Mit diesem neuen induktiven LI-Linearwegsensor verspricht Turck, nun die Nachteile der bislang genutzten Wegerfassungslösungen auszuschalten. Die Sensoren basieren auf dem so genannten Resonator-Prinzip. Anders als bei magnetostriktiven oder herkömmlichen induktiven Wegaufnehmern erfolgt die Positionserfassung nicht über einen magnetischen Positionsgeber, sondern über einen induktiven Resonator - ergo ein schwingfähiges System aus Kondensator und Spule.

Das Funktionsprinzip

Eine im Sensorgehäuse untergebrachte Sendespule generiert ein magnetisches Wechselfeld mit etwa 190 kHz. Dieses hochfrequente Wechselfeld regt einen Schwingkreis im beweglichen Positionsgeber an. Der angeregte Schwingkreis im Schlitten wiederum induziert eine Spannung in zwei Empfangsspulenpaare im Sensorgehäuse.

Da die Stärke der induzierten Spannung abhängig von der Überlagerung der Empfangsspulen ist, kann ein interner 16-Bit-Prozessor daraus ein zur Position des Resonators lineares Ausgangssignal errechnen. Seine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit erreicht der Sensor durch einen technischen Kniff: Die Turck-Entwickler haben jeweils ein grobes und ein feines Empfangsspulensystem realisiert.

Das grobe Spulensystem 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 zweite Messung durch, die aufgrund der geringen Segmentbreite jetzt eine hochpräzise Positionsbestimmung erlaubt. Der Vorteil dieses Verfahrens: Unabhängig von der Messbereichslänge hat der Sensor immer eine gleich bleibende Auflösung von 1 μm, selbst bei einem Messbereich von einem Meter.

Im Gegensatz zu magnetischen Positionsgebern ist dieses Funktionsprinzip nicht nur unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störeinflüssen; durch den Verzicht auf dauerhaft magnetische Elemente werden auch unerwünschte Span-Ansammlungen am Positionsgeber ausgeschlossen.

Da der Sensorkörper vollständig geschlossen ist und der Schutzart IP67 entspricht, beeinflussen selbst Schmutz oder Feuchtigkeit die Sensorfunktion nicht - ein Vorteil gegenüber mechanisch gekoppelten Potentiometerlösungen. Durch die besondere Anordnung der Empfangsspulen auf der Sensorplatine wird das Ausgangssignal darüber hinaus auch nicht durch den Abstand zwischen Sensor und Positionsgeber beeinflusst.

Auftretende Messfehler durch Abstandsabweichungen im Arbeitsabstand von 0 bis 4 mm werden effektiv verhindert und erhöhen die Prozesssicherheit - vor allem beim Einsatz von geführten Positionsgebern ist das ein Vorteil. Mit diesen prinzipbedingten Eigenschaften eignen sich die neuen Sensoren für den Einsatz an Spritzgießmaschinen in der Kunststoffindustrie, wo Schmutz und Feuchtigkeit den potentiometrischen Sensoren zusetzen, und ebenso für Applikationen in der Metallverarbeitung, bei denen Späne oder Fremdmagnetfelder die Funktion magnetischer Positionsgeber beeinträchtigen können.

Universell einsetzbar

Der Linear-Wegsensor arbeitet nach dem Resonator-Prinzip. Durch eine doppelte Auswertung erreicht der Aufnehmer eine Genauigkeit von 1μm bei einem Messbereich von 1 m.

© Turck

Die LI-Sensorfamilie besteht aus drei Serien mit unterschiedlichen Ausgängen: Strom/Spannung, SSI und IO-Link. In Kombination mit der passenden Messlänge und einem geeigneten Positionsgeber - verfügbar sind ein frei laufender und ein geführter Standard-Positionsgeber - kann der Anwender so eine für die jeweilige Applikation angepasste Lösung einsetzen. Das an bestehende Sensorlösungen angelehnte Q25-Aluminiumprofil lässt sich mit dem optionalen Montagezubehör, wie Füßen, Winkeln und Nutmuttern, einfach integrieren.

