Magnetische Sensoren im Einsatz in rauen Umgebungen

Extreme Bedingungen: Sensoren sind sehr unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt, etwa Stößen und Vibrationen an einem Hydraulik­zylinder oder auch hochgradig ölhaltigen Umgebungen. IPF

Das Funktionsprinzip magnetischer Zylindersensoren ist schnell erklärt: Der im Kolben eines Pneumatikzylinders integrierte Permanentmagnet erzeugt ein Feld, das alle nicht-ferromagnetischen Materialien (das Gehäuse des Zylinders) durchdringt. Ein magneto-resistiver Sensor im Innern eines Zylinderschalters detektiert das Magnetfeld bei Annäherung und verändert seinen Widerstand. Die nachgeschaltete Elektronik des Sensors wandelt diese Widerstandsänderung bei Erreichen des Schwellwerts in ein Schaltsignal.

Störungsfreier Betrieb trotz extremer Belastungen

Aufgrund des Einbauorts sind magnetische Zylindersensoren zwangsläufig den gleichen Belastungen ausgesetzt wie die Zylinder selbst, das heißt mechanische Beanspruchungen wie starke Vibrationen, Stöße und Schläge, hohe beziehungsweise niedrige Umgebungstemperaturen oder der Kontakt mit Kühl-, Schmier-, Reinigungs- oder Lösungsmitteln sowie Farben oder Öle sind häufig an der Tagesordnung.

Ein konkretes Beispiel: Ein Hersteller von Werbemitteln bedruckt unter anderem Luftballons mit ein- oder mehrfarbigen Motiven. Für die beidseitige Bedruckung werden die Ballons etwas aufgeblasen. In der nachfolgenden Station wird die erste Luftballonseite mit dem Motiv bedruckt, anschließend gewendet und erneut bedruckt. In der Wendevorrichtung fährt ein Vakuumsaugkopf über einen Pneumatikzylinder an den Ballon heran, saugt den Luftballon an, bewegt sich anschließend mithilfe des Pneumatikzylinders zurück, vollführt eine 180°-Drehung, fährt erneut vor und setzt den Ballon für den zweiten Druckvorgang wieder auf die Aufnahme. Die Schaltsignale für die Positionen des Saugkopfes beziehungsweise der Kolbenstange erhält die Wendestation über zwei Zylindersensoren.

Selbst Farbspritzer oder Ablagerungen sowie Reinigungs- und Lösungsmittel können Zylindersensoren nichts anhaben. IPF

Da ein Luftballon bei dem beschriebenen Verfahren durchaus platzen kann, gehören Farbspritzer in der Anlage und damit Farbablagerungen auf den Zylindersensoren zum Produktionsalltag. Dennoch funktionieren die Sensoren einwandfrei. Selbst aggressive Reinigungs- sowie Lösungsmittel, mit denen die Anlage regelmäßig gesäubert wird, können den Geräten nichts anhaben. Der Grund: Als vollelek­tronische Systeme konzipiert, haben solche Sensoren keine bewegten Teile oder Schaltelemente, arbeiten also verschleißfrei. Aufgrund ihrer Schutzklasse IP67, einer vollvergossenen Elektronik, Geräteausführungen in Metall und einem Einsatztemperaturbereich von -40° C bis 130° C sind die Zylindersensoren entsprechend robust. Im Vergleich zu Schaltern mit Reed-Kontakt haben die elektronischen Zylindersensoren eine höhere Genauigkeit, bessere Wiederholgenauigkeit sowie eine höhere Schaltfrequenz bis 1 kHz.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Flexibilität: Durch eine Anpassung der Ansprechempfindlichkeit für die Magnetfeldstärken lassen sich die Sensoren auf unterschiedliche Typen von Pneumatikzylindern abgleichen. Ganz anders Schalter mit Reed-Kontakten, die bei Erschütterungen oder Stößen zum Prellen neigen. Reed-Schalter sind zwar potenzialfrei und benötigen keine Versorgungsspannung. Jedoch sind sie weder kurzschlussfest, noch können sie aufgrund des erforderlichen Einbauraums beliebig klein gebaut werden.

Docking-Stationen für fast jeden Zylindertyp verfügbar

Sonderlösungen zum Beispiel im Bereich des Kupplungssystems von Schienenfahrzeugen (oben links), für Hydraulikzylinder (oben rechts), für einen Robotergreifer (unten links) oder an einer Schweißanlage (unten rechts). IPF

Gerade die Vielfalt an Pneumatikzylindern erfordert eine breite Auswahl an magnetischen Zylindersensoren mit verschiedensten Befestigungskonzepten. Die meisten Zylinder haben zur Sensorbefestigung entweder eine C-Nut, T-Nut oder eine Schwalbenschwanz-Nut. In diversen Einsatzbereichen dominieren wiederum Zugstangenzylinder, Profilzylinder sowie Rundzylinder. Um für sämtliche Varianten eine gleichermaßen stabile wie flexible Sensormontage zu ermöglichen, hat IPF Electronic neben den direkt auf (C-, T- und Schwalbenschwanz-Nut sowie Zugstangenzylinder montierbaren Geräte verschiedenste Adapter entwickelt. Dieses Konzept ermöglicht es, einen spezifischen Zylindersensor an unterschiedliche Zylindertypen zu befestigen.

Als Besonderheit gilt in diesem Zusammenhang ein Sensor, der über eine Teach-Taste zwei Kolbenstangenpositionen einlernen und beide Positionen über getrennte PNP-Ausgänge (24 V DC) ausgeben kann. Dies bringt in Anwendungen mit besonders engen Platzverhältnissen deutliche Vorteile.

Und wenn der Standard nicht passt?

Spezielle Varianten wie der MZ070787 (links) und MZR40787 ermöglichen es, mit nur einem Sensor über eine Teachtaste zwei Kolbenstangenpositionen einzulernen. IPF

Trotz einer großen Auswahl an magnetischen Zylindersensoren, gibt es immer auch Anwendungen, die besondere Lösungen erfordern: Für den Einsatz im Bereich des Kupplungssystems von Schienenfahrzeugen wurde ein Sensor mit einem speziellen Befestigungskonzept für eine 6,5 mm Rundnut entwickelt. Zudem muss der Sensor einen Einsatztemperaturbereich von -40 °C bis 80 °C aushalten sowie starken Stößen und hohen Vibrationen widerstehen.

Ebenfalls kundenspezifisch entwickelt wurde ein Zylindersensor mit Zinkdruckguss-Gehäuse für den Einsatz an speziellen Hydraulikzylindern mit integriertem Positionsmagneten. Auch diesem Sensor schenkt die Anwendung nichts: Damit der Sensor selbst bei den extremen Stößen und Vibrationen an Spannwerkzeugen für Gesenke oder Wechselwerkzeugen einen sicheren Halt hat, wurde hier eine gesonderte Befestigung entwickelt.

Eigens auf den Zylinder eines Robotergreifers abgestimmt ist ein weiterer Sensor. Dessen Elektronik wurde für eine nicht störungsfreie (unsaubere) Versorgungsspannung ausgelegt. Konfektioniert ist die Lösung mit einer schleppkettentauglichen Leitung sowie einem kundenspezifischen Leitungsabgang. Und für eine Anwendung in unmittelbarer Nähe einer Schweißanlage wurde ein Sensor im Metallgehäuse bereitgestellt, dessen spezielle Anschlussleitung mit Teflon-Ummantelung auch Schweißspritzern widersteht.

Hannover Messe 2016 – Halle 9, Stand H16

(sk)