Hightech-Sensorik für die Industrie

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Patentierte Technologie

Die DMS-Aufpress-Technologie ist zum Patent angemeldet: Der im Sensorgehäuse integrierte Magnet drückt den lose in ein Elastomerkissen eingebetteten DMS über ein Einstellgewinde so kräftig auf die Holmoberfläche, dass Reibschluss entsteht. Dieser Reibschluss ersetzt

den herkömmlichen Klebstoff und der aufgepresste DMS verhält sich genauso wie ein geklebter. Die Anpresskraft kann über eine Einstellmutter variiert werden. Damit sind Anpassungen an unterschiedliche Holmdurchmesser – kleinere Durchmesser benötigen beispielsweise eine höhere Vorspannung – möglich. Der Standard-k-Faktor von 2,0 erlaubt den freien Austausch der Sensoren ohne zusätzliche Kalibrierung.

Kabellose Signalübertragung

Magnet-DMS wie beispielsweise der QE 1008/8W von Sensormate mit kabelloser Signalübertragung werden zur Messung der Holmdehnung in Kunststoffspritzgussmaschinen eingesetzt. Vier Holme sorgen dafür, dass die Spritzgussform korrekt schließt, in dem sie den Kräften der in die Form gespritzten Kunststoffmasse entgegen wirken. Geschieht dies nicht gleichmäßig, schließt die Form nicht korrekt. Es kommt zu Produktionsausfällen. Über die Dehnungsmessung lässt sich feststellen, welcher Holm nicht korrekt arbeitet, um dann entsprechende Gegenmaßnahmen (z.B. das Unterlegen eines Keils) zu ergreifen.

Die Messung der Holmdehnung wird beim Einrichten der Maschine sowie nach jedem Form- bzw. Produktwechsel durchgeführt. Häufig bleibt jedoch auch ein Sensor dauerhaft auf einem der Holme, um Änderungen sichtbar zu machen und gegebenenfalls erforderliche Wartungsarbeiten durchführen zu können. Eine weitere Anwendung dieses Sensortyps ist die Kontrolle von Trägerstrukturen von Schiffsanlegern an Ölplattformen. Schiffe belasten die Trägerstrukturen beim Anlegen mit einer zusätzlichen Masse. Melden die Sensoren, dass durch diese Masse zu große Kräfte auf die Träger wirken, muss das Schiff ablegen, um die Stabilität der gesamten Struktur nicht zu gefährden.

Der kleinere Magnetsensor QE 1010 zur Dehnungsmessung auf ferromagnetischen Oberflächen liefert in Sekundenschnelle Ergebnisse. Das „Stethoskop des Ingenieurs“ eignet sich für Zug- und Druckmessungen, zur Überprüfung von FEM-Berechnungen und für Spannungsanalysen. Der Sensor ist schnell montiert und misst sogar zuverlässig durch Farbschichten hindurch.

Hightech-Drucksensoren

Die einfach aufgebauten und hochgradig stoß- wie vibrationsfesten Druckmessumformer der Serie KS sind in Dickschicht-Technologie auf Stahlsubstrat ausgeführt. Sie sind füllmedienfrei, besitzen ein Volledelstahlgehäuse und eignen sich für zahlreiche hydraulische sowie pneumatische Anwendungen.

Durch den Einsatz eines neuen Prozesses zum Aufbringen von Dickschicht-Widerständen mit feineren Geometrien auf einer Stahlmembran konnte der Durchmesser der Edelstahlmembran von 17 mm auf nur noch 10 mm verkleinert werden. Doch die Sensoren wurden nicht nur kleiner, sie zeichnen sich auch durch eine bessere Hysterese aus. Dies erreichte Gefran durch den Einsatz von Sensormaterialien mit einer möglichst gleichmäßigen Materialstruktur. Denn je feiner und gleichmäßiger die Struktur, desto geringer ist die Hysterese und desto besser ist der Sensor.

Die Herstellung des Sensors erfordert zahlreiche Einzelschritte: Ausgangsmaterial ist ein gedrehtes Edelstahlteil. Es wird zugeschnitten, poliert, geläppt und auf 940 °C erwärmt. Anschließend wird eine isolierende Glasschicht aufgebracht. Bei 850 °C erfolgt das Aufbringen der Leit- und darauf der Widerstandsschicht im Siebdruckverfahren. Zwischen jedem einzelnen Schritt werden die Sensorelement gebacken, um die einzelnen Schichten sicher einzubrennen.

Laserverschweißtes Sensorelement

Sind alle Layer und die Wheatstone’sche Brücke eingebrannt, erfolgt die Laserverschweißung des Sensorelements. Das Laserschweißverfahren bringt weniger Wärme ein als das ursprünglich genutzte WIG-Schweißen und sorgt damit für eine größere Sensorstabilität. Anschließend wird jedes Sensorelement zur besseren Rückverfolgbarkeit mit einem QR-Code versehen.

Danach erfolgen das Aufkleben der Ringplatine und das Aushärten unter UV-Licht. Immer 50 Sensoren werden auf einen Magnethalter gepackt und auf einmal der Mehrfachmessung des Nullpunkts mittels Nadelsensoren unterzogen. Bestehen sie den Test, werden sie automatisch gebondet und erhalten als Schutz ein Glob Top. Zur Sicherheit liegen alle elektrischen Komponenten – Kontakte und (Trimm-) Widerstände – doppelt vor.

Der fertige Sensor besitzt eine Nullpunkttoleranz von ± 20 mV/V. Er erhält noch einen EMV-Schirm, einen elektrischen Anschluss und sein Edelstahlgehäuse. Abschließend wird er mit Druck und Temperatur beaufschlagt, automatisch abgeglichen und seine Elektronik nachgeregelt. Eine Belastung mit dem doppelten Nenndruck sorgt zudem für eine höhere Lastwechselfestigkeit. Das Vollmetallgehäuse macht den KS besonders robust und widerstandsfähig gegen die im Maschinenbau üblichen rauen Umgebungsbedingungen. Dank seiner äußerst stabilen Elektronik und der kompakten Bauform kann er auch in intelligenten Überwachungssystemen und in Anwendungen eingesetzt werden, die die Fernübertragung des Signals verlangen. (jv)

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