Präzision auf dem Kartoffelacker

In der Landwirtschaft ist Langlebigkeit von entscheidender Bedeutung. Landwirte investieren in hochwertige Maschinen, die über viele Jahre hinweg zuverlässig arbeiten müssen, um eine rentable Produktion sicherzustellen. Encoder und Drehknöpfe müssen daher so konstruiert sein, dass sie eine lange Lebensdauer bieten, ohne dabei an Leistungsfähigkeit und Präzision einzubüßen. 

Eine der wichtigsten Anforderungen an HMI-Encoder in landwirtschaftlichen Maschinen ist ihre Robustheit gegenüber Umwelteinflüssen. Staub, Schmutz und Feuchtigkeit sind allgegenwärtig in diesen Umgebungen und können die Funktionsweise elektronischer Komponenten beeinträchtigen. Darüber hinaus sollten die Gehäuse der Encoder so konstruiert sein, dass sie Stoß- und Vibrationsbelastungen standhalten und gleichzeitig eine zuverlässige Abdichtung gewährleisten. Eine weitere wichtige Anforderung ist ihre Temperaturbeständigkeit. Die Temperaturen können je nach Einsatzgebiet, Jahreszeit und Standort stark variieren. Von extremen Kälteperioden im Winter bis hin zu heißen Sommertagen mit intensiver Sonneneinstrahlung müssen die HMI-Komponenten standhalten und zuverlässig ihren Dienst verrichten. Für den Kartoffelernter Keiler II suchte Ropa genau einen solchen Drehgeber, der unter den spezifischen Einsatzbedingungen in der Landtechnik zuverlässig arbeitet. 

Optimierte Encoder für den Keiler II 

Der Kartoffelroder wurde technisch grundlegend überarbeitet mit Fokus auf Hydraulik, Bedienarchitektur und Systemvernetzung, um die Effizienz und den Ressourceneinsatz im Feldbetrieb zu optimieren. Die weiterentwickelte Maschine verfügt nun über ein weiterentwickeltes Hydraulikkonzept mit vollhydraulischem Antrieb und elektronischem Load-Sensing zur bedarfsgerechten Regelung. Die überarbeitete Teleskopachse erhöht Lenkkraft und Pendelwinkel. Ergänzt wird das System durch LED-Beleuchtung, Telematik zur Vernetzung von Maschine und Betrieb sowie einer neuen Maschinensoftware mit erweiterten Sicherheitsfunktionen. Konstruktive Anpassungen wie ein zentraler hydraulischer Stützfuß und ergonomisch optimierte Verlesestände runden das Konzept ab. 

Im Zuge des Relaunchs sollte ein bisher eingesetztes Potentiometer, welches für die Steuerung der Bandgeschwindigkeit eingesetzt wurde, durch einen Encoder ersetzt werden, um die Maschinenbedienung von mehreren Steuerständen aus zu ermöglichen. Eine zusätzliche Herausforderung: Die Hauptbedieneinheit ist außerhalb der Fahrerkabine direkt auf der Maschine montiert. Dadurch sind die Eingabegeräte den Umgebungsbedingungen unmittelbar ausgesetzt. Neben Staub- und Wasserdichtigkeit auf der Frontseite muss daher auch die Rückseite der Frontplatte die entsprechenden Schutzanforderungen erfüllen. „Wir waren dabei auf der Suche nach einem Encoder, welcher in einer solch anspruchsvollen Umgebung bewährt und um ein gedichtetes Steckerkonzept erweiterbar ist“, sagt Richard Bauer, Entwicklung/Konstruktion bei Ropa Fahrzeug- und Maschinenbau GmbH. 

