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Sensorik

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Erntehelfer aus der Industrie

Text: Thomas Hensler, Pepperl+Fuchs
Heute fahren Traktoren auch mal ohne den Bauern übers Feld. Smart Farming nennt man das - eine echte Erleichterung für Landwirte. Damit die Autonomie störungsfrei funktioniert, beobachten Sensoren das innere der Landmaschine genauso wie die äußere Umgebung ganz genau.

Begriffe wie Smart Farming oder Precision Farming zeigen es: Der Wandel von der herkömmlichem Landtechnik hin zu einem modernen High-Tech-Maschinenpark ist nicht aufzuhalten. Zugmaschinen und Anbaugeräte werden zunehmend mit Bordrechnern und elektronischen Steuergeräten ausgestattet, mit denen die Maschinen nahezu jeden landwirtschaftl-ichen Prozess verbessern können. Möglich ist das nur, wenn Sensoren stets genügend aktuelle Informationen liefern, zum Einen über die internen Zustände, zum Anderen aber auch über die externen Bedingungen.

Gegen Schmutz und Erschütterungen wappnen

Agrartaugliche Sensoren unterscheiden sich in einigen Punkten deutlich von ihren Pendants in der Fabrikautomation - sowohl in ihren mechanischen als auch in ihren elektrischen Eigenschaften. Die stete Konfrontation mit Schmutz, Feuchtigkeit, Kraftstoffen, Hydraulikölen, Salzen, Dünge- und Spritzmitteln gehört zur Tagesordnung, und die Anforderungen an eine chemische Beständigkeit lässt sich vielfach nur durch Edelstahl erfüllen. Gleichzeitig stellen Vibrationen und starke Erschütterungen hohe Anforderungen an die mechanische Robustheit und Unverwüstlichkeit. Neben verbreiteten analogen Strom- und Spannungsschnittstellen sind auch Standards wie Canopen oder J1939-Protokolle gefragt. Und für den Betrieb auf öffentlichen Straßen kommt man nicht ohne e1-Zulassung aus. Auf der elektromechanischen Seite schließlich müssen sich die Kabel- und Steckerlösungen flexibel den jeweiligen Standards und Herstellernormen anpassen. Das Sensorprogramm aus dem Hause Pepperl+Fuchs bietet viele Komponenten, die man heute zur Lösung der zahlreichen Detektionsaufgaben in der Agrartechnik benötigt. Hochdichte, geschützte und mechanisch robuste Gehäusekonstruktionen qualifizieren Sensoren für den Einsatz unter den rauen Outdoor-Bedingungen. Weiterhin erfüllen sie alle notwendigen Kriterien der Elektroma- gnetischen Verträglichkeit und übertreffen mit einer Störfestigkeit von bis zu 100V/m die geforderten Werte.

Autopilot mit Neigungssensor

Da Landmaschinen auch immer öfter ein Selbstfahrsystem integriert haben, ist es wichtig ihren Neigungswinkel zu überwachen. Die Sensoren der Serie F99 eignen sich zur stetigen Überwachung und Nivellierung von Fahrzeugen, Anbaugeräten oder Fahrerkabinen. Sie erfassen Neigungswinkel zwischen 0 und 360° bei Auflösungen von weniger als 0,1° und sind in ein- und zweikanaligen Ausführungen erhältlich. Auf Wunsch werden Messbereiche und Ausgänge kundenspezifisch parametriert. Neben Modellen mit 4...20mA-Stromschnittstelle, 0...5V-Spannungsschnittstelle und Canopen-Busanschluss ist der Neigungssensor auch mit J1939-Protokoll verfügbar. Er erfüllt die Schutzarten IP68 und IP69k und kann über sein intelligentes, mechanisches Befestigungskonzept mit robustem Metallhaltewinkel direkt am Fahrzeug montiert werden. Aus derselben Baureihe sind die Beschleunigungssensoren, die kurzfristige dynamische Einflüsse und Kräfte auf Fahrzeuge und Anbaugeräte detektieren.Für inhomogene, nicht glatte Oberflächen wie Ackerböden, beladene Anhänger oder Silos bietet sich Ultraschall an. Denn durch den Schallkegel mit Mittelwertbildung liefert er bei Spurführungssystemen, die sich am Furchenverlauf orientieren, ein präziseres Signal als andere Techniken. Und mit seiner Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung punktet er gegenüber Kamerasystemen. Bei großen Feldspritzen mit weit ausladenden Sprüharmen helfen Ultraschallsensoren die Spritzdüsen ohne mechanische Vorrichtungen in einem konstanten Abstand zum Boden zu halten und eine optimierte Düngemittelausbringung zu ermöglichen. Die über mehrere Gelenke mit dem Fahrzeug verbundenen Gestänge werden so durch eine Bodenabstandsüberwachung gegen Beschädigung geschützt.

Die Hand am Joystick

Als Beispiel aus der großen Palette der Ultraschallsensoren soll der MetalFace Sensor UMC3000 dienen. Er ist in einem Edelstahlgehäuse untergebracht und ermöglicht tastenden Betrieb ohne separates Empfängermodul. Er hat einen Durchmesser von 30mm, an der Frontseite auf dem Wandler befindet sich eine Edelstahlabdeckung. Die Bedienterminals der Landmaschinen sind häufig mit Joysticks ausgestattet, über die sich die Gabel oder das Anbaugerät steuern lässt. Ein unsichtbar in den Joystick integrierter kapazitiver Sensor zeigt der Bordelektronik stets an, ob der Bediener den Joystick tatsächlich umfasst. Ist dies nicht der Fall, werden zum Spritsparen Motordrehzahl und Hydraulikdruck reduziert und gegebenenfalls Sicherheitsfunktionen wie Bremsen und Verriegelungen aktiviert. Auch induktiv arbeitende Sensoren finden sich oft in der Landtechnik. Zylindrische Ganzmetallsensoren in M12- oder M18-Gewindehülsen eignen sich als Ersatz mechanischer Schalter. Sie erfassen über metallische Maschinenkomponenten die Zustände von Klappen, Fördereinrichtungen oder Rodereinheiten. Ebenfalls mit induktivem Wirkprinzip ausgestattet sind die kontaktlosen Positioniersysteme PMI, F90, F110 und F130. Sie dienen der Erfassung von Drehwinkeln, wie bei Lenkungen oder der Messung linearer Bewegungen und Wege an Hydrauliksystemen.

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