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04.10.2007

Bedien- und Steuereinheiten für Straßenbauansprüche

Für ihre neuen Straßenfertiger der „Strich 2“-Generation hat die Joseph Vögele AG ein komplett neues Bedienkonzept entwickelt...

Für ihre neuen Straßenfertiger der „Strich 2“-Generation hat die Joseph Vögele AG ein komplett neues Bedienkonzept entwickelt. Aufsetzend auf dem Automatisierungs-Know-how von Mondial wurden baustellengerechte Bedienkonsolen entwickelt, die sich nicht zuletzt durch ihre intuitive Bedienerführung auszeichnen.

Die Joseph Vögele AG konzentriert sich auf die Entwicklung von Straßenfertigern für den Asphalteinbau und beschäftigt derzeit rund 800 Mitarbeiter. Seit 1996 gehört das Unternehmen zur Wirtgen-Group. „Im Unterschied zu unseren Mitbewerbern befindet sich die Unternehmensgruppe im Familienbesitz. Außerdem verfügt sie über ein eigenes weltweites Vertriebs- und Servicenetzwerk mit 55 Stützpunkten sowie ein ausgedehntes Händlernetz“, informiert Martin Buschmann, Leiter Entwicklung und Konstruktion bei der Joseph Vögele AG in Mannheim. „Neben vier Stammwerken in Deutschland besitzt das Familienunternehmen weitere lokale Produktionsstätten in den USA, Brasilien und China.“

Vögele hält in ihrem Bereich der Straßenfertiger nach eigenen Angaben ca. 40 % der Anteile am Weltmarkt und über 50 % am deutschen Markt. Wurden 2005 noch ca. 800 Straßenfertiger gebaut, hat die Nachfrage im letzten und im laufenden Jahr deutlich zugenommen: Über 1.700 Maschinen werden derzeit jährlich produziert. „Diese Entwicklung ist zum einen auf die momentan hohe weltweite Nachfrage an Straßenfertigern zurückzuführen.Dabei wird das Wachstum sowohl von der Entwicklung in Asien als auch der Entwicklung in Europa getragen“, informiert M. Buschmann. Als zweiten Grund für die positive Geschäftsentwicklung des Unternehmens nennt er die eigenen innovativen Maschinen. „Wir haben in diesem Jahr auf der Bauma nicht eine Maschine gezeigt, die wir schon auf der letzten Bauma vor drei Jahren präsentiert hatten. Sehr gut angenommen wird zudem unser neues Bedienkonzept Ergo Plus, mit dem alle neuen Straßenfertiger ausgestattet sind“, sagt er weiter.

Die Hauptbedieneinheit auf dem Bedienstand des Straßenfertigers

Die Hauptbedieneinheit auf dem Bedienstand des Straßenfertigers

Bei der Entwicklung der neuen Straßenfertigergeneration „Strich 2“ wurden die größten Entwicklungskapazitäten in das Generation war gerade im Hinblick auf die Bedienerfreundlichkeit verbesserungsfähig“, gibt M. Buschamnn zu. Ergonomie und selbsterklärende Bedienerführung standen bei der Neuentwicklung im Vordergrund. Die wesentlichen Neuerungen von Ergo Plus umfassen den ergonomischen Bedienstand, die Bedienkonsolen für den Fahrer und an der Bohle, die neue Nivellierautomatik sowie das verbesserte Servicekonzept.

Die Wahl des Automatisierungspartners

Wurde bei der „Strich 1“-Generation noch das Konzept verfolgt, Hardware und Elektronik im eigenen Haus zu entwickeln, kam bei der neuen Straßenfertigergeneration schon die Philosophie zum Tragen, alle Prozesse, die nicht zur Vögele-Kernkompetenz gehören, nach außen zu verlagern. In diesem Zusammenhang entstand der erste Kontakt bezüglich des neuen Bedienkonzepts zur Firma Mondial im Jahr 2003. „Wir waren auf der Suche nach einem langfristigen Systempartner, der über entsprechendes technisches Know-how verfügt und flexibel genug ist, auf unsere Anforderungen an Bedienkonsolen einzugehen“, beschreibt M. Buschmann die Anfänge. Offenheit und lösungsorientiertes Arbeiten waren die Voraussetzung an den Automatisierungspartner. „Wir produzieren zwar einerseits in relativ geringen Stückzahlen, haben dafür auf der anderen Seite aber sehr spezifische Anforderungen“, so M. Buschmann. Die Entwicklung und Produktion in Österreich sowie die räumliche Nähe zur deutschen Niederlassung mit Vertrieb und Technik im Raum Darmstadt wurde im Haus Vögele außerdem als angenehm empfunden.

