Sicherheit bei kritischen Einsätzen: Neigungssensoren halten Plattformen und Werkzeuge stabil

Wer auf Feuerwehrleitern, Hebebühnen, Fensterputzplattformen oder Steigern arbeitet, will sicher sein, dass sein Untergrund in der Waagerechten bleibt. Auch bei Staplern ist die Überwachung der Neigungswinkel von Gabelbaum und Gabel von großer Bedeutung. Ganz zu schweigen von Sonderlösungen, wie sie beispielsweise zur mechanischen Minenräumung in ehemaligen Kriegsgebieten zum Einsatz kommen. Auch im \“Minenwolf\“ der Firma AHWI Maschinenbau, Herdwangen, sind zum Beispiel Neigungssensoren von elobau, Leutkirch, zu finden. Sie sorgen für Warnmeldungen, wenn die gewählten Neigungsgrenzwerte erreicht werden, so dass der Fahrer noch rechtzeitig Gegenmaßnahmen einleiten kann, bevor das Fahrzeug überkippt. Quecksilber-Schalter sind passé Solche Neigungsschalter wurden bis heute vielfach mit Quecksilberkontakten realisiert. Pro Neigungsachse (X- und/oder Y-Achse) konnten davon bis zu sechs Kontakte verbaut werden, deren Schaltpunkte sich einzeln auf eine Gradzahl einstellen ließen. Meist wurden die digitalen Signale \“und\“-verknüpft und über zwei Relaisausgänge ausgegeben. Das gewachsene Umweltbewusstsein ließ Unternehmen wie elobau nach neuen Lösungen suchen, die den Quecksilbereinsatz überflüssig machen. Im letzten Jahr stellten die Allgäuer Spezialisten für Sicherheitstechnik die neuen Neigungsschalter der Serien N1 und N2 vor, welche die Aufgaben der bisherigen Quecksilberschalter komplett übernehmen und zusätzliche Möglichkeiten bieten. Brandneu sind die Serien N3 und N4, die sich noch vielseitiger einsetzen lassen (siehe Textkasten). Die wichtigsten Vorzüge all dieser kapazitiven Neigungsschalter liegen in der Schadstofffreiheit sowie der freien Wahl der Ausgangssignale. Diese Schalter arbeiten nach einem berührungslos wirkenden Messprinzip: Ein Magnet, der im Drehpunkt eines Pendels befestigt ist, bewegt sich um einen Hallsensor herum. Hierbei wird die Position ausgewertet und in der jeweils gewünschten Form ausgegeben. Neigungssensoren mit vielfältigen Ausgabevarianten Die elobau-Neigungsschalter bieten verschiedene Ausgabemöglichkeiten. War bei der bisherigen Quecksilber-Alternative lediglich ein digitales Ausgangssignal möglich, kann bei den Serien N1 und N2 zwischen digitalen und analogen Signalen gewählt werden. Die analogen Signale stehen in Form von Strom oder Spannung zur Verfügung. Bei den digitalen Signalen werden Relais oder Transistoren angesteuert. Die Sensoren N3 und N4 können sogar digitale und gleichzeitig analoge Ausgangssignale liefern. Um zu vermeiden, dass es durch ungefährliche Vibrationen zu Fehlmeldungen kommt, lassen sich die Ausgangssignale auch mit einer Zeitverzögerung versehen. elobau-Geschäftsführer Michael Hetzer hat das Ohr am Markt: \“Das Sicherheitsbewusstsein nimmt spürbar zu, weshalb mehr und mehr redundante Lösungen verlangt werden. Daher haben wir bei den neuen Geräten von vorneherein auf Redundanzmöglichkeiten geachtet. Das heißt, es können zwei völlig voneinander getrennte Schaltkreise verbaut werden mit zwei Hallelementen und zwei Mikrocontrollern, die an der Ausgangsseite auf entsprechende Relais oder Transistoren treffen.