Klein und robust ist nicht mehr der Renner

Dietrich Homburg und Andreas Zeiff sind Mitarbeiter des RBS Stutensee

Bei modernen Sensoren muss heute vor allem eines sichergestellt sein: Eine leichte und schnelle Montage. Zudem muss der Anwender das Sensorelement im laufenden Betrieb austauschen können. Auch universell einsetzbare Sensorik, die beispielsweise für unterschiedliche Bussysteme geeignet ist, liegen im Trend: Dadurch lassen sich in der Praxis Lagerkosten sparen. Und eine Datenvorverarbeitung, die in das Bauteil integriert ist, sind vorteilhaft für den Anschluss an die Steuerung.

Über die Lebensdauer einer Anlage gerechnet, summieren sich solche Einzelposten. Diese Erkenntnis fließt in die moderne Sensorfertigung zusätzlich zu den altbekannten Zielvorstellungen mit ein. Das Ergebnis sind hochpräzise, praxistaugliche Bauteile mit einer langen Lebensdauer bei geringem Wartungsbedarf.

Die Hersteller können sich zunehmend besser in die Rolle des Anwenders hineinversetzen. Dadurch lassen sich die Sensoren einfacher handhaben. Das zeigt sich beispielsweise bei Drehgebern. Ausführungen für die Hohlwellen-Montage sind auf den ersten Blick zwar etwas teurer als jene für die Wellenmontage – aber letztendlich bringen sie eine Kostenersparnis. Zusätzlich zum Drehgeber braucht man nur zwei Befestigungsteile: Haltewinkel oder Blattfeder als Drehmomentstütze und eine Schraube zur Befestigung. Der Geber wird einfach auf die Welle aufgesteckt und der Klemmring angezogen.

Jetzt lassen sich diese Vorteile auch bei Multiturn-Absolutdrehgebern ohne kon-struktiv aufwendiges Getriebe nutzen. Die IVO GmbH + Co. mit Sitz in Villingen-Schwenningen ersetzt verschleißanfällige Mechanik durch hochintegrierte Elektronik. Diese getriebelose Bauweise ermöglicht jetzt auch Multiturns in Hohlwellenbauform.

Ein neuartiger Hallsensor mit kreuzförmigem Aufbau könnte optische Absolut-Drehgeber zumindest teilweise aus ihren angestammten Positionen verdrängen. Das Produkt liefert zwei Signale. Der integrierte Mikroprozessor errechnet daraus die Winkel und berücksichtigt eventuell ein-gegebene Parameter. Der auf dieser Technik basierende Winkelgeber der Novotechnik Stiftung & Co. aus Ostfildern hat nur 22 mm Durchmesser. Er eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen eine lange Lebensdauer gefragt ist und schwierige Umgebungsbedingungen herschen. Das Gerät arbeitet auch als elektronischer Ersatz für Nockenwellen.

Ausfallzeiten sind teurer. Gefragt ist daher eine robuste Sensorik. Moderne induktive Näherungsschalter leisten hier viel: Die Elektronik ist im Frontteil des Sensors untergebracht und mit Duroplast umspritzt. Das macht die Schalter unempfindlich gegen Schock und Vibrationen. Die Formmasse ist darüber hinaus abriebfest und hitzebeständig. Glühende Späne, wie sie etwa bei Drehmaschinen auftreten, beeinträchtigen die Funktion nicht – selbst dann nicht, wenn sie auf der aktiven Fläche festbrennen. Auch Chemikalien aus Reinigungs-, Kühl- oder Schmiermittel greifen die Sensoroberfläche nicht an.

Ausführungen mit optischer Einstellhilfe oder Diagnoseausgang sparen Zeit und Kosten bei Montage und Wartung. Das Konzept Proximax der Balluff GmbH + Co., Neuhausen, ist auf diese Weise aufgebaut. Die bündig einbaubaren Sensoren sind in einem M12- oder M18-Edelstahlgehäuse der Schutzart IP68 untergebracht, druckfest bis 60 bar und arbeiten mit erhöhten Schaltabständen von 4 oder 8 mm. Dadurch lassen sie sich auch einfach justieren.

Ein anderes Beispiel ist die Durchflußmessung. Der Anwender möchte den Aufwand natürlich möglichst gering halten und stellt sich daher die Frage: Wie kann ich ohne großen Aufwand, am besten von außen, den Durchfluß im Rohr messen? Die Rohrleitungen können nicht einfach stillgelegt werden. Ultraschallsensoren mit integrierter Elektronik lassen sich inzwischen universell einsetzen. Das alte Messprinzip erreicht, dank moderner Auswerte-Elektronik, teilweise völlig neue Einsatzgebiete: Das Ultraschall-Durchflussmessgerät Proline Prosonic Flow der Endress + Hauser GmbH + Co., Weil am Rhein, lässt sich praxisgerecht installieren, denn die beiden Sensoren des Systems werden einfach außen an der vorhandenen Rohrleitung angebracht. Das bedeutet: Die Leitung muss nicht geöffnet werden. Installation und Austausch bei laufen-dem Betrieb für Rohrdurchmesser bis 4000 mm sind möglich.

