Vielseitige Erfassungskünstler

Induktivsensoren – Die berührungslose Erfassung von metallischen Objekten ist eine zentrale Aufgabe in der Fabrikautomation, die sich mit induktiven Sensoren lösen lässt. Dabei stellen unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an die Sensoren.

10. April 2008

Ein weit verbreitetes Sensorikprinzip in nahezu allen Bereichen der Fabrikautomation ist die Erfassung metallischer Objekte mit Hilfe der Induktion von Wirbelströmen. Bei solchen induktiven Sensoren erzeugt die Spule eines LC-Schwingkreises ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld, das an der aktiven Fläche des Sensors austritt. Nähert sich dieser aktiven Fläche ein metallisches Objekt, entstehen dort Wirbelströme, die dem Schwingkreis Energie entziehen und die Schwingung des elektromagnetischen Feldes dämpfen. Diese Information wandelt der Signalauswerter in ein eindeutiges Schaltsignal um.

Die Objekterfassung mit Induktivsensoren geschieht somit berührungslos. Zudem enthalten die Initiatoren keinerlei bewegliche Teile und sind deshalb besonders robust und langlebig. Diese Vorteile machen induktive Sensoren in zahlreichen Anwendungen zum Mittel der Wahl. Führende Sensorikhersteller bieten deshalb eine große Vielfalt von Induktivsensoren an, mit denen sich zahlreiche unterschiedliche Automatisierungsaufgaben lösen lassen. Der Waldkircher Sensorikspezialist Sick beispielsweise hat auf diese Weise in den vergangenen Jahren ein umfassendes Sortiment an induktiven Näherungssensoren aufgebaut, erklärt Myriam Heinrich, Portfolio- Managerin bei der Sick Vertriebs- GmbH in Düsseldorf: »Um branchenspezifische oder individuelle Automatisierungsaufgaben aus einer Hand lösen zu können, muss ein Portfolio induktiver Initiatoren Alternativen für verschiedene Umfeldbedingungen, unterschiedliche Reichweiten, zahlreiche Einbausituationen sowie variierende Spannungsversorgungen und Schaltausgänge bieten.«

Zur Wahl stehen dabei drei Baureihen von induktiven Sensoren, die sich an der Gehäuseform orientieren: Die Quader-Bauform IQ, die Hülsenbauform IH sowie die metrische Bauform IM. Jede dieser Baureihen umfasst zahlreiche Sensorversionen mit Kabel- oder Steckeranschluss – zum Teil drehbar –, die allen wichtigen Automatisierungsanforderungen gerecht werden: Neben den Standardbaureihen in bündiger und nicht bündiger Montage gibt es Kurzbauformen, die Advanced-Baureihen mit erhöhtem und Triplex- Serien mit dreifachem Schaltabstand, Inox-Ausführungen in Schutzart IP 69K für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie, Geräte mit konfigurierbaren Ausgangsfunktionen, Mehrspannungssensoren, Robustversionen oder Geräte für Prozesstechnikanwendungen gemäß EN 50227 mit EG-Baumusterprüfbescheinigung für explosionsgefährdete Bereiche.

Vertrauen in die eigenen Produkte

Die Vielseitigkeit dieses Portfolios verwendet der Hersteller auch im eigenen Hause für die Logistik-Subsysteme seines Distributionszentrums in Waldkirch. Dieses Zentrum ist zentraler Bestandteil des Vertriebs- und Distributionskonzepts des Unternehmens und gewährleistet zugleich die Versorgung der eigenen Produktion von mehr als 10.000 verschiedenen Sensortypen für die Fabrik- und Prozessautomation, die überwiegend in Waldkirch produziert und gelagert werden. Hinzu kommen etwa 10.000 Artikel, die für die interne Produktion bestimmt sind. Sie müssen im Distributionszentrum vorsortiert, umgepackt, entsprechend der Nachfrage portioniert und eingelagert werden.

