Sensorik für die Industrie

Messung unterschiedlicher Prozessvariablen

  • Die GEFRAN-Produkte aus den Bereichen Sensorik, Aktorik und Steuerung bilden zusammen ein Komplettpaket für das Messen, Steuern und Regeln von industriellen Prozessen.
    Die GEFRAN-Produkte aus den Bereichen Sensorik, Aktorik und Steuerung bilden zusammen ein Komplettpaket für das Messen, Steuern und Regeln von industriellen Prozessen.
  • Seine füllmedienfreien Druckmessumformer aus der Impact-Serie konzipierte GEFRAN für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen (350 °C).
    Seine füllmedienfreien Druckmessumformer aus der Impact-Serie konzipierte GEFRAN für den Einsatz in Hochtemperaturanwendungen (350 °C).

Die automatische Steuerung industrieller Prozesse erfordert die permanente Messung der Prozessvariablen Druck, Weg, Temperatur und Kraft. Mit seinem Sensorik-Produktprogramm bietet GEFRAN für jede Anwendung und Messung den geeigneten Sensor.

 

Eine der Neuentwicklungen sind die magnetostriktiven Wegmesser der ONPP-Serie, die auf der ONDA-Technologie basieren. Onda, das italienische Wort für Welle, steht für das Prinzip der magnetostriktiven Wellenleitung einer Körperschallwelle. Ein Stromimpuls von 3 Ampere erzeugt ein elektrisches Magnetfeld entlang des Wellenleiters. Dieses durchläuft einen im Pneumatikzylinder verbauten Positionsmagneten. Treffen die beiden Magnetfelder aufeinander, entsteht durch die Magnetostriktion eine Körperschallwelle. Sie läuft mit Ultraschallgeschwindigkeit den Wellenleiter entlang und wird vom Empfänger registriert. Der misst die Zeit, die der Impuls benötigt, um zum Magneten und wieder zurück zu gelangen, und errechnet unter Berücksichtigung der spezifischen Schallgeschwindigkeit des Wellenleiters (ca. 3000 m/s) den zurückgelegten Weg. Beim ONPP wird das Integral über die Laufzeit berechnet und in ein der Position entsprechendes Analogsignal umgewandelt. Die ONPP-Wegsensoren wurden speziell für Pneumatikzylinder mit Durchmessern von 16 bis 80 mm nach ISO15552 entwickelt. Sie werden mithilfe von Nutensteinen direkt auf dem Zylinder montiert und nutzen zur Positionsmessung des Kolbens die im Kolbenboden des Zylinders verbauten Magnete. Diese Magnete können unterschiedliche Polarität besitzen, was bei einer auf eine Polarität fest eingestellte Elektronik zu einem Offsetfehler führt. Die Elektronik von GEFRAN erkennt jedoch automatisch die Magnetpolarität und vermeidet somit mögliche Messfehler. Der Sensor mit einem Analogausgang ist für Messwege von 50 bis 900 mm geeignet und erreicht Linearitätsabweichungen von ± 0,2 Prozent vom Eingangswert.

Kraftsensoren
Seit der Übernahme des Schweizer Unternehmens SENSORMATE gehören auch Kraftsensoren zum Produktportfolio; darunter weltweit einzigartige Sensoren wie Magnet-, Aufpress- und Halbleiter-Dehnmessstreifen sowie kabellose, rotierende Lastdosen. Bei diesen Lastdosen wird die Versorgungsspannung induktiv und das eigentliche Signal über Bluetooth übertragen. Die Halbleiter-DMS zeichnen sich durch einen außergewöhnlich hohen Verstärkungsfaktor aus, der dem Faktor piezoelektrischer Elemente gleicht. Dadurch erreichen diese Sensoren einen Signalhub von 120 mV - üblich sind 2 mV - und damit ein besseres Signal.
Aufpress-Sensoren werden üblicherweise für die kontinuierliche Messung eingesetzt und verbleiben an der Maschine. Um die Struktur der Anlage nicht zusätzlich zu belasten, sind sie sehr klein. Ihre Montage erfolgt wahlweise über eine Schraube auf einer planen Oberfläche, mit Bändern auf einer Welle oder durch Verspannung über einen Exzenter bei der Anbringung in Bohrungen.
Magnet-Sensoren wie der Magnet-DMS eignen sich vor allem für den Versuchsbereich, weil sie schnell montiert und genauso schnell wieder abgenommen werden können. Sie vereinfachen und beschleunigen die Dehnungsmessung deutlich. Im Gegensatz zu herkömmlichen Dehnmessstreifen muss vor der Messung die betroffene Metalloberfläche weder gereinigt noch geschliffen werden. Auch ein spezieller Schutz der elektrischen Kontakte durch Pasten oder Folien entfällt, denn der eigentliche Sensor ist durch sein Gehäuse geschützt. Es sind bis auf einen Drehmomentdreher weder Wegwerfmaterialien noch spezielle Werkzeuge oder viel Erfahrung für die Anwendung erforderlich. Auch die bei geklebten DMS notwendige Verstärkerkalibrierung entfällt, da der Magnet DMS einen Standard-k-Faktor von 2,0 besitzt. Durch diese Vereinfachungen liegt der zeitliche Aufwand für den Einsatz eines Magnet-DMS mit maximal 5 Minuten weit unter dem für einen geklebten DMS, dessen Anwendung mindestens 45 Minuten (maximal 100 Minuten) in Anspruch nimmt. Und dabei ist nicht einmal sicher, dass auch richtig gemessen wird. Der Magnet-Sensor ist also nicht nur zuverlässiger, er ist im Gegensatz zu einem nur einmal nutzbaren Klebe-DMS auch immer wieder verwendbar und macht sich bereits nach fünf Einsätzen bezahlt.