Ein Sensor eignet sich für viele Materialien, die im Rohrleitungsbau verwendet werden. Kohlenstoffstahl, Gussrohre mit Zement- oder Gummi-Auskleidungen zahlen dazu. Der Durchfluss wird nach dem Laufzeitdifferenzverfahren ermittelt. Eine leistungsfähige Elektronik verarbeitet den Messwert unter Berücksichtigung aller Anwendungsdaten und unterstützt den Benutzer bei der Inbetriebnahme.

Gefragt sind aber nicht nur einzelne Komponenten sondern auch Systemlösungen, die den Anwender von der Planung über die Inbetriebnahme und Konfiguration bis hin zu Diagnose und Wartung unterstützen. Dabei vereinfacht sich das Handling. Die Kosten- und Zeiteinsparungen sind beachtlich. Beispielsweise für die Durchflußmessung hat Endress + Hauser umfangreiche Softwaretools entwickelt, die den Benutzer in allen Phasen unterstützen. So lässt sich eine auf die Applikation zugeschnittene Durchflusslösung planen, einrichten und pflegen. Im Prinzip besteht das so genannte Tooling-Konzept aus drei Hauptkomponenten. Hierzu zählen

– der Applicator für Auswahl und Auslegung der Durchflussmessgeräte,

– das Fieldtool für die flexible Gerätebetreuung vor Ort und

– der Fieldcheck mit Test- und Diagnosefunktionen.

Der Systemgedanke ist auch in der Optoelektronik zu beobachten. Einbau und Justage präziser Einweglichtschranken können problematisch sein. Abhilfe schaffen hier Rahmenlichtschranken, bei denen Sender und Empfänger in einem Gehäuse vereint sind. Die Empfindlichkeit lässt sich einstellen, so dass sich auch kleinste Objekte erfassen lassen. Die Sensoren arbeiten dynamisch: Sie reagieren ausschließlich auf bewegte Objekte und blenden feste Objekte aus. Neben dem Sensor ist auch hier eine Elektronik integriert, die die nötige Datenvorverarbeitung übernimmt.

Diese optischen Fenster gibt es beispielsweise bei Balluff mit Abmessungen von 80 x 40 mm bis 120 x 80 mm mit 40 hochauflösenden Einweglichtschranken, die in einem Metallrahmen untergebracht sind.

Mittlerweile spielen auch in der Automatisierung das Qualitätsmanagement und die Rückverfolgung der Produktwerdeganges mit allen wichtigen Parametern eine zentrale Rolle. Daher reicht es oft nicht mehr aus, ein Objekt nur über einen Sensor zu erkennen. Man denke nur an die Werkzeuggeometrien in der Fertigung. Transpondertechnik bietet hier eine zuver-lässige Lösung. Die Systeme sind robust, praktisch unempfindlich gegen Umgebungseinflüsse und arbeiten funktionssicher. Zur Wahl stehen Fixcode- und programmierbare Identsysteme mit zentraler oder dezentraler Datenverwaltung. Dank der verschiedene Bauformen, Reichweiten und Speicherkapazitäten steht praktisch für jeden Einsatzfall eine ideale Lösung zur Verfügung.

Der Anwendungsbereich ist groß. Die vielseitigen Systeme arbeiten selbst unter härtesten Umgebungsbedingungen zuverlässig, beispielsweise in der spanenden Fertigung. Die flachen Datenträger mit nur 10 mm Durchmesser aus dem Hause Balluff lassen sich in fast jedes Werkzeug integrieren. Sie bieten genügend Speicherplatz, um die Daten nach jeder Verwendung zu aktualisieren. Auf diese Weise lässt sich das Werkzeug wiederverwenden, ohne dass es zuvor erneut vermessen werden müsste.

Auch Kleinigkeiten vereinfachen die Sensorik oft erheblich. Ein Beispiel: In nicht feritischen Pneumatikzylindern sind heute bereits Dauermagnete standardmäßig im Kolbenring integriert. Sensoren können so die Kolbenstellung berührungslos durch die Zylinderwandung hindurch erkennen. Bisher musste der Anwender für jeden Zylindertyp den passenden Sensor bereit halten. Jetzt bietet Balluff eine einheitliche Lösung für alle handelsüblichen Zylinder. Die konstruktiv einfache Lösung reduziert die Lagerhaltung, und im Falle eines Austauschs muss der Sensor nicht neu justiert werden.

Die Trends sind eindeutig: Die Sensorentwicklung beschränkt sich nicht mehr auf eine immer bessere Datenerfassung, sondern bezieht die Datenaufbereitung in den Sensor mit ein. Damit vereinfacht sich für den Anwender auch die nachfolgende Verarbeitung der gemeldeten Signale. Zusätzlich entlasten sensorinterne Diagnosefunktionen die Steuerung. Zusammen mit den verbesserten Handling-Eigenschaften, die von einfacherer Lagerhaltung bis zur schnellen Montage und problemlosen Justage reichen, wird heute eher ein Sensorsystem als ein reiner Sensor angeboten. Dass sich diese Entwicklung rechnet, zeigt das zunehmende Interesse der Anwender.