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KabelführungssystemFührung für alles

KDP On Demand

Mit der KDP On Demand bietet das Unternehmen Murrplastik Systemtechnik ein Kabelführungssystem, das in Größe, Form und Ausstattung komplett individualisiert werden kann.

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Induktive SensorenDer neue Standard

Der typische induktive Sensor mit Ferritkern besteht aus Spule, Widerstand und parallel geschaltetem Kondensator. Jede Änderung der Güte in diesem Resonanzkreis durch ein metallisches Objekt wird von der Elektronik in eine Spannungsänderung am Ausgang des Oszillators umgesetzt. Die große Kunst bei einem solchen System besteht darin, den Schaltabstand – darum geht es natürlich auch heute noch – durch Optimierung von Spule und Ferritkern zu vergrößern. Darüber hinaus wurden im Laufe der Zeit auch viele Sondertypen entwickelt, wie temperatur- und schweißfeste Sensoren, sowie Systeme mit hoher Reichweite oder höherer Verschleißfestigkeit. Diese Varianten hatten aber für eine allgemeine Anwendung oftmals technische Nachteile. So wurden beispielsweise bei Ford in Köln ca. 400 unterschiedliche Sensoren eingesetzt, um alle notwendigen Anwendungen abdecken zu können.

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Elektrotechnik/Elektronik (ET): Der neue Standard

Anfang der 90er Jahre brachte Turck dann das uprox – System auf den Markt, mit einer Sendespule und zwei Empfangsspulen. Dies war schon damals ein erster wirklich neuer Ansatz. Denn neben Schweißfestigkeit, hohen Schaltfrequenzen, einem erweiterten Temperaturbereich und höchster EMV-Festigkeit konnte dieser Sensor auch noch mit einem Reduktionsfaktor 1 aufwarten – also gleichem Schaltabstand auf alle Metalle. Bereits zehn Jahre nach der Markt­einführung deckte dieses System schon sechs Prozent des Weltmarktes ab. Jetzt hat das Unternehmen mit einem neuen Mehrspulensystem auf einer Platine wieder einen Standard gesetzt: Uprox+ bietet höchsten Schaltabstand, Faktor 1 und kann darüber hinaus in unterschiedlichen Geometrien realisiert werden.

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Feste Spannungsreferenz

Was sind nun die Vorteile des neuen Sensorsystems? Die Hauptunterschiede zum alten uprox und natürlich auch zur Standardkonstruktion mit Ferritkern und gewickelter Spule sind die Platinentechnologie mit Mehrspulensystem und ein neu entwickeltes Multifunktions-ASIC. Um die Idee mit jeweils zwei Sende- und Empfangsspulen umsetzen zu können, mussten neue Wege in der Produktionstechnik beschritten werden: Alle Spulen sind als Leiterbahnen auf den Platinen aufgebracht. Dies hat nicht nur den Vorteil einer hochpräzisen Fertigung, sondern ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Signalauswertung im Grenzbereich und damit letztlich höhere Schaltabstände. Durch den konsequenten Einsatz dieser Technologie konnte Ford die Anzahl der unterschiedlichen Typen um ca. 3/4 reduzieren – ohne bei der Leistung Einbußen machen zu müssen. Das kann man wirklich als einen ganzheitlichen Ansatz bezeichnen und ist im Grunde der Wunschtraum jeder Lagerhaltung.

Die Teilung der Sendespule in zwei unabhängige Systeme ermöglicht die Trennung der zueinander gehörenden Sende- und Empfangsspulen-Paare, die gleichsinnig beziehungsweise gegensinnig gewickelt sind. Die Wechselwirkung mit einem metallischen Objekt erfolgt über ein oszillierendes Magnetfeld. Dabei entsteht der übliche Ringstrom im Target, der in den Empfangsspulen eine abstandsabgängige Spannung induziert. Diese wird dann in eine Spannungsdifferenz umgesetzt und genau um die geht es. Der wesentliche Unterschied der Neuentwicklung im Vergleich zum Ferritkern- oder 3-Spulen-System ist, dass man aufgrund der Anordnungen der beiden Sendespulen eine feste(!) Spannungsreferenz als „Ausgangsbasis“ erhält. Das Resultat kann sich sehen lassen: Ein Signalunterschied bis zu einem Faktor 10. Darüber hinaus werden Störungen durch mechanische Beeinflussungen deutlich reduziert. Beim 3-Spulen-System hingegen – hier befindet sich die Sendespule zwischen den beiden Empfangsspulen – ist die Spannungsreferenz nicht fest, sondern mitlaufend. Und die Ferritkern-Variante mit ihrer Auswertung der Güte ist bei den Standardsensoren nicht nur ungenauer, sie hat außerdem Probleme mit Magnetfeldern und bietet bei einigen Metallen nur einen Reduktionsfaktor kleiner 1.

