Nur wenige Industriezweige können auf Sensoren verzichten. Oftmals ist es purer Platzmangel am Einbauort, der den Einsatz erheblich erschwert. (Bild: IPF Electronic)
Von nahezu jeder Sensortechnologie existiert ein Gerät in Miniaturausführung. Wann empfiehlt sich generell der Einsatz solcher Lösungen?
Christian Fiebach: Sensoren im Miniaturformat werden in der Regel dort benötigt, wo der zur Verfügung stehende Bauraum stark begrenzt ist, sei es aufgrund der konstruktiven Verhältnisse am Einbauort oder durch eine Vielzahl von Geräten, die auf engstem Raum installiert werden müssen. Ein weiterer Grund für den Einsatz solcher Lösungen kann in der Notwendigkeit bestehen, einen Sensor an einer Abfragestelle mechanisch schützen zu müssen, damit er nicht durch äußere Einflüsse beschädigt wird. Kompaktere oder kleinere Sensoren lassen sich in diesem Zusammenhang etwa durch eine Umhausung oder durch Integration in die Nut eines bereits vorhandenen Profils wesentlich einfacher schützen.
Was sind aus baulicher und technischer Sicht die limitierenden Faktoren bei der Entwicklung solcher Sensoren?
Christian Fiebach: Letztendlich begrenzt die für eine Lösung notwendige Elektronik die Entwicklung der Geräte, da die Dimensionen von Leiterplatten beispielsweise oder auch ganzer Elektronikbaugruppen die Größe und Mindestabmessungen der Sensorgehäuse bestimmen. Darüber hinaus hat der Gehäusewerkstoff selbst einen Einfluss auf die Sensordimensionen, denn bei Metall sind entsprechende Abstände der auf einer Leiterplatte befindlichen Leiterbahnen zur Umhausung zu berücksichtigen. Gehäuse aus Kunststoff sind in diesem Zusammenhang unproblematischer und ermöglichen vergleichsweise kompaktere Lösungen, die aber möglicherweise weniger robust sind.
Der Preis für einen Sensor im Miniformat spielt natürlich auch eine Rolle. Sicherlich kann durch applikationsspezifisch entwickelte ASICS die Baugröße eines Sensors extrem minimiert werden. Aber solche Entwicklungen sind gleichermaßen aufwendig wie teuer und müssen daher am Ende schon rein wirtschaftlich die getätigten Investitionen in die Lösung rechtfertigen, zum Beispiel durch große Stückzahlen.
Gibt es im Allgemeinen einen Trend, der die Entwicklung von kleineren Sensoren forciert?
Christian Fiebach: Platzsparende Sensorlösungen sind seit jeher gefragt, insbesondere bei Nachrüstungen, aber selbstverständlich auch bei Neuanlagen. Mit steigenden Ansprüchen an die Qualität oder die funktionale Sicherheit von Produkten, steigt aber auch die Anzahl der hierfür notwendigen Kontrollkomponenten, was bei kompakten Produktionsanlagen beispielsweise den Einsatz möglichst kleiner Sensoren unumgänglich macht.
Der Bedarf an mehr Informationen im Sinne von Big Data im Zuge der wachsenden Digitalisierung führt zudem dazu, noch mehr Daten mittels Sensorik erfassen zu wollen, die dann in Form von Kennzahlen an anderer Stelle in einem Betrieb gewinnbringend oder prozessoptimierend eingesetzt werden können.
Befindet sich eine Produktionsanlage noch in der Entwicklung, kann von Beginn an der Bedarf an Sensorik berücksichtigt werden, wobei das wiederum von den Rahmenbedingungen abhängt, die für eine solche Anlage gesetzt werden. Da stellen sich Fragen wie: Wieviel Platz steht für die Anlage zur Verfügung? Was muss auf diesem Platz an Technologie untergebracht werden? Je mehr Technologie auf engstem Raum zu integrieren ist, desto kleiner muss die Sensorlösung sein. Sollen jedoch Bestandsanlagen mit Blick auf eine höhere Qualität und funktionale Sicherheit angepasst werden, wird die Aufgabe noch weitaus schwieriger, weil die potenziell erforderliche Sensorik dann auf bereits vorgegebene Bauräume trifft.
Platzmangel am Einbauort für einen konventionellen Sensor sprechen für den Einsatz von Miniaturgeräten. Aber wird hierdurch nicht generell die Montage erschwert? Welche Erfahrungen haben Sie aus der Praxis?
Christian Fiebach: Hier ist in erster Linie der Konstrukteur gefragt, der auch bei kompakten Anlagen die Montagefreundlichkeit und leichte Zugänglichkeit zu einer Sensorlösung sicherstellen sollte. Das setzt allerdings voraus, dass ein Konstrukteur ein Stück weit mit der Sensorthematik vertraut ist. Da das aber nicht immer der Fall ist, drängen wir in der Planungsphase von Anlagen auch darauf, möglichst frühzeitig in konstruktionsbedingte Prozesse involviert zu werden, um in der Zusammenarbeit mit dem Kunden sinnvolle Ansätze für Sensorlösungen finden zu können. Ein klassisches Beispiel hierfür ist die Konstruktion von Werkzeugen. Sind eventuell die wesentlichen Komponenten solcher Werkzeuge schon gehärtet, bevor man sich Gedanken zur Integration von Sensoren gemacht hat, wird es zumeist schwer, noch optimale Lösungen zu finden.