Patentierte Technologie
Die DMS-Aufpress-Technologie ist zum Patent angemeldet: Der im Sensorgehäuse integrierte Magnet drückt den lose in ein Elastomerkissen eingebetteten DMS über ein Einstellgewinde so kräftig auf die Holmoberfläche, dass Reibschluss entsteht. Dieser Reibschluss ersetzt den herkömmlichen Klebstoff und der aufgepresste DMS verhält sich genauso wie ein geklebter. Die Anpresskraft kann über eine Einstellmutter variiert werden. Damit sind Anpassungen an unterschiedliche Holmdurchmesser - kleinere Durchmesser benötigen beispielsweise eine höhere Vorspannung - möglich. Der Standard-k-Faktor von 2,0 erlaubt den freien Austausch der Sensoren ohne zusätzliche Kalibrierung.

Magnet-DMS wie beispielsweise der QE 1008/8W von SENSORMATE mit kabelloser Signalübertragung werden zur Messung der Holmdehnung in Kunststoffspritzgussmaschinen eingesetzt. Vier Holme sorgen dafür, dass die Spritzgussform korrekt schließt, indem sie den Kräften der in die Form gespritzten Kunststoffmasse entgegen wirken. Geschieht dies nicht gleichmäßig, schließt die Form nicht korrekt. Es kommt zu Produktionsausfällen. Über die Dehnungsmessung lässt sich feststellen, welcher Holm nicht korrekt arbeitet, um dann entsprechende Gegenmaßnahmen (z.B. das Unterlegen eines Keils) zu ergreifen. Die Messung der Holmdehnung wird beim Einrichten der Maschine sowie nach jedem Form- bzw. Produktwechsel durchgeführt. Häufig bleibt jedoch auch ein Sensor dauerhaft auf einem der Holme, um Änderungen sichtbar zu machen und gegebenenfalls erforderliche Wartungsarbeiten durchführen zu können.

Der kleinere Magnetsensor QE 1010 zur Dehnungsmessung auf ferromagnetischen Oberflächen liefert in Sekundenschnelle Ergebnisse. Das "Stethoskop des Ingenieurs" eignet sich für Zug- und Druckmessungen, zur Überprüfung von FEM-Berechnungen und für Spannungsanalysen. Der Sensor ist schnell montiert und misst sogar zuverlässig durch Farbschichten hindurch.

Drucksensoren
Die einfach aufgebauten und stoß- wie vibrationsfesten Druckmessumformer der Serie KS sind in Dickschicht-Technologie auf Stahlsubstrat ausgeführt. Sie sind füllmedienfrei, besitzen ein Volledelstahlgehäuse und eignen sich für zahlreiche hydraulische sowie pneumatische Anwendungen. Durch den Einsatz eines neuen Prozesses zum Aufbringen von Dickschicht-Widerständen mit feineren Geometrien auf einer Stahlmembran konnte der Durchmesser der Edelstahlmembran von 17 auf nur noch 10 Millimeter verkleinert werden. Doch die Sensoren wurden nicht nur kleiner, sie zeichnen sich auch durch eine bessere Hysterese aus. Dies erreichte GEFRAN durch den Einsatz von Sensormaterialien mit einer möglichst gleichmäßigen Materialstruktur. Denn je feiner und gleichmäßiger die Struktur, desto geringer ist die Hysterese und desto besser ist der Sensor.