Ganzmetallsensoren für raue Industrieumgebung

Der Schweiß stört

Eingesetzt in automatischen Schweißanlagen im automobilen Karosseriebau eliminieren robuste und elektromagnetisch verträgliche Ganzmetallsensoren die typischen Fehlfunktionen. Sie senken Stillstandzeiten und damit verbundene Kosten.

Typische Arbeitsumgebung für schweißfeste Ganzmetallsensoren. (Fotos: Contrinex)

In Schweißanlagen in der Automobilindustrie herrschen extreme Einsatzbedingungen, die besondere Anforderungen an jeden Sensor stellen. Dazu zählen beispielsweise Schweißperlen und starke Magnetfelder. Nicht jeder Sensor eignet sich für diese Bedingungen und verursacht dann durch Fehlfunktionen Produktionsausfälle sowie Kosten für Ersatzteile und Instandsetzung. Ganzmetallsensoren der Serie 700 von Contrinex zum Beispiel sind mechanisch widerstandsfähig und halten raue Umgebungsbedingungen aus. Dank eines patentierten Verfahrens sind diese Schalter auch elektromagnetisch beständig, um die korrekte Position der zu verbindenden Teile sowohl vor und nach als auch während des Schweißprozesses überwachen zu können.

Zu den Herausforderungen, die induktive Näherungsschalter in Schweißanlagen meistern müssen, zählen besonders die Schweißperlen, die sich auf der aktiven Fläche des Sensors einbrennen, von ihm als Objekt erkannt werden und eine Fehlschaltung auslösen können. Derlei Schweißperlen oder Schlacken, die anhaften und auf der aktiven Fläche des Sensors eine Schicht aufbauen, müssen regelmäßig entfernt werden, um Fehlschaltungen zu vermeiden. Dazu werden unter anderem Stahlbürsten verwendet, die wiederum die Sensoroberfläche beschädigen können. Eine weitere Herausforderung für die Sensoren sind Schläge, die den Ferritkern beschädigen können; ein gebrochener Ferritkern verursacht Verluste, die ein regelmäßiges Schalten des Sensors verhindern. Ein Austausch des Schalters ist somit erforderlich. Nicht zuletzt stören auch hohe Magnetfelder in der Schweißanlage, die den Sensor außer Kraft setzen können.

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Schweißfest und magnetfeldresistent

Die in der Automobilindustrie verarbeiteten unterschiedlichen Metalle müssen alle von den verwendeten Sensoren bei gleichem Abstand erkannt werden. Die Automatisierung der Schweißzellen in der Automobilproduktion benötigt daher ausgesprochen robuste Sensoren, die auch unter den genannten rauen Umgebungsbedingungen fehlerfrei und zuverlässig funktionieren. Hierfür gibt es auf dem Markt zum Beispiel Produkte mit Teflonbeschichtung, die das Anhaften von Schweißperlen verhindert, sowie Sensoren mit Ganzmetallgehäuse gegen mechanische Beschädigung sowie Sensoren mit Eisenpulverkern für die Magnetfeldfestigkeit. Alle diese Eigenschaften sind in den schweißfesten und magnetfeldresistenten Ganzmetallsensoren von Contrinex vereint. Auf die Teflonbeschichtung verzichtete der Hersteller indes, da Teflon lediglich bis 260 Grad Celsius beständig ist, die Schweißperlen aber 800 Grad Celsius heiß sind. Sie brennen sich in die Oberfläche ein und beschädigen sie. Außerdem nimmt die Teflonschicht durch die regelmäßigen Reinigungen Schaden.

Patentiertes Condet-Verfahren

Robuste Ganzmetallgehäuse stellen jedoch eine besondere Herausforderung für die Sensortechnologie dar. Denn wenn ein induktiver Sensor in ein Metallgehäuse verbaut wird, erkennt er die Ummantelung als Objekt und schaltet. Durch eine Reduzierung der Oszillatorfrequenz und damit Verringerung der Schaltfrequenz lässt sich ein induktiver Sensor jedoch in einem Ganzmetallgehäuse verbauen, ohne dass er das Gehäuse detektiert. Die mechanische Robustheit wird somit durch eine niedrigere Schaltfrequenz erkauft. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Sensor empfindlich auf Kernbrüche reagiert. Contrinex verwendet daher bei seinen Ganzmetallschaltern das patentierte Condet-Verfahren: Diese Technologie arbeitet mit einem Impulsgeber - und nicht wie herkömmliche Schalter mit einem Schwingkreisoszillator. Der Impulsgeber sendet einen Stromimpuls in die Spule und generiert auf diese Weise ein Magnetfeld. Dieses induziert eine Spannung in dem Objekt: Es fließt Strom. Beim Abschalten des Impulses klingt der Strom im Objekt ab, wodurch eine Spannung in die Sensorspule rückinduziert wird. Die Auswertung dieser Rückspannung dient der Objekterkennung: Ein Objekt im Magnetfeld verlangsamt den Spannungsabfall. Die Kopplung zwischen Objekt und Sensor kann mit einem Transformator verglichen werden und ist wie dieser temperaturunabhängig.

Funktionieren sogar mit gebrochenem Kern

Dank dieses Condet-Verfahrens kann Contrinex die induktiven Sensoren aus einem Edelstahlstück fertigen, dadurch ihre Belastbarkeit steigern und dennoch hohe Schaltfrequenzen erreichen. Schweißperlen werden funktionsbedingt nicht detektiert und verursachen daher keine Fehlschaltungen. Große Schaltabstände gestatten dem Anwender die geschützte Installation der Sensoren weit entfernt von der Gefahrenzone. Da das Schaltverhalten des Sensors wenig vom Material des Targets beeinflusst wird, erkennt er Aluminium und Stahl bei gleichem Abstand. Überdies funktionieren die schweißfesten und magnetfeldresistenten Ganzmetallschalter der Serie 700 auch mit gebrochenem Kernmaterial noch einwandfrei, versichert der Hersteller. pb

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