Sensorik Diese Sensoren bringt so schnell nichts ins Schwitzen

Ein Gastbeitrag von IPF Electronic

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Klassische Sensoren kommen bei rund 80 °C schon mächtig ins Schwitzen. Optische Geräte sogar schon weit darunter. Spezielle Sensorlösungen für einen erweiterten Temperaturbereich können diese Grenzen aber um ein Vielfaches überschreiten.

Zu den äußerst temperaturbeständigen Zylindersensoren gehören auch Lösungen für die Schwalbenschwanznut (oben) sowie sehr kompakte Geräte (unten) mit Durchmessern von 3,6 bzw. 4 mm, die sich seitlich in die C-Nut einschieben lassen.
Zu den äußerst temperaturbeständigen Zylindersensoren gehören auch Lösungen für die Schwalbenschwanznut (oben) sowie sehr kompakte Geräte (unten) mit Durchmessern von 3,6 bzw. 4 mm, die sich seitlich in die C-Nut einschieben lassen.
(Bild: IPF Electronic)

Ob Öfen, Schweißanlagen, Walzgerüste, Spritzgießwerkzeuge oder Galvaniken: Bei vielen Applikationen weist entweder das verarbeitende Material hohe Temperaturen auf oder es herrscht im direkten Produktionsumfeld eine hohe Strahlungswärme vor. Klassische Sensoren können in diesem Umfeld ihre Aufgaben nicht erfüllen, weil sie derart extremen Bedingungen auf Dauer nicht standhalten.

Was tun? Für Umgebungen, in denen hohe Temperaturen herrschen, stehen Alternativen zu klassischen Sensoren bereit, die sehr hohe Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit erfüllen. Diese Alternativen decken verschiedene Temperaturbereiche ab.

  • 1. Für Temperaturen bis 130 °C: Zylindersensoren
  • 2. Für Temperaturen bis 230 °C: induktive Sensoren
  • 3. Für Temperaturen bis 300 °C: faseroptische Systeme
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1. Zylindersensoren

Der Zylindersensor MZA70155 besteht vollständig aus Metall und hält Temperaturen  bis 130 °C stand.
Der Zylindersensor MZA70155 besteht vollständig aus Metall und hält Temperaturen bis 130 °C stand.
(Bild: IPF Electronic)

Zylindersensoren gehören zu den Magnetfeldsensoren und dienen zur Abfrage der Kolbenstangenposition in Pneumatik- und Hydraulikzylindern. Die Lösungen von IPF Electronic sind für Zylinder aller führenden Hersteller konzipiert, wobei die robusten Sensorgehäuse aus Metall nicht nur hohen mechanischen Belastungen widerstehen, sondern auch Temperaturen bis 130 °C. Ein Beispiel hierfür ist der MZA70155 aus Vollmetall, der ursprünglich für die T-Nut von Pneumatikzylindern an Kunststoffspritzwerkzeugen entwickelt wurde, da die Zylinder in solchen Einsatzfällen im Betrieb Temperatur aufnehmen und daher an der Abfragestelle wiederum erhöhte Temperaturen entstehen können.

Zum Portfolio zählen außerdem Zylindersensoren für erweiterte Temperaturbereiche, die sich einfach von oben etwa in eine Schwalbenschwanznut einsetzen oder als Kompaktgeräte (Durchmesser nur 3,6 bzw. 4 mm) seitlich in die C-Nut von Pneumatikzylindern einschieben lassen.

Typische Aufgaben solcher und weiterer Lösungen sind z. B. die Positionserfassung von Schiebern in Spritzgießwerkzeugen, die Abfrage pneumatischer Spannzylinder in Schweißanlagen oder die Positions- bzw. Endlagenabfrage von Kolbenstangen an Pneumatik- und Hydraulikzylindern.

2. Induktive Sensoren

Induktive Sensoren können als zweiteilige Systeme aufgebaut sein. Der Sensor (oben) widersteht Temperaturen bis 230 °C, während sich der externe Anschlussverstärker in einem thermisch unkritischen Bereich installieren lässt. Der IN40E172 (unten) integriert den Verstärker im M12-Anschlussstecker. Hier eine Applikation, in der solche Lösungen ein Gestell in einem Trockenofen für lackierte Aluminiumfelgen abfragen.
Induktive Sensoren können als zweiteilige Systeme aufgebaut sein. Der Sensor (oben) widersteht Temperaturen bis 230 °C, während sich der externe Anschlussverstärker in einem thermisch unkritischen Bereich installieren lässt. Der IN40E172 (unten) integriert den Verstärker im M12-Anschlussstecker. Hier eine Applikation, in der solche Lösungen ein Gestell in einem Trockenofen für lackierte Aluminiumfelgen abfragen.
(Bild: IPF Electronic)

Induktiven Sensoren können sehr widrigen Umgebungsbedingungen und somit auch hohen Temperatureinflüssen standhalten. Sie erkennen auf kurze Distanz alle leitfähigen Metalle und werden u.a. zur Positionsabfrage in Einbrennöfen, zur Einlaufkontrolle bei Trocknungsanlagen von Lackierstraßen oder zur Positionierung heißer Teile beim Handling und Transport eingesetzt.

Viele induktive Sensoren von IPF Electronic sind für Temperaturbereiche zwischen 100 °C und 180 °C geeignet. Hervorzuheben sind außerdem klimawechselfeste Geräte in IP69k (bis 120 °C) und hochdruckfeste Ausführungen (bis 100 °C) für Dauerdrücke bis 500bar.