Flexible Spulentechnologie

Der neue und patentierte Ansatz von Turck führt nicht nur zu höchsten Schaltabständen mit Faktor 1, sondern bietet auch eine bislang nicht gekannte Flexibilität im Spulenaufbau. Dies erlaubt die Herstellung unterschiedlicher Geometrien in der Gehäuseform und somit Lösungen, die optimal auf die jeweiligen Anwendungen zugeschnitten sind. Bei Bedarf können sogar Kompensationsspulen in das neue System mit einbezogen werden. Alle Sensoren gemeinsam sind nicht nur die hohe Schutzart IP68 sondern auch sehr gute EMV-Eigenschaften, die sogar deutlich besser sind als die in Zukunft geltende Norm EN 61000-4-6. Die neue Sensorfamilie ist damit für alle Anwendungen einsetzbar – von der Standardanwendung bis hin zu den Fällen, in denen früher selbst Sondergeräte nur unbefriedigende Ergebnisse geliefert haben.

So auch beim internationalen Unternehmen TI Automotive (Abteilung Bundy), einem Zulieferer von Brems- und Benzinleitungen für den Automotivbereich. In mehreren belgischen und französischen TI-Werken wird mittlerweile der neue Sensor als induktiver Schalter zur Rohrerfassung in Biegmaschinen eingesetzt. Diese Umrüstung war notwendig geworden, da alle anderen Sensoren durch die Umstellung des Rohrbasismaterials von PVF (Stahl und ZinK) auf NYAL (Alu mit Nylon) mit der Reichweite an ihre Grenze kamen. Das Resultat waren ungenaue Messungen und häufige Unterbrechungen der Fertigung. Durch die große Reichweite von uprox+ und gleichem Schaltabstand auf alle Metalle konnten diese Probleme gelöst werden.

Da sich die neuen Sensoren auch teilbündig montieren lassen, können bereits bei der Planung und Konstruktion einer Anlage zusätzliche mechanische Halterungen eingespart werden. Durch die höheren Schaltabstände sind auch größere mechanische Toleranzbereiche akzeptabel, was sich auf die Betriebssicherheit, die Anlagenverfügbarkeit und damit letztendlich auch auf die Kosten auswirkt. Um mechanische Beschädigungen zu vermeiden, können alle bündigen Sensorvarianten auch überbündig montiert werden, so dass der Sensor im rauen Betrieb nicht mehr beschädigt werden kann. Hier besteht die Möglichkeit größere Toleranzen zu nutzen, ohne dass die Anlagenverfügbarkeit leidet. Auch Konstruktionsfehler durch falsch eingeplante Sensoren lassen sich weitestgehend vermeiden, da durch die geringen Freizonen und den Vorbedämpfungsschutz kaum Einbaufehler möglich sind. Dadurch wiederum ergibt sich für die Konstruktion eine bisher nie da gewesene Freiheit bei der Entwicklung von neuen Maschinen und Anlagen.

Reduzierung der ­Typenvielfalt

Ein uprox+ Sensor kann viele herkömmliche unterschiedliche Sensoren ersetzen. Dies vereinfacht Beschaffung und Logistik, macht die Typenvielfalt für den Service beim Endanwender überschaubarer und reduziert auch noch Kosten. Gerade der Verzicht auf kostspielige Sondervarianten bringt deutliche Einsparungen. Gibt es wirklich einmal eine spezielle Anforderung, so kann durch die Verwendung der neuen Spulentechnologie auf eine optimierte Bauformen zurückgegriffen werden. Ein typisches Beispiel ist eine Variante, die an einem Schraubautomaten montiert wird und damit die üblichen Ringsensoren ersetzt. Dadurch werden nicht nur Montagekosten gesenkt, sondern durch die integrierte Spannbandbefestigung kann auch auf zusätzliche teure Halterungen verzichtet werden. Darüber hinaus spart diese Lösung auch im Servicefall oder bei der Nachrüstung ein Maximum an Zeit und Kosten.

Die neuen Sensoren sind in den Bauformen M12×1, M18×1 und M30×1 sowie in den Quaderbauformen CK40/CP40 (40×40 Millimeter) und Q80 (80×80 Millimeter) erhältlich. Die Gewinderohr-Bauformen können wahlweise in Messing verchromt, Edelstahl oder für den Schweißbereich auch in Messing teflonisiert ausgeliefert werden. Als Anschluss steht der klassische M12×1 Steckverbinder, Kabel oder Klemmenraum zur Wahl. Natürlich sind auch weiterhin die „älteren“ und bewährten uprox Sensoren erhältlich, in mehr als 25 Bauformen vom kleinsten Glattrohr mit 6,5 Millimeter Durchmesser bis zum 90x90 Millimeter Flächensensor.Dr. Peter Stipp

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