Bobcat®-Lader haben sich seit über 40 Jahren als wendige Alleskönner bei der Erdbewegung im Landschaftsbau, in Industrieanlagen und auf Baustellen bewährt. Die Bobcat Company hat im Laufe der Jahre eine Vielzahl von Modellen und Modifikationen mit stärkeren Motoren und besserer Leistung entwickelt. Eines dieser Produkte ist der sog. Kompaktlader, der die Fähigkeit besitzt, anzuhalten und sich auf der Stelle um 360° zu drehen, was den Betrieb an engen, schwer zugänglichen Stellen ermöglicht. Zur Weiterentwicklung dieser Leistung arbeitete Bobcat an einem revolutionären Konzept, mit dem sich die Manövrierbarkeit und Steuerungseffizienz ihrer Lader verbessern ließe.
Zur Verwirklichung dieser Idee benötigte Bobcat Sensoren für Geschwindigkeit und Radposition. Bobcat wandte sich dazu an Timken, nicht zuletzt wegen ihrer Erfahrung in der Sensortechnik. Die gemeinsam von Bobcat und Timken erarbeitete Sensortechnik führte zu einem der wichtigsten technischen Fortschritte seit der Erfindung des Kompaktladers – und zwar der Allradlenkung.
„Wir waren sehr wohl informiert über Timkens Erfolg im Bereich Sensortechnik für Automobile und andere Anwendungen“, sagte Jason Osborn, Konstruktions- und Entwicklungsingenieur bei Bobcat. „Wir riefen sie einfach an und fragten, ob sie einen magnetischen Sensor für uns entwickeln könnten, der in der rauen internen Umgebung der Bobcat-Lenkungseinheit kosteneffektiv arbeiten könnte. Der Rest ist Geschichte.“
Die Bobcat-Herausforderung
Bobcats Idee für ein neues Lenkkonzept schien theoretisch einfach zu sein: die Einführung von vier unabhängig lenkbaren Rädern. Das Ingenieursteam von Bobcat wünschte sich einen berührungslosen Sensor, ausgelegt für lange Standzeit und Zuverlässigkeit, der Lenkwinkel in einem System sich ändernder Toleranzen mit großer Genauigkeit messen könnte.
Die Zusammenarbeit von Bobcat und Timken resultierte in einer innovativen Konstruktion, in der berührungslose Sensoren in die Achsschenkelbolzen der einzelnen Radeinheiten integriert wurden. Das Ergebnis ist ein in die Achsschenkelbolzen integriertes Sensorsystem.
Der Erfolg der Sensortechnik Timkens beruht auf der Verwendung von Magneten und der Hall-Effekt-Technologie, die Informationen aus den einzelnen Rädern nutzen, um den Radwinkel zu bestimmen. Der Hall-Effekt basiert auf dem Prinzip, dass ein magnetisches Feld die in einem metallischen Leiter auftretende Spannung beeinflusst. Durch Einbau eines Sensors und eines Magneten direkt in das Radsystem lässt sich die Richtung und die Stärke des Magnetfeldes kontinuierlich messen und die präzise Position jedes einzelnen Rads bestimmen. Mithilfe dieser Informationen kann das Lenksystem dann zuverlässiges Radwinkel-Feedback liefern.
Timken entwickelte außerdem Geschwindigkeitssensoren für ein anderes robustes Bobcat-Produkt, und zwar die Toolcat™ 5600 Nutzkraftmaschine. Die Geschwindigkeitssensoren überwachen mithilfe eines speziellen Encoder-ASIC-Chips die Bewegungsgeschwindigkeit eines mehrpoligen Ringmagneten, der sich auf den Vorder- und Hinterachsen dreht. Beim Drehen des Rads erkennt der Sensor die mehrfachen Nord- und Südpole in diesem Ringmagneten, misst die Geschwindigkeit und überträgt sie an das Lenksystem. Das Lenksystem verwendet diese Informationen dann zur Kontrolle der Drehgeschwindigkeit der Räder.