Dank minimaler Blindzonen von lediglich 29 mm auf jeder Seite, eines weiten Temperaturbereichs von -25 bis +70 °C und der Möglichkeit, den Sensor auf den gewünschten Messbereich programmieren zu können, muss der Anwender für spezielle Applikationen keine unterschiedlichen Varianten mehr vorhalten. Der Einsatz eines einzigen Sensortyps für Messbereiche zwischen 100 und 1000 mm vereinfacht damit die Lagerhaltung.

Erstes Pilotprojekt

In einem Pilotprojekt bei dem Kabel- und Anschlusstechnik-Hersteller Escha mussten sich die LI-Linearwegsensoren in Spritzgießmaschinen bewähren. Diese bestehen aus mehreren beweglichen Einheiten: Die Spritzeinheit inklusive Holm, welche das Granulat aufbereitet und unter Druck in das Werkzeug ein spritzt; die Schließeinheit, die das Werkzeug aufnimmt und schließt beziehungsweise öffnet, sowie die Auswurfeinheit, welche das fertige Produkt aus dem Werkzeug löst. An all diesen Stellen erfassen Sensoren die Bewegungen der Einheiten.

An einer Spritzgießanlage bei der Firma Escha ersetzen vier LI-Sensoren die potentiometrischen Geber. Durch die Aufnehmer verursachte Stillstandzeiten entfallen und Sensorenvarianten wurden reduziert.

© Turck

Bei den meisten auf dem Markt befindlichen Spritzgießmaschinen sind zwei Sensor-Philosophien erkennbar. Auf der einen Seite werden oft Potentiometerlösungen genutzt, die in vielen Anwendungen aber verschleißbehaftet und wartungsanfällig sind. Auf der anderen Seite setzen die Maschinenbauer auf magnetostriktive Systeme, welche zwar berührungslos und somit verschleißfrei arbeiten, jedoch meist enorme Blindzonen aufweisen und daher eher ungeeignet für moderne kompakte Maschinen sind. ´

Die Firma Escha verwendet seit Jahren Spritzgießautomaten mit Potentiometertechnik. Stillstandzeiten durch Wartungen und durch Verschleiß oder Verschmutzung störten immer wieder den Produktionsablauf und sorgten somit für höhere Kosten. Die auf dem Markt befindlichen magnetostriktiven Systeme brachten durch ihre großen Blindzonen und den daraus resultierenden langen Gehäusen ebenfalls keine zufriedenstellende Lösung. Dank der Kompatibilität der Befestigung und einer geeigneten Schnittstelle konnte die vorhandene Maschine sehr einfach auf die induktiven Sensoren umgebaut werden.

Stillstandzeiten durch Wartung und Verschleiß an den Wegsensoren gibt es seitdem nicht mehr, denn die LISensoren arbeiten wartungs- und verschleißfrei. Der bis dato installierte Potentiometersensor an der Schließeinheit ragte bauformbedingt nach oben aus der Maschine heraus und musste aus sicherheitstechnischen Gründen aufwendig mit einer Verkleidung ummantelt werden. Durch das wesentlich kürzere Gehäuse des LI-Sensors konnte Escha auf die zusätzliche Verkleidung verzichten, da dieser Sensor nun plan mit der Maschine abschließt. Potentiometergeräte müssen prinzipbedingt immer den gesamten Messbereich nutzen, da es sich hierbei um einen Spannungsteiler handelt.

Dies macht eine Variantenreduzierung nur sehr umständlich durch Programmierungen in der Steuerung möglich. Die LI-Sensoren mit variabel teachbarem Messbereich können hingegen flexibler eingesetzt werden. Durch die Messbereichs-Teachbarkeit konnte in der Beispiel-Applikation ein induktiver Sensor drei Potentiometervarianten ersetzen.

Autor: André Brauers ist Business Development Manager bei Hans Turck in Mülheim.