Sensor senkt Kosten

Induktive Sensoren - Die Lösung eines Problems wiegt mehr als die Summe der verwendeten Standardkomponenten. So kann eine optimierte Sensor-Lösung den Gesamtaufwand einer Anlage oft erheblich reduzieren. Wie groß die Einsparungen sind, zeigt die Sicht auf die gesamten Prozeßkosten.

13. Dezember 2005

Um in immer komplexeren Maschinen Bewegungen optimal steuern zu können, kommt bei vielen Anwendern häufig der Wunsch nach einer analogen Abfrage von Positionen und Bewegungen auf. Dabei ist die benötigte Genauigkeit jedoch oft nicht besonders groß, so daß hochgenaue Meßsysteme oft zu teuer und auch zu kompliziert sind. Trotzdem wollen viele Kunden aus den oben beschriebenen Gründen weg von der rein binären Positionierung. Daher geht im Bereich der Näherungssensoren der Trend hin zu Ausführungen mit analogem Ausgang. Hier liegt ein breites Spektrum an Möglichkeiten. Neben den analogen induktiven Sensoren werden sich auch neue Weg- und Abstandssensoren auf induktiver Basis etablieren, die ein deutlich besseres Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. So sind bereits jetzt Sensoren für Pneumatikzylinder mit analogem Ausgang lieferbar, die die Stellung des Pneumatikzylinder-Kolbens analog abfragen und als Standard Strom- oder Spannungssignal ausgeben (siehe Bild oben). Damit lassen sich in Maschinen, die z. B. verschiedene Werkstücke bearbeiten, Rüstzeiten beim Nachjustieren der Sensoren vermeiden. Auch schnellere Taktraten sind so möglich, da über den Analogausgang eine Bremsfunktion (›Softstop‹) realisiert werden kann. So können Maschinen durch weniger Stillstand und höhere Taktraten effizienter und produktiver betrieben werden. Weitere innovative Produkte, wie zum Beispiel analoge induktive Ringsensoren können Teile unterschiedlicher Dicke unterscheiden (siehe rechtes Bild) und setzen sich immer mehr in Applikationen durch, in denen früher nur deutlich teurere QS-Systeme wie z. B. Kameras eingesetzt werden konnten.

Hohe Schaltabstände

Auch bei den binären Standard-Bauformen setzen sich Geräte mit erhöhtem Schaltabstand weiter durch. Hier haben sich jedoch die Geräte mit so genanntem drei- oder vierfachem Schaltabstand nach anfänglicher Euphorie vieler Kunden nicht auf dem Markt behaupten können. Die Einschränkungen dieser Geräte, wie zum Beispiel sehr große Freizonen und der Verzicht auf vollständig bündigen Einbau bei den so genannten quasibündigen Sensoren, erfordern große Sorgfalt bei der Planung und Montage und lassen diese Geräte somit über den Status des Problemlösers nicht hinauskommen. Zudem sind die Einbauvorschriften und Restriktionen in der Praxis oft sehr verwirrend.

Trend zu Faktor-1-Sensoren

Anders verhält es sich mit den Faktor-1-Sensoren. Bei den binären induktiven Näherungssensoren ist der Trend zu dieser Technologie ungebrochen. Sie haben sich als Standard bereits in vielen Bereichen durchgesetzt (zum Beispiel in der Automobilindustrie) und werden wegen ihrer universellen Zusatzeigenschaften (kein Reduktionsfaktor, hohe Schaltabstände (insbesondere auf NE-Metalle), Magnetfeldfestigkeit, hohe Schaltfrequenzen) von vielen Kunden bereits als gesamtheitlich gesehen wirtschaftlichste Alternative im Bereich der induktiven Sensoren eingesetzt. Hier hat Turck mit der Entwicklung von uprox+, der neuesten Generation von Faktor 1-Sensoren, einen weiteren Schritt zum universellen Standard-Sensor gemacht. Die neue Generation induktiver Sensoren, in allen Bauformen und mit überragenden Leistungsmerkmalen, vereint alle Anforderungen an einen induktiven Sensor und ist somit die Sensorfamilie für alle Applikationen - von der Standardanwendung bis hin zu Fällen, in denen früher selbst Sondergeräte nur unbefriedigende Ergebnisse geliefert haben.

