Winkelcodierer im Einsatz Automatische Steuerung und Positionierung mobiler Maschinen

Lokomotiven für Schiene und Straße Die Zweiwege-Rangierloks der TransLok GmbH zeichnen sich dadurch aus, dass sie sowohl auf Schienen als auch auf Straßen fahren können. Die Produktpalette umfasst mehrere Modelle für Dienstgewichte bis 60t. Sie werden besonders im Hafenbetrieb zum Gütertransport eingesetzt. Beim Übergang von der Straße auf die Schiene, beim sogenannten Aufgleisen, ist die Stellung der Achse im vorderen Teil der Lok stetig zu erfassen und nachzuregulieren. Dadurch wird sichergestellt, dass die Spurführungsräder optimal in den Spurkanal der Schiene eintauchen. Die jeweilige Position der Achse wird von einem Winkelcodierer CBA erfasst und einer SPS gemeldet. Bei Straßenfahrt wird die Fahrtrichtung durch einen Blinker angezeigt. Nach dem Einlenken zur Geradeausfahrt erfolgt die Rückstellung über den Nullpunkt des Winkelcodierers, dessen Messbereich ± 90° beträgt. Das elektro-optische Sensorsystem des Winkelcodierers hat eine Auflösung von 4096 Schritten je 360° Drehwinkel und ist für hohe Langzeitstabilität ausgelegt. Der Arbeitstemperaturbereich beträgt -20° bis +60°C. Für besondere Fälle kann er auf -40° bis +85°C erweitert werden. Die digital erfassten Winkelwerte werden intern durch D/A-Wandler in proportionale Strom- oder Spannungssignale umgesetzt. Abhängig von dem verwendeten Steuerungsaufbau liefern sie 0 bis 10 Volt oder 4 bis 20 mA für den festgelegten Messbereich. Auch unter den rauen Temperatur- und Erschütterungsbedingungen bewähren sich die Winkelcodierer seit vielen Jahren im Hafenbetrieb. Sondermaschine für den Hafenausbau Als quasi-mobile Maschine könnte man das Aggregat bezeichnen, das vor der australischen Küste dazu dient, den Meeresboden zur Erweiterung des Containerhafens von Sidney aufzubereiten. Dort müssen 60 Hektar Fläche aufgeschüttet werden, um den Boden in etwa 30m Tiefe zur Aufnahme der schweren Betonwände zu verfestigen. Die erwähnte Sonderkonstruktion aus einem Rohrgerüst von 20x25m Grundrahmen und einem Seitenrahmen von 20m Höhe dient als Halterung und zur Führung eines Rohrtrichtersystems, mit dem das Schüttgut auf den Meeresboden transportiert wird. Dieses System kann zweiachsig innerhalb des Grundrahmens bewegt werden. Zur Positionierung und Gleichlaufsteuerung dienen an jeder Achse zwei TWK-Winkelcodierer TSD. Zusammen mit der übrigen Sensorik und Aktorik sind die Winkelcodierer im Profibus vernetzt und mit einer S7-Steuerung verbunden. Das beschriebene Aggregat wird etappenweise versetzt, wenn die Grundfläche von 20x25m aufgeschüttet ist. Die jeweilige Position der Maschine wird über GPS bestimmt. Die Steuerung der Maschine wurde von der österreichischen Firma EFW konzipiert und realisiert. Die Aufschüttung einer Maschinenfläche dauert etwa einen Tag. Innerhalb von sechs Monaten wurde etwa die Hälfte der für den Hafenausbau benötigten Fläche aufgeschüttet. Die verwendeten Multitour-Winkelcodierer sind mit einem elektro-magnetischen Sensorsystem bestückt. Ihre Schnittstellen sind mit dem SPC Profibus-Controller ausgeführt. Gehäuse, Welle und Kabelanschlüsse sind in Edelstahl ausgeführt. Das Verbindungskabel wurde im Hinblick auf Beständigkeit gegen Meereswasser und Flexibilität ausgewählt. Für den Einsatz im Tiefenbereich