Magnetische Positionssensoren in Ultraschall-Schweißprozessen

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

ipf electronic gmbh

SICK Vertriebs-GmbH

Gesucht: platzsparendes Wegmesssystem zur Sonotrodenführung

„Bei zu geringer Schweißtiefe wird keine oder keine qualitativ hochwertige Verbindung der Kunststoffe erreicht, eine zu große Schweißtiefe erweicht unter Umständen zu viel Material und kann darüber hinaus zu unerwünschten Abdrücken auf den Bauteilen führen“, erklärt Joachim Engenhart. „Aus diesen Gründen ist es erforderlich, dass die Pneumatikzylinder die Sonotroden mit einer Genauigkeit von 1/10 mm positionieren und verfahren.“

Umgesetzt wurde diese Aufgabe zunächst mit einer mechanisch justierbaren Potenziometer-Lösung, die allerdings aus verschiedenen Gründen an ihre Grenzen stieß. „Immer mehr Schweißpunkte, immer kompaktere Maschinen bedeuten immer weniger Platz in den Maschinen und an den Sonotroden“, beschreibt Joachim Engenhart eine der Randbedingungen.

Hinzu kam die mangelnde Flexibilität und schlechte Bedienbarkeit der analogen Weggeber-Lösung, denn unterschiedliche Chargen oder Toleranzen bei eigentlich gleichen Schweißteilen machen es erforderlich, die Schweißtiefen bei Bedarf anzupassen. „Hierzu war es notwendig, die Poti-Wegmessung direkt an jeder einzelnen Sonotrode, d. h. im Werkraum der Maschine, mechanisch zu justieren“, sagt Joachim Engenhart. „Das bedeutete nicht nur einen enormen Arbeitsaufwand, sondern auch eine besonders für das Automobilumfeld viel zu lange Umrüstdauer, in der die Schweißanlage keine Teile bearbeiten konnte. Der MPS von SICK vermeidet all diese Nachteile und war daher für uns die perfekte Lösung.“

Mit dem MPS ist es möglich, mit einem einzigen Sensor Kolbenbewegungen in Pneumatikzylinder kontinuierlich zu erfassen. Neben der Ausgabe mehrerer eingestellter Schaltpunkte kann der magnetische Positionssensor auch eine zuverlässige, analoge Wegmessung vornehmen und als 4-20 mA Stromausgang oder als 0 – 10 V Spannungssignal ausgeben. Die Kolbenabfrage erfolgt sehr schnell und genau – bei Verfahrgeschwindigkeiten bis 3 m/s und einer Abtastrate von 1 ms. Bei einem MPS mit 64 mm Messbereich beträgt die Auflösung 0,05 mm, der Linearitätsfehler liegt bei nur 0,3 mm und die Wiederholgenauigkeit beträgt 0,1 mm.

Das abgehende Kabel kann immer optimal verlegt werden

Aus montagetechnischer Sicht von Vorteil ist, dass das IP67-Gehäuses des MPS so gestaltet wurde, dass auch bei den MS-Pneumatikzylindern eine schnelle Drop-in-Montage von oben in die T-Nut, sowie eine sichere Fixierung mit zwei Schrauben möglich ist. Hinzu kommt, dass beim MPS die Einbaurichtung flexibel gewählt und das abgehende Kabel so immer optimal verlegt werden kann. Das Besondere am SICK-Sensor ist zudem, dass über den Teachknopf der Messbereich auf den tatsächlichen Weg des Kolbens eingestellt und damit die Auflösung weiter optimiert werden kann.

„Wir haben uns allerdings für den MPS ohne Teach-Taste am Sensor entschieden, weil wir alle Einstellungen nicht mehr im Werkraum, sondern nur noch über die Maschinensteuerung vornehmen möchten“, sagt Joachim Engenhart. Das gilt nicht nur für die Erstinbetriebnahme, sondern auch beim Wechsel von Produkten oder Prozessabläufen im späteren Betrieb.

Die Schaltpunkte für die Nulllage, der erste Kontaktpunkt beim Aufsetzen auf dem Kunststoffteil, der zweite Kontaktpunkt als Endlage der Schweißtiefe sowie dadurch automatisch auch die Wegmessung der Schweißtiefe können dem MPS mitgeteilt als Prozessdaten auf verschiedene Weise mitgeteilt werden: über das Bedienpanel bzw. das Automatisierungssystem der Anlage, durch Erfassen von Barcodes bzw. Matrix-Codes oder direkt aus einem ERP-System, z.B. SAP. „Der Software-Download auf alle Sonotroden und ihre MPS gleichzeitig geht eben schneller als das Einstellen der Wegmessung per Schraubendreher nacheinander an jeder Sonotrode einzeln“, bringt es Joachim Engenhart auf den Punkt.

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