So sollten Bedienkonsolen realisiert werden, die den rauen Straßenbaubedingungen standhalten, sich aber dennoch durch Ergonomie, einfache Bedienerführung und schnelle Erlernbarkeit auszeichnen. Zum Auftragsvolumen gehörte die Hardware-Entwicklung und -Fertigung der Fahrer-Bedienkonsole sowie der Außenbedienstände. Vögele legte Wert auf eine Entwicklungsplattform von Mondial, denn alle Software-Entwicklungen wurden vor Ort in Mannheim durchgeführt. Die Verfahrenstechnik der Straßenfertiger ist eine Kernkompetenz und bleibt somit im Haus Vögele. Dabei ist das „Drei-Mann“-Bedienkonzept ein Merkmal ihrer Straßenfertiger.

 

Die Bedienkonsolen

Als Spezialist für kundenspezifische Bedien- und Steuersysteme, unter anderem für die Baumaschinen- und Nutzfahrzeugtechnik, entwickelte Mondial in enger Zusammenarbeit mit Vögele einen in vier Einheiten gegliederten Hauptbedienstand sowie die Außenbedienstände. Technologieplattform für beide Einheiten bilden die Hitachi-H8-Mikrocontroller. Der Hauptbedienstand des Straßenfertigers basiert auf dem Mikroprozessor H8/2646. Drei Einheiten dienen zum Fahren und Bedienen, während die Display-Einheit unter anderem für die Nivellierung verwendet wird. Die Display-Einheit arbeitet mit einem integrierten Power-PC zusammen, der mit dem Betriebssystem Linux arbeitet. Für den Servicebereich und die Programmpflege sind unterschiedliche Schnittstellen, wie CAN, RS-232 oder USB vorhanden. In der gleichen Art sind auch die Außenbedienstände aufgebaut: die untere Einheit ist wieder für die Bedienung, der obere Bereich für die Visualisierung von verschiedenen Werten vorgesehen. Auch die Außenbedienstände sind mit CAN- und RS-232-Schnittstelle ausgerüstet.

Für die Software-Erstellung kommt die Programmier- und Konfigurations-Software Motko (Mondial Terminal Konfiguration) zum Einsatz. Alle Aufgaben der Visualisierung werden hierbei grafisch gelöst, das heißt die Funktionen werden konfiguriert und es muss keine Programmiersprache verwendet werden. Weiter Funktionen im Bereich Steuern und Regeln werden in den Hochsprachen C und C++ programmiert.

Alle in diesen beiden Systemen eingesetzten Baugruppen stammen aus der Technologieplattform des Hauses Mondial und haben sich bereits in diversen Applikationen erfolgreich bewährt. Somit werden bei Vögele nur Baugruppen verwendet, die schon mehrfach getestet wurden und auf einem hohen Qualitätslevel beruhen. Entwicklungsbegleitend führt das Mondial-Team EMV-Tests, Klima- und Vibrationstests durch. Somit kann auch in einer frühen Phase der Entwicklung das Produkt für die raue Umgebung des Straßenbaus verifiziert werden. So auch bei Vögele.

 

Die konkreten Vögele-Anforderungen

Leitgedanke bei der Entwicklung der Bedienkonsolen für die Vögele-Straßenfertiger war: Vorher wissen, was auf Knopfdruck passiert. Das klingt zunächst logisch, ist es laut M. Buschmann aber nicht unbedingt. Als Beispiel führt er die Taster an, die sowohl mit tastender als auch mit rastender Funktion belegt sein können. „Um dies kenntlich zu machen, führen wir die Taster mit rastender Funktion mit einer Status-LED aus“, so der Leiter Entwicklung und Konstruktion. Im gerasteten Zustand leuchtet diese.

Insgesamt stehen dem Bediener auf den Bedieneinheiten alle wichtigen Einbau- und Fertigerfunktionen zur Verfügung. Die Kurzhubtasten sind baustellengerecht konzipiert und mit einer einfachen und klar verständlichen Symbolik belegt. Ist die Taste gedrückt, wird die gewünschte Funktion direkt ausgelöst. Dafür sorgt das „Touch and Work“-Prinzip.

„Alle Funktionen, die der Bediener während des Einbaus benötigt, müssen hardwareverdrahtet sein. Voreinstellungen dürfen auch über Software abgedeckt werden, zum Beispiel die Einbaugeschwindigkeit, Einbaustärke, Füllstandhöhen usw. Diese Einstellungen werden über das Display aufgerufen“, so der Spezialist. Die Menüstruktur ist eindeutig aufgebaut, sodass der Anwender in kurzer Zeit mit dem Einstellen der verschiedenen Parameter, wie Tamperdrehzahl oder Bohlenentlastung, vertraut ist. Das Display bietet darüber hinaus auch Informationen über den Betriebszustand der Maschine. So ist unter anderem der Füllstand des Kratzerbands, die Arbeitsgeschwindigkeit der Maschine oder auch die Höhe der Nivellierzylinder im Display ablesbar.