Das doppelte Pärchen

Die Spulen- und Platinenkonstruktion eines uprox+ Sensors hat im Vergleich zu einem herkömmlichen Sensor mit Ferritkern und gewickelter Spule zwei Pärchen von Sende- und Empfangsspulen. Dazu können unter Umständen noch weitere Kompensationsspulen in die Konstruktion mit einbezogen werden. Diese Weiterentwicklung des bewährten uprox-Prinzips, das mit einer Sendespule und zwei Empfangsspulen der ›Urvater‹ aller Differenztrafo-Sensorsysteme ist, eröffnet neue Möglichkeiten bei der Entwicklung induktiver Sensoren. Weiterhin werden auch bei der Produktionstechnik neue Wege beschritten. Die Teilung der Sendespule in zwei unabhängige Systeme bringt die Möglichkeit der Trennung der zueinander gehörenden Sende- und Empfangsspulen-Paare.

Dadurch lassen sich auf die jeweilige Sensor-Bauform (zum Beispiel Quaderbauformen oder Gewinderohre) optimierte Systeme konstruieren, die den jeweiligen geometrischen Gegebenheiten Rechnung tragen. Dazu kommt die Möglichkeit der Fertigung von Spulensystemen als auf eine Platine geprintete Leiterbahn. Die hochpräzise Fertigung dieser Platinenspulen ermöglicht eine deutlich bessere Signalauswertung im Grenzbereich. Durch diese dreifach patentierte Weiterentwicklung werden nochmals höhere Schaltabstände sowie eine bisher nicht gekannte Flexibilität im Spulenaufbau erreicht. Außerdem wird der gravierendste Nachteil von Sensoren mit extrem hohem Schaltabstand, nämlich die schwierigen und in der Praxis kaum nachvollziehbaren Einbaubedingungen, bei uprox+ Faktor 1-Sensoren vollkommen eliminiert. Bei der Planung und Konstruktion einer Anlage kann bereits durch die Einsparung von zusätzlichen mechanischen Anbauteilen profitiert werden, da die Sensoren auch teilbündig montiert werden können. Spezielle Halterungen entfallen hier und tragen zur Kostenersparnis bei. Mit dem Einsatz höherer Schaltabstände sind auch größere mechanische Toleranzbereiche akzeptabel, was sich auf die Betriebssicherheit - und damit auch die Kosten auswirkt. Um mechanische Beschädigungen zu vermeiden, lassen sich alle bündigen Sensorvarianten auch überbündig montieren. Dadurch kann im Betrieb der Sensor nicht mehr beschädigt werden. Auch hier lassen sich also größere Toleranzen ausnutzen, ohne daß die Anlagenverfügbarkeit leidet. Bei der Installation kann durch die Vielzahl an erlaubten Montagemöglichkeiten und den Wegfall von zusätzlichen Halterungen schneller und einfacher gearbeitet werden. Auch Konstruktionsfehler durch falsch eingeplante Sensoren lassen sich weitestgehend vermeiden, da durch die geringen Freizonen und den Vorbedämpfungsschutz kaum Einbaufehler möglich sind. Dadurch ergibt sich für die Konstruktion auch eine bisher nie dagewesene Freiheit bei der Entwicklung von neuen Maschinen und Anlagen. So ist mit uprox+ die Planungsfreiheit nun deutlich größer und wird nicht durch die Leistungsgrenzen der Sensorik limitiert. Da mit einer geringen Anzahl an uprox+ Sensoren die gesamte Applikationsbreite abgedeckt werden kann, bringt uprox+ eine effiziente Standardisierung der eingesetzten Sensortypen mit sich. Ein uprox+ Sensor ersetzt viele herkömmliche Sensoren, wodurch die Beschaffung und Logistik vereinfacht werden, die Typenvielfalt für den Service beim Endanwender überschaubar wird, und Kosten reduziert werden. Auch durch den Verzicht auf kostspielige Sondervarianten kann so zusätzlich gespart werden. Ein großer deutscher Automobilhersteller hat durch den konsequenten Einsatz dieser Technologie die Anzahl der Typen um etwa drei Viertel reduzieren können - ohne Leistungseinbußen in Kauf zu nehmen.

Oliver Marks, Turck

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2005