Bedeutet klein auch weniger robust? Oder, um die Frage zu präzisieren: Kann ein direkter Zusammenhang mit der Größe eines Sensors und seiner Lebensdauer hergestellt werden?
Christian Fiebach: Klein steht keinesfalls für weniger robust. Die Lebensdauer eines Sensors hängt im Wesentlichen von den Umgebungsbedingungen ab. Eine perfekte Lösung ist in vielerlei Hinsicht darauf ausgelegt. Wir bewegen uns hier jedoch auch immer in einem permanenten Spannungsfeld zwischen dem Platz, der für ein Gerät zur Verfügung steht, der gewünschten Funktionalität des Sensors und den von einem solchen Gerät erwarteten Werkstoffen. Wenn irgend möglich, verwenden wir seit jeher vor allem Metallgehäuse für unsere Sensoren. Ein Beispiel ist der Sensor MZR4 zur Positionsabfrage der Kolbenstange von Pneumatikzylindern, der bei einem Durchmesser von gerade mal 3,6 mm ein Edelstahlgehäuse hat, mit dem sich die extrem widerstandsfähige Lösung gut und sicher befestigen lässt.
IPF hat ein breites Spektrum an Sensorlösungen. Haben Sie für Kunden schon einmal Sondergeräte im Miniformat entwickelt und für welche Applikationen waren sie vorgesehen?
Christian Fiebach: Sicherlich. So haben wir zum Beispiel mit dem IB98E314 einen induktiven Sensor in Sonderbauform für ein spezielles Spann- und Greifersystem zur Abfrage von metallischen Bauteilen entwickelt. Der Sensor im Aluminiumgehäuse mit den Maßen 24,5 x 23 x 9,5 mm ist so konzipiert, dass er exakt in das System passt.
Oder ein anderes Beispiel. Für den Erntevorsatz von Mähdreschern entwickelten wir einen kompakten induktiven Sensor, der die Drehzahl des Messerantriebs an einem Getriebeflansch überwacht. Das Gerät sollte sehr robust und vor allem leicht zu montieren sowie bei einem Defekt problemlos auszutauschen sein. Das spezielle Design des Sensors besteht aus der Kombination eines Sechskant-Gehäuses mit einem 12mm langen M8-Gehäuse inklusive Gewinde.
Wie groß ist der Bedarf an Miniatursensoren im Markt und wir reagiert IPF Electronic hierauf?
Christian Fiebach: Der Bedarf ist ähnlich hoch, wie bei den Standardgeräten. Um die Nachfrage zu bedienen, haben wir unser Angebot entsprechend breit aufgestellt. Unsere Entwicklungen in diesem Bereich orientieren sich in erster Linie an den Anfragen und damit an den Anforderungen, die wir aus dem Markt bekommen. Auf Grundlage der von Kunden hinsichtlich der Funktionalität und Größe gewünschten Lösungen entstehen dann Sondergeräte, wie die zuvor beschriebenen Sensoren.
40 Jahre IPF
IPF Electronic mit Sitz im sauerländischen Altena kann in diesem Jahr auf eine 40-jährige Unternehmensgeschichte zurückblicken. Das Unternehmen hat sich mit einem breitgefächerten Portfolio an Sensoren für unterschiedliche Branchen gut im Markt positioniert, vor allem durch die Entwicklung kundenspezifischer Sonderlösungen. Gegründet wurde IPF Electronic 1982 von Wolfgang Neuhaus und Reinhard Siringhaus in Lüdenscheid (Sauerland). „Angefangen haben wir mit einem Büro auf dem Dachboden unseres Hauses und einer als Warenlager umfunktionierten Doppelgarage“, sagt Reinhard Siringhaus. 1987 entstand die erste Fertigung für Lichtleiterverstärker. Vor rund 31 Jahren führte man mit einem Sensor für die T-Nut von Pneumatikzylindern das erste selbst gefertigte Produkt im Markt ein. 1998 wurde eines der ersten Logikmodule für die Hutschienenmontage entwickelt, das sich nach wie vor im Portfolio befindet. Seit 2020 befindet sich die Firmenzentrale in einem rund 7.500 Quadratmeter großen Neubau im Märkischen Gewerbepark Rosmart nahe Altena. Im gleichen Jahr wurden auch die vormals drei Gesellschaften zur IPF Electronic GmbH zusammengelegt, die mit Dirk Neuhaus, Christian Fiebach, Detlef Rössel und Bodo Hano vier Geschäftsführer mit unterschiedlichen Aufgabenschwerpunkten hat.