Angelehnt an die Fahrer-Bedienkonsole ist auch die Bohlen-Bedienkonsole (Außenbedienstand) aufgebaut. Auch hier befinden sich die wichtigsten Funktionen in direktem Zugriff des Bohlenbedieners. „Soll beispielsweise eine Fahrbahnverengung vorgenommen werden, muss die Bohle einseitig manuell verschmälert werden. Gleichzeitig ist die Materialförderung entsprechend anzupassen. Das ,Touch and Work’-Prinzip in Verbindung mit der automatischen Regelung der Förderaggregate ermöglicht es, diesen komplexen Prozess schnell und fehlerfrei zu steuern“, so M. Buschmann.

 

Die Herausforderungen und Lösungen

Mondial hat die mechanische Konstruktion für Gehäuse und sonstige Teile in der Elektronikentwicklung integriert. Die Entwicklungsarbeit erfolgte in enger Zusammenarbeit zwischen Mitarbeitern des Hauses Vögele, Mondial und einem Designer. Gerade für den Straßenbau – und speziell bei Straßenfertigern ohne Kabine – müssen die Einheiten wasserfest, staubdicht und auch bei großer Sonneneinstrahlung gut erkennbar sein. Da die Straßen auch nachts gebaut werden, wurde von Vögele und Mondial gemeinsam ein Nacht-Design für alle Bedieneinheiten entwickelt: Die Oberfläche der Bedieneinheit besteht aus einer 5 mm starken Plexiglasplatte. Die Symbole werden von unten mittels LED angeleuchtet, durch die sowohl das Symbol als auch Tastfläche leuchten. Die Leuchtstärken der Displays und LED passen sich automatisch an das Umgebungslicht an.

Außerdem schützen Tastaturringe aus Kunststoff vor einer ungewollten Betätigung des Tasters. „Das ist gerade auch für die Bohlen-Bedienkonsole wichtig. Hält sich ein Arbeiter an dieser fest, kann es schnell zu einer ungewollten Betätigung einer Taste kommen, die beispielsweise die Einbaustärke verändert – der Supergau im Straßenbau. Durch die Tastaturringe wird diese Möglichkeit eingeschränkt“, so M. Buschmann.

Darstellung verschiedener Voreinstellungen auf dem Display

Darstellung verschiedener Voreinstellungen auf dem Display

Die Kurzhubtastatur ist komplett mit Folie abgedichtet. „Ursprüngliche Idee bei der Entwicklung war, auf Folie ganz zu verzichten. Das ließ sich in der Praxis jedoch nicht umsetzen. Da unsere Bedienstände an den Seiten offen sind, kann Regen auf die Tastatur auftreffen. Im Zusammenhang mit Temperaturen unter 0 °C gefriert dieses, und die Taste lässt sich nicht mehr betätigen“, schildert der Spezialist seine Erfahrungen. Eine weitere Erkenntnis wurde im Zusammenhang mit dem Display während der Erprobungsphasen gewonnen. „Das Display muss Sonneneinstrahlung und somit hohen Temperaturen standhalten. Diesem Anspruch werden wir nun mit einer Schott-Filterscheibe gerecht, die Sonnenstrahlen reflektiert und Wärme absorbiert.“

Die Unterteilung der Fahrer-Bedienkonsole in vier Einheiten wurde aus Kostengesichtspunkten vorgenommen. „Im Fall einer Beschädigung muss somit nicht die gesamte Konsole, sondern nur eine Einheit ausgetauscht werden“, verdeutlicht er weiter.

 

Bediener- und Servicefreundlichkeit

Außerdem wurde bei den Ergo-Plus-Bedienkonsolen erstmals eine Betriebsartsteuerung realisiert. Gewählt werden kann zwischen den Betriebsarten „Neutral“, „Umsetzen“, „Ansetzen“ und „Einbau“. In der jeweiligen Betriebsart werden automatisch die zugehörigen Funktionen freigeschaltet und angepasst. Er verdeutlicht: „Die klassische Betriebsart der Maschine ist der Straßeneinbau. Eine weitere ist das Verfahren, also das ,Umsetzen’ der Maschine auf der Baumaßnahme von einer Bahn zur nächsten. Im Fall des Straßeneinbaus ist gewünscht, dass alle Einbauaggregate eingestellt sind. Beim Verfahren der Maschine müssen diese natürlich abgeschaltet sein, sollten allerdings per Knopfdruck schnell wieder für die klassische Betriebsart zur Verfügung stehen. Dadurch wird die Anzahl der Bedienerinteraktionen reduziert.“