Die berührungslosen Magnetsensoren und der Encoder-ASIC können hochauflösende Signale liefern, die mit denen der größeren und weniger robusten Kontaktsensoren und optischen Encoder vergleichbar sind. Darüber hinaus ermöglichen die kompakten Abmessungen und die Robustheit den Einsatz in Anwendungen, in denen Sensoren früher aufgrund von Bauraumbeschränkungen unmöglich waren und bei denen raue Umgebungsbedingungen wie hohe Temperaturen, Öl, Schmutz, Fett und Wasser optische Sensoren schädigen, falsche Messwerte in optischen Sensoren und in Kontaktsensoren verursachen und die Wirksamkeit von Winkelpositionssensoren gefährden würden. Zusätzlich zur erhöhten Dauerhaltbarkeit und Präzision erfordert der Betrieb der neuen Sensoren keine externen Elektronikbauteile. Dieses innovative System führt zu einer drastischen Verbesserung der Lenkung und der Gesamtleistung beider Bobcat-Fahrzeuge, so dass sie noch produktiver und einfacher zu bedienen sind.
„Bobcats Ingenieure legten uns ihre Herausforderungen vor und wir haben entsprechend darauf reagiert“, sagte John Santos, Timkens Gruppenleiter für intelligente Produkte und Systeme. „Unsere Kunden haben einen ständig zunehmenden Bedarf für elektronische Sensorprodukte und wir können bei der Bereitstellung von nutzbringenden Lösungen für unsere Kunden Erfolge nachweisen. Im Gegenzug ist ihr Erfolg auch unser Erfolg.“
Umsetzung in die Praxis
Timkens Winkel- und Geschwindigkeitssensoren werden im Toolcat 5600 und im Bobcat A300 Allrad(AWS)-Kompaktlader eingesetzt. Diese A-Serie war die erste ihrer Art mit zwei wählbaren Lenkarten. Die Sensoren sind kritische Komponenten des Systems, mit dem Allradlenkung und Rutschlenk-Manövrierbarkeit per Knopfdruck eingeschaltet werden können.
Im Rutschlenk-Modus arbeitet jede Seite unabhängig von der anderen Seite, so dass der Lader sich zur optimalen Manövrierbarkeit in die entgegengesetzte Richtung drehen kann. Im Allradlenkmodus hingegen arbeitet jedes Rad unabhängig und ermöglicht die präzise Lenkkoordinierung aller vier Räder. Dadurch können sich die Reifen auf der Innenseite in spitzerem Winkel und mit niedrigerer Geschwindigkeit drehen als die Reifen auf der Außenseite. Wenn die rechten und linken Seiten derart zusammen arbeiten, ergibt sich eine längere Lebensdauer für die Reifen, weil sie auf Asphalt und anderen harten Oberflächen keinen Reifenschlupf zeigen. Dieselbe reifensparende Bewegung ist auch bei Einsätzen der Maschine auf Rasen und anderen empfindlichen Flächen von Vorteil, wo die Störung des Erdbodens so gering wie möglich gehalten werden soll. Drehbewegungen im Allradlenkmodus sind außerdem sanfter, so dass der Fahrerkomfort verbessert und die Gefahr von Verschüttungen loser Materialien reduziert wird.
„Unsere Kompaktlader sind seit 1958 im Einsatz und haben auf ihre Art dazu beigetragen, die Welt zu verbessern“, sagte Herr Osborn. „Wir sind stolz darauf, dass wir die Leistung unserer Produkte kontinuierlich verbessern konnten. Durch die Integration der Sensortechnik Timkens haben wir die Betriebseffizienz auf die nächste Stufe angehoben.“
Jeder Lader mit Allradlenkung verwendet sechs Sensoren, und zwar zwei Geschwindigkeits- und vier Radwinkelsensoren. Während der Winkelsensor präzise Lenkinformationen aus der koordinierten Bewegung aller vier Räder liefert, werden die Geschwindigkeitssensoren verwendet, um das korrekte Verhältnis der Radgeschwindigkeiten zur Drehung des Laders optimal einzustellen. Die Geschwindigkeitssensoren des AWS-Laders überwachen die Radgeschwindigkeiten rechts und links, während die Geschwindigkeitssensoren am Toolcat 5600 zur Überwachung der Geschwindigkeit der Vorder- und Hinterräder verwendet werden.
Timken kann Bobcat mit Lenksäulen, Kegelrollenlagern, Kugellagern, Nockenstößeln, Nadellagern, Präzisionsbaugruppen und Buchsen beliefern.
„Unsere Geschäftsbeziehung mit Bobcat wird durch unsere umfassende Expertise weiterentwickelt und gefestigt“, sagte Brad Baldwin, regionaler Vertriebsleiter von Timken. „Der Erfolg unserer Sensoren hat uns weitere Möglichkeiten eröffnet, so dass wir für Bobcat nicht nur ein Anbieter von Produkten, sondern von kompletten Lösungen sind.“
(Alle Fotos mit freundlicher Genehmigung von Bobcat)