wird eine Druckfestigkeit von 3bar vorausgesetzt. Jeder Winkelcodierer ist mit einem Kunststoffritzel bestückt, das in einen Zahnkranz der Antriebskonstruktion eingreift. Surface Miner zur Erzgewinnung Als Weiterentwicklung der im Straßenbau eingesetzten Deckenfräsen der Wirtgen-Group entstanden die sogenannten Surface Miner. Sie dienen zum Abbau von erzhaltigem Gestein, das sich in dünnen Flözen nahe der Erdoberfläche befindet. Solche Vorkommen gibt es z.B. in Australien. Die Surface Miner schneiden, fördern und zerkleinern das Gestein in mehreren Arbeitsabläufen und befördern es gleichzeitig über Laufbänder in Transportfahrzeuge. Vier Winkelcodierer TRN dienen als Rückmelder für die Steuerung der Raupen im Fahrbetrieb. Ein Drehkranz zur Schwenkung des Schüttgutauslegers ist mit einem Multitour-Winkelcodierer bestückt und liefert die Daten für einen Schwenkbereich bis 180 Winkelgrad. Die eingesetzten Winkelcodierer sind in Zwei-Kammer-Bauweise ausgelegt. Die Verstellwelle mit zwei robusten, gedichteten Kugellagern befindet sich mit einem Permanentmagneten in einer Kammer. Getrennt durch eine Metallwand liegt die Elektronik mit Hall-Elementen, Signalaufbereitung und Ausgangsschnittstellen in der Hauptkammer. Diese ist voll vergossen und bietet daher höchste Sicherheit gegen Feuchtigkeit und Vibrationen. Ihr Arbeitstemperaturbereich liegt zwischen -40°C und +85°C. Die Winkelcodierer haben eine Auflösung von 12Bit, d. h. 4096 Schritte je Umdrehung und ermöglichen damit eine Feinsteuerung des Fahrwerkes. Schutzarten bis zu IP69K werden gewährleistet. Großbagger sorgen für Kohle Zu den ganz großen mobilen Maschinen gehören die Schaufelradbagger, die im rheinischen Braunkohletagebau seit einigen Jahrzehnten eingesetzt werden. Lange Zeit dienten zur Steuerung der Betriebsabläufe End- und Nährungsschalter neben mechanischen Gestängen und Hebeln. Visuelle Überwachung und manuelle Regelungen durch mehrere Bedienpersonen waren erforderlich. Inzwischen werden viele Funktionen wie die Schwenkung der Ausleger, Höhenverstellungen, Synchronisation von Abbau- und Transportvorgängen über S7-Steuerungen automatisiert. Die Bewegung von Auslegern, Brücken- und Transportbändern mit bis zu 3 Freiheitsgraden müssen zur Vermeidung von Kollisionen aufeinander abgestimmt werden. Sensoren und Aktoren sind im Profibus vernetzt. TWK-Multitour-Winkelcodierer CRD dienen an vielen Stellen zur Positionserfassung und zur stetigen Rückmeldung an die Zentrale. Durch die Modernisierung der Großgeräte können Ortswechsel in wesentlich kürzerer Zeit vorgenommen werden. Ein oder zwei Personen erfüllen die noch erforderlichen Steuer- und Überwachungsaufgaben. Die Auswahlkriterien Bei der Auswahl bestimmter Winkelcodierer-Modelle sind die Einsatzbedingungen und die Leistungsdaten der Geräte entscheidend. Umweltverhalten, Baugröße, mechanische Belastbarkeit und nicht zuletzt die elektrische Ausgangsschnittstelle sind zu beachten. Besondere Bedeutung für die Automatisierung von Maschinen und Anlagen gewinnt die implementierte Software, die standardmäßig oder anwendungsspezifisch ausgelegt wird. Sie ermöglicht einen hohen Grad von Flexibilität innerhalb komplexer Steuerungssysteme. Die Tabelle zeigt die wesentlichen Unterscheidungsmerkmale der elektro-optischen und elektro-magnetischen Winkelcodierer.