Für lineare Wegerfassungssysteme galt bisher eine einfache, für viele industrielle Applikationen aber ungünstige Faustregel: Entweder sind sie günstig, verschleißen aber schnell, wie potenziometrische Lösungen, oder aber sie arbeiten wie magnetostriktive Systeme genau und verschleißfrei, sind aber teuer. Obwohl es zwischen absolut messenden, inkremental messenden und schaltenden Erfassungssystemen zahlreiche unterschiedliche Methoden zur Positionsbestimmung gibt, existierte bislang praktisch kein analoges Erfassungsprinzip, das bei kurzen Messlängen ebenso effizient eingesetzt werden kann wie über größere Messbereiche. Ein neuer induktiver Wegaufnehmer von Turck löst das Problem. Die Sensoren vereinen eine applikationsorientierte Genauigkeit mit guter Integrierbarkeit, hoher Linearität und geringer Störempfindlichkeit. Durch die neu gewonnene Flexibilität sind die Linearwegsensoren gleichzeitig wirtschaftlicher als viele der bisherigen Erfassungslösungen – unabhängig davon, ob kleine Messlängen von 100mm oder große Messbereiche von bis zu 1000mm erfasst werden sollen. Mit diesen Eigenschaften eignen sich die neuen Sensoren für den Einsatz an Spritzgießmaschinen in der Kunststoffindustrie ebenso wie für Applikationen in der Metallverarbeitung, bei denen Späne oder Fremdmagnetfelder die Funktion magnetischer Positionsgeber beeinträchtigen könnten. Bei Spritzgießmaschinen gilt es, die Bewegung der Schließeinheit, die Position der Einspritzeinheit, die Bewegung des Auswerfers und die Holmdehnung zu messen. Die stör- und verschleißfreien induktiven LI-Linearwegsensoren eignen sich ideal für diese Anwendung und erhöhen zudem die Maschinenverfügbarkeit. Weitere Einsatzbereiche sind zum Beispiel Schweißanlagen: Während magnetostriktive Systeme aufgrund des in diesen Maschinen vorherrschenden hohen magnetischen Felds nicht genutzt werden können, sind induktive Sensoren absolut unempfindlich gegen Störungen. Die Eigenschaften dieser Sensortechnologie ermöglichen darüber hinaus einen Einsatz in zahllosen weiteren Anwendungsfeldern, zum Beispiel in Druck- und Werkzeugmaschinen, Pressen, Form- und Walzanlagen, Gießereianlagen, Richt- und Biegemaschinen, Hubsteuerungen, Dosier- und Mischeinheiten, Verpackungsmaschinen, Windkraftanlagen oder zur Ausrichtung von Solarpanels.
Schwingkreis als Positionsgeber
Die neuen Sensoren der Q25-Bauform basieren auf dem so genannten Resonator-Prinzip. Anders als bei magnetostriktiven oder herkömmlichen induktiven Wegaufnehmern wird die Position nicht über einen magnetischen Positionsgeber, sondern über einen induktiven Resonator, also ein schwingfähiges System aus Kondensator und Spule, erfasst. Das Funktionsprinzip: Eine im robusten IP67-Sensorgehäuse untergebrachte Sendespule generiert ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das den Schwingkreis im Positionsgeber anregt, woraufhin dieser eine Spannung in zwei Empfangsspulenpaare induziert. Da die Stärke der induzierten Spannung in Abhängigkeit zur Überlagerung der Empfangsspulen steht, kann ein interner 16-Bit-Prozessor daraus ein zur Position des Resonators lineares Ausgangssignal (0…10 V, 4…20 mA, IO-Link, SSI) errechnen. Das hochgenaue System hat eine Auflösung bis zu 1µm. Um die Flexibilität und die Messgenauigkeit zu erhöhen, haben die Turck-Entwickler den LI-Sensor mit jeweils einem groben und einem feinen Empfangsspulensystem ausgestattet. Das grobe Empfangsspulensystem lokalisiert zunächst den Positionsgeber mit einer geringen Genauigkeit und stellt fest, in welchem Segment sich dieser befindet. Nur in diesem Segment führt das feine System daraufhin eine erneute Messung durch, die aufgrund der geringen Segmentbreite jetzt eine hochpräzise Positionsbestimmung erlaubt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Sensor unabhängig von der Messbereichslänge immer eine gleichbleibende Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bietet. Im Gegensatz zu magnetischen Positionsgebern ist das induktive Funktionsprinzip nicht nur unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen. Durch den Verzicht auf magnetische Elemente werden auch unerwünschte Spanansammlungen am Positionsgeber, die mit der Zeit die Sensorfunktion beeinflussen können, ausgeschlossen. Da der Sensorkörper vollständig geschlossen ist, beeinflussen selbst Schmutz oder Feuchtigkeit die Sensorfunktion nicht – ein Vorteil gegenüber mechanisch gekoppelten Potenziometerlösungen. Durch die besondere Anordnung der Empfangsspulen auf der Sensorplatine wird das Ausgangssignal zudem auch nicht durch den Abstand zwischen Sensor und Positionsgeber beeinflusst. Auftretende Messfehler durch Abstandsabweichungen (Arbeitsabstand 0 bis 4mm) vor allem beim Einsatz von geführten Positionsgebern werden verhindert und erhöhen die Prozesssicherheit.
