fall mehrdimensionaler Not-Aus-Taster.

KGS Keller setzt hier einen Seilzug-Notschalter vom Typ ZS 71 aus dem Extreme-Programm von steute ein. Er ist bestens geeignet für hohe mechanische Beanspruchungen, wie das Bestehen diverser Schlagtests im Steute-Testlabor beweist, und kann auch in feuchter bzw. verschmutzter Umgebung problemlos eingesetzt werden (Schutzart IP 69).

Funksensor zählt Schläge eines Rammgeräts

Die Funk-Induktivsensoren der Baureihe RF IS (hier mit Sende- und mit Auswerteeinheit) liefern auch bei starken Vibrationen und Stößen zuverlässige Signale.
Die Funk-Induktivsensoren der Baureihe RF IS (hier mit Sende- und mit Auswerteeinheit) liefern auch bei starken Vibrationen und Stößen zuverlässige Signale.
(Bild: steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

Der nächste Schritt nach derartigen Bohrarbeiten ist das Einrammen z.B. von Pfählen oder Spundbohlen. Auch bei diesem Prozess kommen Extreme-Schaltgeräte von Steute zum Einsatz. Die zentrale Anforderung ist hier die Vibrationsbeständigkeit, denn die Gründungskonstruktion wird durch Schläge in den Untergrund getrieben. Diese Rammgeräte oder „Schlagbären“ erzeugen bis zu 50 kräftige Schläge pro Minute, und die Anzahl ist ein zentraler Parameter für den Fortschritt und Erfolg des Prozesses.

Ein weltweit führender Hersteller von Rammgeräten verwendet Funk-Induktivsensoren von Steute, um diese Schlagzahl zu erfassen. Der Sensor wurde laut Steute gewählt, weil er dank fest angeschlossener Anschlussleitung und voll vergossenem Metallgehäuse sehr unempfindlich gegenüber Erschütterungen ist. Die Funk-Ausführung bietet den Vorteil, dass keine zusätzlichen Kabel zum Schlaghammer (der zumeist an einem Baggerausleger befestigt ist) geführt werden müssen. Der Sensor vom Typ RF IS M8 ist mit einer Sendeeinheit RF 96 ST verbunden, in der auch die Batterie untergebracht ist. Sie sendet das Funksignal an den zugehörigen Funk-Empfänger.

Positionsabfrage des Kranhakens mit Funk-Magnetsensoren

Auch Funk-Magnetsensoren bewähren sich in mobilen Arbeitsmaschinen.
Auch Funk-Magnetsensoren bewähren sich in mobilen Arbeitsmaschinen.
(Bild: steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

Eine andere Art von Extreme-Sensorik wird zurzeit an Baumaschinen getestet, die überwiegend in Japan genutzt werden. Hier ist es üblich, Baggerschaufeln mit einem Kranhaken auszustatten, damit der Bagger bei Bedarf Lasten auf der Baustelle verfahren kann. In diesem Fall muss der Bediener aber eine spezielle Betriebsart mit reduzierter Hubkapazität und Fahrgeschwindigkeit aktivieren, was wiederum voraussetzt, das die Baggersteuerung die Position des Kranhakens (ein-/ausgeklappt) überprüfen kann.

Ein führender Baggerhersteller prüft aktuell die Nutzung eines Funk-Magnetsensors vom Typ RF RC M30 für diese Aufgabe, weil bei der bisher verwendeten kabelgebundenen Lösung Kabelbrüche auftraten. Der Sensor sendet die Signale an eine Antenne, die außerhalb des Führerhauses angebracht ist. Die Funk-Empfangseinheit befindet sich im Schaltkasten des Baggers. Dieser Funksensor für Heavy-Duty-Anwendungen wird zurzeit im rauen Baustellenbetrieb geprüft.

Türen von Kühlräumen überwachen

Diese Magnetsensoren für explosionsgefährdete Bereiche werden u.a. im Schiffbau eingesetzt.
Diese Magnetsensoren für explosionsgefährdete Bereiche werden u.a. im Schiffbau eingesetzt.
(Bild: steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG)

Ein Hersteller von Kühlräumen auf Schiffen realisierte die Türüberwachung mit Hilfe von Steute-Magnetsensoren. Für solche Aufgaben bietet der Geschäftsbereich „Extreme“ ein eigenes Programm an elektromechanischen und sensorischen Schaltgeräten mit Tieftemperatur-Eignung. In diesem Falle kommen Magnetsensoren vom Typ Ex RC zur Anwendung.

Zu ihrem Eigenschaftsprofil gehören neben dem breiten Temperaturbereich auch Vibrationsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und die Einsatzmöglichkeit in explosionsgefährdeten Bereichen. Deshalb verwendet der Hersteller sie auch für die Stellungsüberwachung von Brandschutztüren auf Schiffen. Ein anderer Zulieferer des Schiffbaus nutzt diese Sensoren zur Stellungsüberwachung der Luken von U-Booten. Auch hier war die Vibrationsfestigkeit (gegenüber den Schwingungen des Dieselmotors) ein zentrales Auswahlkriterium.

Ganz auf Extreme eingestellt

Der Überblick über einige Anwendungen von Extrem-Schaltgeräten in mobilen Maschinen zeigt: Für (fast) jede Extrembedingung wie Feuchtigkeit, Tieftemperatur, Vibration, Schläge, Explosionsrisiko gibt es nicht nur das richtige Schaltgerät, sondern häufig auch die Auswahl zwischen elektromechanischen Schaltern und berührungslos wirkenden Sensoren. Immer häufiger kommt dabei auch die Funktechnik zum Einsatz, die gerade bei rauen Anwendungen den Vorteil bietet, dass kein Kabel beschädigt werden kann. (jv)

* Dipl.-Ing. Rainer Lumme, Produktmanager Extreme, steute Schaltgeräte GmbH & Co. KG, Löhne

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