Robustes Design für harte Bedingungen 

Abhilfe schaffte der ESC17 von EBE sensors + motion. Diese Produktfamilie zeichnet sich durch besondere Robustheit und Langlebigkeit aus. Aufgrund des Aufbaus aus speziellen Kunststoffen sowie dem eigens entwickelten Rastwerk, hält er auch diversen extremen MIL-Anforderungen stand. Die berührungslose und somit verschleißfreie Erfassung der Drehbewegung und der Tastsignale durch einen Hall-Sensor macht die ESC17-Dregeber äußerst zuverlässig. Mit 16 Raststellungen bietet die eingesetzte Kugel-Feder-Rastung ein angenehmes haptisches Feedback. Durch die gut abgestimmte und deutlich fühlbare Rastung und Taste, werden auch in einer anspruchsvollen Bedienungsumgebung, wie sie bei auf dem Acker bewegten Maschinen vorherrscht, Fehleingaben vermieden. Die Rastwerke der ESC17-Familie sind dabei auf mehrere 100.000 Umdrehungen und Tastbewegungen ausgelegt und können in ihrer Haptik den Kundenwünschen angepasst werden. Der Schutz vor ESD-Entladungen nach IEC 61000-4-2 im eingebauten Zustand wird gewährleistet und entsprechende Prüfung hat der Drehgeber mit Bravour bestanden. Gegenüber EMV-Störungen, wie z.B. nach DIN EN 12895, zeigt sich der ESC17 unbeeindruckt und gewährt ohne jegliche negative Beeinflussung eine zuverlässige Bedienung.  

Die Abdichtung hinter der Frontplatte ließ sich mit dem Standard-ESC17 jedoch zunächst nicht vollständig umsetzen. Durch konstruktive Anpassungen auf Basis vorhandener Erfahrungen aus dem Militärbereich, konnte jedoch eine Lösung realisiert werden, mit der die geforderte Dichtheit auch rückseitig gewährleistet wird. Zudem sind die ESC17-Drehgeber standardmäßig mit Steckverbindern oder Kontakten für die direkte Montage auf einer Leiterplatte ausgeführt. Für den Einsatz im Bedienpanel des Kartoffelernters war diese Ausführung nicht geeignet, da der Encoder direkt an den Kabelbaum der Maschine angebunden werden musste. Die Umsetzung erfolgte letztendlich unkompliziert über eine kundenspezifische Anpassung mit einem integrierten M12-Steckverbinder. „Durch diese Maßnahmen konnte ein absolut langlebiger, aber trotzdem haptisch angenehmer Drehgeber umgesetzt werden, der die Anforderungen des Kunden vollumfänglich erfüllt.“ so Andreas Hoffmann, Produktmanager HMI bei EBE sensors + motion. 

Optimierte Encoder für Landmaschinen 

Um den hohen Anforderungen in Landmaschinen aber auch Baumaschinen weiterhin gerecht zu werden, hat EBE die ESC17-Familie hinsichtlich Bauraum und funktionaler Sicherheit noch weiter optimiert. In Bedienpanels moderner Landmaschinen steht aufgrund steigender Anforderungen an Ergonomie, Bedienlogik und Übersicht wenig Einbauraum zur Verfügung. Der dafür optimierte ESC17 mini ist für ebensolche Randbedingungen ausgelegt. Mit Abmessungen von 17 × 19 mm (L × B) und einer Aufbauhöhe von 11 mm unterhalb der Frontplatte ist der Drehgeber kompakter als viele vergleichbare Lösungen. Gleichzeitig erfüllt er die Anforderungen an Robustheit und Lebensdauer gemäß der hausinternen HMI-Anforderungen. Diese bündelt Prüfanforderungen aus den relevanten MIL-, DIN EN- und VDE-Normen. Für Anwendungen mit besonders erhöhten Sicherheitsanforderungen steht der ESC17 SAFETY zur Verfügung. Er erfasst Dreh- und Tastsignal redundant über zwei voneinander unabhängige Hall-Sensoren. Die Signalverarbeitung erfolgt getrennt; im Fehlerfall wird ein separates Diagnosesignal über einen dedizierten Pin ausgegeben. Damit eignet sich die Ausführung für Funktionen, bei denen eine fehlersichere Eingabe erforderlich ist. 

Anpassungen für individuelle Bedürfnisse 

Aufgrund des Baukastenprinzips bietet EBE sensors + motion unzählige Anpassungen für seine Drehgeber an. Dies erlaubt Freiräume, welche bei Standardprodukten nicht gegeben sind und es können somit Anwendungen, wie beispielsweise im Falle von Ropa, für den absoluten Spezialeinsatz abgedeckt werden. Immer stehen dabei Qualität und eine hohe Lebensdauer im Vordergrund, sodass der Endnutzer lange Zeit von den individuell entwickelten Lösungen profitiert und unnötige, kostenintensive Stillstandzeiten zum Beispiel während der Erntesaison vermieden werden.  

Bilder: ROPA Fahrzeug- und Maschinenbau GmbH; EBE Eletro-Bau-Elemente GmbH