Hochleistung durch robuste Sensoren

Das moderne Distributionszentrum besteht neben einem Wareneingangsbereich und einem fünfgassigen, knapp 16 Meter hohen Hochregallager mit rund 3.000 Palettenstellplätzen auch aus einem acht Meter hohen automatischen Kleinteilelager mit mehr als 40.000 Behälterstellplätzen, mehreren integrierten Kommissionier- und Verpackungslinien sowie einer Warenausgangs- bzw. Versandzone. Insgesamt stehen für Ein- und Ausgänge von Behältern und Paletten etwa 4.000 Quadratmeter Lagerfläche bei einem Bruttorauminhalt von 73.500 Kubikmeter zur Verfügung. Im einschichtigen Betrieb liegt die installierte Kapazität des Distributionszentrums bei etwa 8.500 bewegten Ladungseinheiten pro Tag.

Dies entspricht einem Abwicklungsumfang von etwa 2.000 Vertriebsaufträgen mit mehreren Positionen bzw. einer Kommissionierleistung von 5.300 Picks pro Tag. Eine hohe Verfügbarkeit der verschiedenen intralogistischen Subsysteme im Distributionszentrum gewährleisten unter anderem induktive Initiatoren. So kommen zum Beispiel an den Regalbediengeräten des Kleinteilelagers induktive Initiatoren der Baureihe IM12 zum Einsatz: Sie überwachen das Heben und Senken der Behälterzentrierung auf dem Lastaufnahmemittel beim Verschieben von Behältern sowie beim Abholen und Abgeben von Behältern an den Übergabeplätzen der Fördertechnik.

Ausgewählt wurde eine Geräteversion mit vier Millimeter Schaltabstand, sodass die Hubeinrichtung jederzeit mit größter Präzision am Regalfach horizontal positioniert wird. Die platzsparende Bauform im metrischen Zylindergehäuse ermöglichte dabei die optimale Montage im knappen Einbauraum der Hubeinrichtung.

Nicht ganz so eng geht es in den Turmspeichern zwischen dem automatischen Kleinteilelager und den Kommissionierplätzen sowie auf dem Querverschiebewagen des Paletten-Regallagers zu. Die Turmspeicher dienen dazu, Behälter mit Artikeln zu puffern, um eine auftragsreine Kommissionierung zu gewährleisten. Diese Strategie vermeidet unnötigen Behälterverkehr auf der stationären Fördertechnik und gewährleistet ein Höchstmaß an Verfügbarkeit für einen reibungslosen Kommissionierablauf. In den Turmspeichern werden deshalb induktive Initiatoren IM18 zur Erkennung der Endlagen an der Hubtechnik eingesetzt. Dabei kommt ihnen ihre Robustheit ebenso zugute wie beim Einsatz auf dem Querverschiebewagen, an dem sie zur Positionierung des Lasttischs eingesetzt werden.

Induktive Lösungen für alle Zwecke

Auch bei der Steuerung des Wagens entlang des Fahrweges bewähren sich induktive Näherungsschalter. Eingesetzt werden zwei IM30 mit erweitertem Schaltabstand – zum einen zur Endlagenerkennung beider Enden der Fahrgasse, zum anderen zum Positionsabgleich des Wagens an verschiedenen Referenzpunkten. Nicht mobil, sondern stationär im Einsatz ist ein weiterer Sensor IM30 im Palettenspender. Hier steuert er die Greifeinrichtung der Paletten und stellt so die reibungslose Bereitstellung der Ladehilfsmittel sicher.

Dirk S. Heyden/bt

Fakten

- Induktive Näherungssensoren bestehen aus einem LC-Schwingkreis, einem Signalauswerter und einem Schaltverstärker.

- Die Spule des Schwingkreises erzeugt ein hochfrequentes elektromagnetisches Wechselfeld, das an der aktiven Fläche des Sensors austritt.

- Nähert sich ein metallisches Objekt der aktiven Fläche, werden Wirbelströme erzeugt, die dem Schwingkreis Energie entziehen und die Schwingungen dämpfen.

- Der folgende Signalauswerter setzt diese Information in ein eindeutiges Schaltsignal um.

Erschienen in Ausgabe: 02/2008