Induktive Sensoren wie der IN406041 und IN40E174 bestehen als zweiteilige Systeme aus dem Sensor und einem externen Anschlussverstärker. Auf diese Weise kann der Sensor in Applikationen mit Umgebungstemperaturen bis 230 °C betrieben werden, während die separate Auswerteelektronik geschützt in einem thermisch unkritischen Bereich installiert ist. Ergänzend zu solchen Lösungen bieten sich ebenfalls zweiteilige Systeme wie der IN40E172 mit integriertem Verstärker im M12-Anschlussstecker an.

3. Faseroptische Systeme

Noch weitaus höher darf das Thermometer bei faseroptischen Sensoren steigen: Als Einweg-Lichtschranken oder Taster sind sie für Temperaturen bis 300 °C ausgelegt. Mit Lichtleiterummantelungen aus Silikon (bis 180 °C) oder Edelstahl (bis 300 °C) sowie einer großen Auswahl an Frontends für die Lichtleiteroptiken sind diese Systeme sehr flexibel einsetzbar, z. B. zum berührungslosen Erfassen, Zählen, Steuern und Positionieren selbst unter sehr beengten Platzverhältnissen und in extremen Umgebungen wie etwa in Schweißanlagen.

Aufgrund ihrer hohen Genauigkeit eignen sich die Lichtleitersensoren von IPF Electronic zum Abtasten von Kleinteilen in Bearbeitungsstationen, Zuführsystemen sowie Automaten. Anwendungsfelder finden sich darüber hinaus auch in Ex-Zonen und Bereichen mit Magnet- und Hochfrequenzfeldern.

Hohe Reichweiten in rauen Umgebungen

Typisches Einsatzgebiet einer Hochleistungslichtschranke: die Positionsabfrage von glühenden Metallteilen auf einer Rollenbahn.
Typisches Einsatzgebiet einer Hochleistungslichtschranke: die Positionsabfrage von glühenden Metallteilen auf einer Rollenbahn.
(Bild: IPF Electronic)

Ein weiterer Vorteil sind die hohen Reichweiten, die beispielsweise Hochleistungslichtschranken als Varianten faseroptischer Systeme erzielen. Die Einwegsysteme bestehen aus einem Sender, Empfänger sowie Verstärker. Diese Kombination in Verbindung mit Infrarotlicht, das mit einer Wellenlänge von rund 880 nm über hervorragende Durchdringungseigenschaften verfügt, macht Hochleistungslichtschranken besonders als Lösungen für Applikationen mit extrem rauen und anspruchsvollen Umgebungsbedingungen interessant. Je nach Zusammenstellung von Sender, Empfänger, Verstärker und Faseroptik erreichen Hochleistungslichtschranken von IPF Electronic Arbeitsabstände bis 6 m.

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In der Theorie sind die genannten Daten zur hohen Temperaturbeständigkeit verschiedener Sensortechnologien durchaus beeindruckend, insbesondere in Anbetracht einer Vielfalt an potenziellen Applikationen, in denen es wirklich heiß hergeht. Doch erst die Praxis zeigt, was solche Lösungen wirklich können, etwa in der kathodischen Tauchlackierung eines Automobilherstellers.

Feuerprobe bestanden

In einer KTL-Anlage detektieren induktive Sensoren die Position eines Hubgestells in einem Einbrennofen. Die Lösungen dürfen sich von Temperaturen über 200 °C nicht beeindrucken lassen und müssen darüber hinaus extrem dicht sein, damit kein Kondensat in sie eindringen kann.
In einer KTL-Anlage detektieren induktive Sensoren die Position eines Hubgestells in einem Einbrennofen. Die Lösungen dürfen sich von Temperaturen über 200 °C nicht beeindrucken lassen und müssen darüber hinaus extrem dicht sein, damit kein Kondensat in sie eindringen kann.
(Bild: IPF Electronic)

Die kathodische Tauchlackierung ist ein bewährtes Beschichtungsverfahren für den Korrosionsschutz insbesondere komplexer Fahrzeugteile. Nach der Beschichtung gelangen die Komponenten in einen Einbrennofen mit Temperaturen weit über 200 °C. Um hier mehrere Positionen einer Hubvorrichtung abzufragen, sind Sensoren mit besonderen Eigenschaften gefragt, die nicht nur hohen Temperaturen standhalten.

Weil sich im genannten Fall zwischen Tauchlackierung und Ofen keine Abtropfstation befindet, verdampft der überschüssige Lack beim Einfahren der Teile schlagartig und schlägt sich als Kondensat an der Ofenoberseite nieder. Das Kondensat im Einbrennofen hat wesentlich höhere Kriecheigenschaften als Wasser. Daher müssen die Sensoren zudem extrem dicht sein.

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Die Sensortechnik ist eine Schlüsseltechnologie für das Messen, Steuern und Regeln von mechatronischen Systemen in der Automatisierung. Das Buch „Industriesensorik“ beschreibt anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele. Techniker und Ingenieure finden hierin Ideen und Lösungsansätze für ihre tägliche Arbeit.

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Die induktiven Näherungsschalter IN50C543 und IN50C941 von IPF Electronic mit Schaltabständen bis 25 mm kombinieren die Eigenschaften eines besonders dichten Sensors mit einer Temperaturbelastbarkeit bis 230 °C. Die zweiteiligen Systeme mit externem Verstärker enthalten überdies kein Silikon, da sich die Ausgasungen dieses Werkstoffs auf die beschichteten Fahrzeugteile niederschlagen und zu Beschichtungsfehlern führen können. Weiterer Vorteil: Bei einer mechanischen Beschädigung lassen sich die Sensoren als auch Verstärker als steckbare Systeme einfach und schnell austauschen.

Insgesamt 34 induktive Sensoren wurden in dem rund 40 Meter langen Einbrennofen zur Abfrage der Hubvorrichtung installiert.

(ID:48533237)