Bei allen Betriebsarten dient der Joystick zur Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt; im Umsetz- und Ansetz-Betrieb regelt er zudem die Fahrgeschwindigkeit. In der Betriebsart „Einbau“ wird die Einbaugeschwindigkeit per Sollwertgeber vorgewählt. Durch Betätigen des Joysticks nach vorn, beschleunigt die Maschine automatisch auf die vorgewählte Geschwindigkeit. Während des gesamten Einbaus wird der Vortrieb konstant gehalten. In dieser Betriebsart sind alle für den Einbau notwendigen Automatikfunktionen zuschaltbar. Die angewählten Automatikfunktionen werden mit der Betätigung des Joysticks nach vorn aktiv und der Fertiger setzt sich mit der zuvor eingestellten Geschwindigkeit in Bewegung. Gleichzeitig starten alle Förder- und Verdichtungsaggregate mit den voreingestellen Werten. Im Ansetz-Betrieb reagiert die Lenkung sehr präzise,sodass der Fertiger einfach in Position zu bringen ist. Dabei unterstützt auch der stufenlos regulierbare Vortrieb der Maschine.

Wird eine angewählte Funktion nicht ordnungsgemäß von der Maschine ausgeführt, hilft die neue umfangreiche Diagnosefunktionalität. M. Buschmann: „Im Fall, dass bei der Betätigung eines Tasters keine Funktion ausgelöst wird, kann über das Display die Eingabematrix des Systems dargestellt und der Signalweg nachvollzogen werden. Auf diese Weise gelangt man schnell zum Fehler.“

Serviceseitig wurde zudem das Aufspielen von Software-Updates vereinfacht. „Insgesamt läuft ungefähr ein Dutzend unterschiedliche Software auf einer Maschine – Außenstand, Leitrechner, Pult, Nivellierung usw. sind softwareseitig verschieden ausgeführt. Früher hat der Servicetechniker per Laptop ein Update der einzelnen Applikationspakete aufgespielt“, so der Entwicklungsleiter. Bei den neuen Maschinen verfügt das Bedienpult über eine USB-Schnittstelle, an die ein speziell entwickelter Heavy-Duty-Memory-Stick angeschlossen werden kann, auf dem sich die komplette Applikations-Software des Straßenfertigers befindet. Per Klick werden die einzelnen Software-Parts via CAN-Bus an die Steuerung übermittelt. „Dadurch kann der Servicetechniker eingespart werden, der für das Aufspielen eines Software Updates zum Beispiel nach China fliegen muss. Via Internet sind dort solche Aktionen zumeist nicht durchführbar, da ein Internet-Zugang hier in den seltensten Fällen vor Ort der Straßenbauarbeiten vorhanden ist“, so M. Buschmann. Als zweites Beispiel für Servicefreundlichkeit nennt er den ebenfalls neu eingeführten Parameter-Stick.


Zusammenfassung

Das Bedienkonzept Ergo Plus wird über die gesamte Palette an Straßenfertigern bei Vögele angewandt. „Wir haben in die Entwicklung dieser Bedien- und Steuereinheit mehr Aufwand gesteckt, als in der Vergangenheit jemals in eine komplette Maschine. Wir verwenden diese nun über alle Baureihen hinweg“, so M. Buschmann. Im Erfolg dieses Konzepts sieht er sich nicht nur durch die guten Verkaufszahlen bestätigt. „Bei unserer vorherigen ,Strich 1’-Generation betrug die Einweisungszeit der Bediener ein bis zwei Tage; bei der ,Strich 2’-Generation genügen heute ein bis zwei Stunden“, belegt er an Zahlen und resümiert: „Damit wird das Potenzial deutlich, dass wir bei der Umstellung ausgeschöpft haben.“

Auch Mondial freut sich über das positive Ergebnis ihrer Arbeit. Rund 1 400 Haupt- und ca. 2 800 Außenbedienstände werden jährlich ausgeliefert – Tendenz steigend. Die Einheiten werden im Haus Mondial auf SMD-Bestückungsautomaten gefertigt und getestet. Anschließend erfolgt die Montage der Einheiten in die Gehäuse und es schließen sich weitere Prüfschritte an. Stichprobentests für die Bereiche EMV, Klima und Vibration werden nach entsprechenden Qualitätsplänen hausintern durchgeführt. Danach werden die Einheiten verpackt und nach Mannheim versandt.

 

Inge Hübner

 

Weitere Informationen unter

www.mondial.co.at,

www.voegele-ag.de.

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