Messbereich von 100 bis 1000mm durch einen einzigen Sensortyp abgedeckt
Aufgrund ihrer prinzipbedingt großen Störfestigkeit und der hohen Systemauflösung kann die verschleißfreie LI-Serie in nahezu allen Anwendungsfeldern sowohl die potenziometrischen als auch die teureren magnetostriktiven Wegerfassunssysteme ersetzen. Das Aluminiumstranggussprofil lässt sich mittels optionalen Montagezubehörs wie Füßen, Winkeln oder Nutmuttern einfach anbringen und gewährleistet auch unter starker mechanischer Beanspruchung eine hohe Stabilität. Durch extrem kurze Blindzonen von maximal 30mm auf jeder Seite, einen weiten Temperaturbereich von -25 bis +70°C und die Möglichkeit, den Sensor auf den gewünschten Messbereich zu programmieren, muss der Anwender zudem nicht mehr länger Sondervarianten für spezielle Applikationen vorhalten. Der Einsatz eines einzigen Sensortyps für Messbereiche zwischen 100 und 1000mm vereinfacht die Lagerhaltung und senkt so schließlich auch die Gesamtkosten des Anlagenbetreibers.Die neue Sensorfamilie besteht aus drei Serien mit unterschiedlichen Ausgängen: Strom/Spannung, SSI und Highend-IO-Link. In Kombination mit der passenden Messlänge und einem für die jeweilige Applikation geeigneten Positionsgeber kann der Anwender so die jeweils optimale Wegerfassungslösung einsetzen. Damit unterstreicht Turck seinen Anspruch, nicht nur Komponenten zu liefern, sondern Lösungen zu ermöglichen. Die flexiblen Ausgangs-Konfigurationen stellen eine einfache Adaption der Wegerfassung in bestehende Automationskonzepte sicher. Über die M12x1-Standard-Verbindung lässt sich der Linearwegsensor einfach an Feldbusinstallationen wie Turcks Systeme BL20, BL67 oder BL compact anbinden. Vor allem die herstellerunabhängige IO-Link-Schnittstelle bietet Anlagenbetreibern zahlreiche Vorteile bei Inbetriebnahme, Wartung und Lagerhaltung.
Schnelle Inbetriebnahme, einfache Wartung
Basierend auf der industriell verbreiteten 3-Leiter-Verdrahtung lassen sich intelligente Feldgeräte mittels IO-Link schneller in Betrieb nehmen und einfacher warten. Zum einen, da der Einsatz eines einzigen Kabels für Datenaustausch und Energieversorgung Installationspläne vereinfacht und Anschlusskosten senkt. Zum anderen, da alle Parameterdaten bei Verwendung eines IO-Link-Sensors im Fall eines Sensortauschs sofort im neuen Sensor zur Verfügung stehen. So entfällt die zeitaufwändige manuelle Parametrierung vor Ort. Da IO-Link-Sensoren über den kombinierten Schaltzustands- und Datenkanal (Pin 4 bei M12-Steckern) auch zusätzliche Diagnoseinformationen wie Wartungsintervalle oder Dejustagen übertragen können, lassen sich Fehler schneller lokalisieren und Stillstandzeiten verringern. Wie für alle IO-Link-Geräte bietet Turck für den neuen LI-Q25 den passenden Gerätetreiber, den so genannten DTM, der in einem übergeordneten Projektierungstool wie PACTware visualisiert werden kann. Unabhängig vom Busprotokoll können Anwender ihre intelligenten Sensoren so leicht verwalten und mit wenigen Mausklicks zentral parametrieren.
In der Praxis bewährt
Seit mehreren Monaten müssen sich die ersten Vorserienmodelle der LI-Linearwegsensoren bei dem Kabel- und Anschlusstechnikhersteller Escha bewähren. An einer Spritzgießmaschine mit der Kabel und Steckverbinder umspritzt werden, haben die Experten von Turck gemeinsam mit Technikern des Maschinenbauers die bestehenden Potenziometerlösungen an vier Positionen durch LI-Sensoren ersetzt. So werden jetzt die Bewegungen der Schließeinheit und des Auswerfers ebenso induktiv erfasst wie die Position der Einspritzeinheit und die Holmdehnung. „Besonderer Vorteil der IP67-Sensoren in unserer Applikation ist ihr dichtes Gehäuse, das sie absolut unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit macht“, so Markus Hühn, Leiter der Steckverbinderfertigung bei Escha Bauelemente. Im Gegensatz zur potenziometrischen Wegerfassung sei das induktive Resonanzprinzip zudem absolut wartungsfrei, da es berührungslos arbeite, so Hühn weiter.☐
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