Einbauen, einrichten und vergessen

Andreas Zeiff ist Fachjournalist in Stutensee

Murphys Law gilt auch für Anlagenkomponenten: Wenn etwas kaputt geht, dann immer zum ungünstigsten Zeitpunkt. Sensoren machen da keine Ausnahme. Oft versagen die Datenlieferanten der Automatisierung sogar kurz nach einer turnusmäßigen Revision. Das soll sich nun ändern. Die Hersteller setzen in Zukunft verstärkt auf die Zuverlässigkeit ihrer Produkte.

Zwar gehören die Sensoren eher zu den ausfallarmen Komponenten in der Automatisierungstechnik, doch wenn sie ausfallen, dann auf der Stelle. Einen schleichenden Ausfall gibt es nicht. Und ohne zuverlässige und aktuelle Daten steht die Anlage still.

Um das Problem zu minimieren, haben die Hersteller unterschiedliche Konzepte entwickelt. Zum einen bieten sie gut abgedichtete Sensoren an, die mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet sind. Zum anderen besteht die Möglichkeit, den Sensor verschleißfrei auszuführen. Welches Verfahren zum Einsatz kommt, hängt von der Applikation und somit der nötigen Auflösungsgenauigkeit des Senors ab.

So hat beispielsweise die Hengstler GmbH aus Aldingen bei ihren neuen Absolutdrehgebern der Baureihe Acuro den herkömmlichen Sensoraufbau durch zusätzliche Sicherheitsfunktionen ergänzt (Halle 9, Stand A49). Konventionelle Absolutgeber gelten wegen ihrer Komplexität als störanfällig. Trotz bester Abdichtung besteht bei der optischen Abtastung die Gefahr, dass die Codescheibe durch eindringende Medien verschmutzt wird. Ebenso kann man die LED-Alterung über die Jahre nicht vernachlässigen. Deshalb besitzt der neue Geber ein ausgeklügeltes Sicherheitskonzept. Da die Störeinflüsse nie schlagartig zu einer Beeinträchtigung der Sensorfunktion führen, kann der Anwender über eine integrierte Diagnose- und Alarmfunktion rechtzeitig gewarnt werden.

Codefehler durch Verschmutzung, Betauung oder mechanische Überlastung werden so durch eine Plausibilitätskontrolle sicher erkannt und auf ihre Relevanz überprüft. Alterung und andere schleichende Einflüsse sind so ständig unter Kontrolle. Bei Überschreiten eines festgelegten Schwellwertes wird eine Meldung ausgegeben. So lassen sich lange vor einem Sensorausfall der fällige Austausch planen und der Anlagenausfall im Vorfeld vermeiden. Zudem lassen sich Wartungsintervalle, die aus Vorsicht sehr kurz angesetzt wurden, ohne Sicherheitseinbußen kostensparend verlängern.

Neben der Fehlererkennung müssen auch die Daten im Normalbetrieb sicher übermittelt werden. Dazu verzichtet die Acuro-Drehgeberreihe vollständig auf analoge Signale. Alle Daten zwischen Singleturn-Sensor, Multiturn-Modul und Busschnittstelle werden digital übertragen und über eine Fehlerprüfung im Protokoll abgesichert. Zusammen mit der Parametrisierungs-Software ergibt sich ein Gesamtkonzept für einen sicheren und bedienerfreundlichen Sensor, der sich selbst überwacht.

Auf ein anderes Konzept setzt die Siko GmbH, Buchenbach, bei ihren inkrementalen Drehgebern mit magnetischer Abtastung (Halle 9, Stand G24). Bei den Produkten steht nicht eine möglichst hohe Auflösung im Vordergrund, sondern ein langjähriger, wartungsfreier Betrieb. Die Drehgeber basieren auf einem Magnetring mit unterschiedlicher Polzahl und einer Auswerte-Elektronik. Das Messprinzip toleriert Abweichungen in der Lage zwischen Magnetring und Elektronik bis zu 2 mm. Dies erlaubt auch bei erhöhten Lagertoleranzen und Staubabscheidungen exakte Messergebnisse. Staub und Vibrationen sind für die Messauswertung nach eigenen Angaben ohne Belang.

Als magnetisches Material für den Geber wird robuste Ferritkeramik eingesetzt. Die zugehörige Elektronik ist hermetisch vergossen und so ebenfalls gut geschützt. Beide Komponenten sind in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, wodurch der Sensor die Schutzart IP 67 erfüllt. Offene Kabelenden erleichtern einen universellen Anschluss. Die Auflösung mit bis zu 1280 Impulsen pro Umdrehung reicht für die meisten Anwendungsfälle mit Extrembelastungen aus. Magnetische Feldlinien durchdringen alle nichtferromagnetischen Stoffe praktisch ungeschwächt. Medieneinflüsse aus der Umgebung sind darum irrelevant für die Funktion des Sensors. Das Produkt eignet sich daher besonders für den Einsatz in ölgefüllten Maschinenteilen, wo herkömmliche Sensoren schnell an ihre Grenzen stoßen.

Ein anderes magnetisches Prinzip nutzt die Balluff GmbH zur linearen Wegerfassung (Halle 9, Stand F53). Auch bei dem Hersteller aus Neuhausen a.d.F. steht die robuste und langzeitstabile Messwerterfassung im Vordergund. Der magneto-induktive Bil-Sensor setzt sich aus dem eigentlichen Sensorelement und einem Magneten als Geber zusammen. Im Zusammenspiel mit der Auswertelektronik bietet das Produkt eine nahezu lineare Kennlinie. Der Linearitätsfehler liegt unter 1 % und die Reproduzierbarkeit ist besser als 0,1 mm. Besonders geeignet ist das Prinzip für den Messbereich zwischen 20 und 200 mm. Als Geber lassen sich auch bereits vorhandene Magnete, wie sie beispielsweise in Pneumatikzylindern zur Endabschaltung vorhanden sind, einsetzen. Das Sensorelement selbst ist dabei in der Form variabel und kann auch applikationsspezifisch gestaltet sein. Einsatzfälle in Fördereinrichtungen oder in der Robotik sind auf diese Weise wartungsarm zu lösen.

Ein anderer Linearwegsensor der Turck GmbH aus Mühlheim an der Ruhr arbeitet nach dem magnetinduktiven Prinzip (Halle 9, Stand A36). Dabei werden die Messwerte berührungslos übertragen, wodurch eine verschleißfreie, langlebige und medienunabhängige Wegmessung erreicht wird. Das Produkt arbeitet mit einer in einem Schwingkreis integrierten Geber-Spule, die in Reihe mit einer Referenzspule geschaltet ist. Der Positionsgeber fährt an der Geberspule vorbei und verändert ortsabhängig das elektromagnetische Gleichgewicht des Schwingkreises. Aus dieser Änderung wird die Ortsinformation auf 0,1 mm genau bestimmt. Durch den analogen Aufbau lassen sich selbst kleinste Bewegungen gut auflösen.