\“ Auch die Verknüpfung der einzelnen Kontakte ist variabel. Michael Hetzer führt dazu aus: \“In der Sicherheitstechnik ist es üblich, die Kontakte \“und\“ zu verknüpfen, aber auch die \“Oder\“-Verknüpfung der einzelnen Kontakte ist möglich. Eine weitere realisierbare Variante ist, die Signale für jeden Schaltwinkel einzeln ausgeben zu lassen.\“ Mit den Neigungsschaltern der Serie N1/N2 von elobau lässt sich der Gesamtwinkelbereich in Schritten von 0,5° im Bereich von ± 2° bis ± 15° definieren. Es stehen sowohl einachsige (N1) als auch zweiachsige Ausführungen (N2) zur Verfügung. Mit einer optionalen Libelle auf dem Gehäusedeckel und optionalen Schrauben mit Federn kann der Anwender den Neigungsschalter N2 sehr einfach in die 0°-Position ausrichten. Noch einfacher funktioniert die Justage der Nulllage bei den neuen Neigungssensoren N3 (einachsig) und N4 (zweiachsig), die einen Winkelbereich von ± 60° überwachen können. Zwar werden diese vorjustiert geliefert, doch der Anwender kann über eine Infrarot-Fernbedienung die Nulllage jederzeit erneuern. Das kommt dem Einsatz in schwierigen konstruktiven Bedingungen sehr entgegen. Da das elobau-System verschiedene Schalter und dafür viele Konfigurationsmöglichkeiten bietet, erhält der Kunde ein Spezifikationsblatt, in das er seine Wünsche eintragen kann. Dementsprechend bekommt er seine Neigungsschalter vorkonfiguriert geliefert. Auch Winkelsensoren nutzen das Sensorprinzip mit Hallsensor Das Prinzip der neuen Neigungssensoren, den von einem Magnet umschlossenen Hallsensor, setzt elobau schon einige Zeit bei Winkelsensoren ein. Auch diese Bauteile überwachen eine bewegte Achse und geben die Positionssignale weiter. Der mögliche Winkelbereich liegt bei bestimmten Ausführungen bei bis zu 360°. Im Hall-Chip wird ein Sinus-Signal erzeugt und von der elobau-Elektronik werden drei Fixpunkte programmiert, Anfangs- und Endwinkel und Null-Punkt. Bei Winkelsensoren entsteht immer ein Analogsignal als Ausgang. Denn bei deren Einsatz geht es nicht um irgendwelche Grenzwinkel, sondern um ein kontinuierliches Ausgangssignal. Das kann in Form von Strom oder Spannung sowie in ratiometrischer Ausführung angeboten werden. Gas geben ohne mechanische Übertragung Zu den klassischen Anwendungen der Winkelsensoren gehört das sogenannte \“drive by wire\“, bei dem die mechanische Übertragung des Gas-, Kupplungs- oder Bremspedals mit einem solchen Sensor ersetzt wird. Doch die Automobil-Industrie ist nicht die einzige, die solche Sensoren nutzt. Auch in Textilmaschinen sind teilweise Winkelsensoren im Einsatz, um die \“Tänzer\“ im Auge zu behalten. Selbst beim automatischen Schälen von Baustämmen spielen diese Sensoren eine wichtige Rolle: Mit ihrer Hilfe wird der Umfang des Baums immer wieder neu vermessen; dem Ergebnis entsprechend werden die Sägen eingestellt, damit nicht zuviel wertvolles Holz entfernt wird. elobau unterscheidet bei den Winkelsensoren die zwei Bauformen 424A/B und 424R. Die neueren 424R-Sensoren bieten den Vorteil einer optionalen redundanten Ausführung. Außerdem kann direkt im Gerät ein aktives CAN-Signal erzeugt werden, um direkt auf einem CAN-Bus eingespeist zu werden. Kasten: Neue Neigungssensoren mit Fernjustage