Sensorik

Staub und Hitze lassen den Sensor kalt

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Die rauen Umgebungsbedingungen einer Gießerei verlangen der Sensorik einiges ab. Ein Hersteller von Sphärogussteilen ersetzt sie sukzessive durch optische Sensoren von IPF Electronic, die Hitze und Schmutz trotzen. Die Neuen steigern zudem die Tastweite.

Die SLR Gußwerk II Betriebsgesellschaft mbH in Steyr (Österreich) fertigt Sphärogussteile für Nutzfahrzeuge. Zu den Kunden gehören unter anderem die Lkw-Sparte von Daimler, John Deere und die ZF-Gruppe. Der Sphäroguss erfolgt in Behältern, die mit Sand gefüllt und anschließend verdichtet werden, um eine Negativform zu erhalten. Nach dem Gießen und Abkühlen wird das Gussteil entnommen, der Sand wiederaufbereitet und der Behälter erneut mit Sand gefüllt. „Für das Abkühlen des Sphärogusses nutzen wir eine separate Kühlstrecke. Eine Art Bahnhof, in der die Behälter auf kettenbetriebenen Rollenbahnen im Rundlauf transportiert werden“, erklärt Christian Beran, Stellvertreter der Instandhaltung für die Betriebselektrik im SLR Gußwerk II. „Zur Abfrage der Positionen und zur Koordinierung des Transportes auf den insgesamt sechs Bahnen benötigen wir besonders robuste und zuverlässige Sensorik“, betont er.
Warum hier besonders robuste Sensoren gefragt sind, leuchtet ein, denn die Geräte sind auf der Kühlstrecke nicht nur hohen Temperaturen ausgesetzt, sondern auch extremer Schmutz- und Staubbelastung. Beim Thema Zuverlässigkeit ließ die bisher genutzte Sensortechnik jedoch zu Wünschen übrig, wie Christian Beran berichtet: „Früher verwendeten wir zur Positionsabfrage herkömmliche induktive Näherungsschalter. Nach einem Umbau waren diese nicht mehr verwendbar, da ihre Reichweite zu gering war. Wir benötigen zur Erfassung der Gussbehälter mindestens eine Tastweite von rund 20 Zentimeter.“ Als Alternative entschied sich die Gießerei zunächst für optische Sensoren. Doch mit mäßigem Erfolg. Die teilweise reflektierenden Seitenwände der Gussbehälter bereiteten Schwierigkeiten bei der Erfassung.
Vor einigen Jahren empfahl dann ein Applikationsspezialist von IPF Electronic, die alternativ gewählten Taster durch optische Sensoren der Serie OT43 auszutauschen. Auf einen Versuch kommt es bekanntlich immer an: In einigen Bereichen innerhalb des Behälterbahnhofs wurden daher die alten Sensoren durch Geräte vom Typ OT430423 ersetzt. Diese mit getaktetem Rotlicht arbeitenden optischen Sensoren sind kompakt gebaut, Sender und Empfänger befinden sich in einem Gerät. Sie verfügen über ein robustes Kunststoffgehäuse in IP67, eignen sich für den Einsatz in einem Temperaturbereich von -25 °C bis +65 °C und bieten eine Tastweite von 30 bis 500 mm. Als Vorteil für die beschriebene Anwendung kam hinzu, dass die Sensoren in der Lage sind, im Tastbereich Materialien unabhängig von ihrem Reflexionsgrad zu erkennen, was sowohl Farbe als auch Oberfläche des zu detektierenden Objektes anbetrifft.
Die Grundlage hierfür ist, dass die Empfängerelemente der Geräte die Objektposition bewerten, aus der das auftreffende Sendelicht zurückgeworfen wird. Bestimmt wird die Position des Objektes über den Einfallswinkel des Lichtes, das von ihm reflektiert wird. Das macht eine Aussage möglich, ob sich ein Objekt im gewählten Erfassungs- beziehungsweise Schaltbereich befindet – immer vorausgesetzt, die Oberflächen des Objekts (hier die Seitenwände der Gussbehälter), reflektieren in hinreichendem Maße das auftreffende Senderlicht. Die effektive Tastweite des OT430423 hängt daher nicht vom zu detektierenden Objekt ab, sondern ausschließlich vom zuvor eingestellten Tastabstand.
Die bislang auf verschiedenste Bereiche der Kühlstrecke verteilten optischen Sensoren von IPF Electronic sind mit der SPS der Anlage verbunden. Befindet sich ein Gussbehälter an einer Sollposition, wird er von einem der Taster erfasst. Über eine entsprechende Meldung an die Anlagensteuerung bestätigt der OT430423 die Position des Behälters, und sein Weitertransport innerhalb des Bahnhofs wird koordiniert.
Vor rund vier Jahren installierte das SLR Gußwerk II die ersten OT430423. Seit Beginn der Umrüstphase sind es nun neun, und am Ende sollen alle Altgeräte durch die optischen Taster von IPF Electronic ersetzt werden. Denn Christian Beran ist mit den neuen Lösungen durchweg zufrieden: „Diese Sensoren erweisen sich als besonders schmutzunempfindlich. Von Vorteil ist darüber hinaus ihre große Tastweite, wobei wir die Reichweite über die benötigten 200 mm hinaus nach oben etwas großzügiger gewählt haben, um eine absolut sichere Erfassung der Gussbehälter zu gewährleisten.“
Die Sensoren erfassen unterschiedlich reflektierende Materialien
Besonders wichtig ist nach Aussagen des Betriebselektrikers aber, dass sich die Taster für den Einsatz an unterschiedlich reflektierenden Materialien eignen: „Das ist ein immenser Pluspunkt, denn die Gussbehälter weisen unterschiedliche Reflexionseigenschaften auf. Solche abweichenden Reflektionen – insbesondere an neuen Gussbehältern, die in die Anlage eingeschleust wurden – haben uns mit den vorherigen Geräten bei der Abfrage der Behälterposition immer wieder Probleme bereitet. Probleme, die wir nun nicht mehr haben.“
Grund genug, alle bisher im Einsatz befindlichen älteren Taster in den nächsten Jahren sukzessive durch die optischen Sensoren von IPF Electronic auszutauschen. „Am Ende werden es rund 30 Geräte sein“, sagt Christian Beran.
Thomas Wally, Applikationsingenieur bei IPF Electronic
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