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Schweißfest und magnetfeldresistent

Induktive Ganzmetallsensoren für den rauen Industrieeinsatz
Schweißfest und magnetfeldresistent

Eingesetzt in den automatischen Schweißanlagen im automobilen Karosseriebau eliminieren robuste und elektromagnetisch verträgliche Ganzmetallsensoren die typischen Fehlfunktionen. Sie senken Stillstandzeiten und die damit verbundenen Kosten. Die Ganzmetallsensoren von Contrinex bringen die notwendige mechanische Widerstandsfähigkeit mit, um sich unter diesen Umgebungsbedingungen behaupten zu können.

Nach Informationen von Contrinex GmbH in Nettetal www.contrinex.de

In den Schweißanlagen der Automobilindustrie herrschen extreme Einsatzbedingungen, die besondere Anforderungen an jeden Sensor stellen. Dazu zählen beispielsweise Schweißperlen und sehr starke Magnetfelder in den automatisierten Schweißanlagen. Nicht jeder Sensor eignet sich für diese Bedingungen und verursacht durch Fehlfunktionen Produktionsausfälle sowie Kosten für Ersatzteile und Instandsetzungen. Die Ganzmetallsensoren der Serie 700 von Contrinex bringen die mechanische Widerstandsfähigkeit mit, um sich unter diesen Umgebungsbedingungen behaupten zu können. Dank eines patentierten Verfahrens verfügen diese Schalter auch über die erforderliche elektromagnetische Beständigkeit, um die korrekte Position der zu verbindenden Teile nicht nur vor und nach sondern auch während des Schweißprozesses überwachen zu können.
Herausforderung Schweißzelle
Zu den Anforderungen, die induktive Näherungsschalter in Schweißanlagen meistern müssen, zählen:
  • Schweißperlen, die sich auf der aktiven Fläche des Sensors einbrennen, von ihm als Objekt erkannt werden und eine Fehlschaltung auslösen,
  • Anhaftende Schweißperlen oder Schlacken, die auf der aktiven Fläche des Sensors eine Schicht aufbauen, welche regelmäßig entfernt werden muss, um Fehlschaltungen zu vermeiden. Dazu werden unter anderem Stahlbürsten verwendet, die die Sensoroberfläche beschädigen können.
  • Schläge, die den Sensor beim Anfahren von Objekten treffen und den Ferritkern beschädigen. Ein gebrochener Ferritkern verursacht wiederum Verluste, die ein regelmäßiges Schalten des Sensors verhindern. Ein Austausch des Schalters ist erforderlich.
  • Hohe Magnetfelder in der Schweißanlage, die den Sensor außer Kraft setzen.
  • Die in der Automobilindustrie verarbeiteten unterschiedlichen Metalle, die alle von den verwendeten Sensoren bei gleichem Abstand erkannt werden müssen.
Die Automatisierung der Schweißzellen in der Automobilproduktion benötigt daher ausgesprochen robuste Sensoren, die auch unter den rauen Umgebungsbedingungen fehlerfrei und zuverlässig funktionieren. Angeboten werden auf dem Markt Sensoren mit:
  • Teflonbeschichtung, die das Anhaften von Schweißperlen verhindert,
  • Ganzmetallgehäuse, um einer mechanischen Beschädigung entgegen zu wirken,
  • Magnetfeldfestigkeit (Eisenpulverkern), um ein Fehlschalten auf Grund von Magnetfeldern zu verhindern,
  • Faktor 1, um unterschiedliche Metalle sicher zu detektieren.
Die schweißfesten und magnetfeldresistenten Ganzmetallsensoren von Contrinex vereinen drei der geforderten Maßnahmen in einem Schalter: Ganzmetallgehäuse, Magnetfeldfestigkeit und Faktor 1 auf Stahl und Aluminium. Auf die Teflonbeschichtung wird verzichtet, da Teflon lediglich bis 260 °C temperaturbeständig ist, Schweißperlen aber 800 °C heiß sind. Sie brennen sich in die Oberfläche ein und beschädigen sie. Überdies wird die Teflonschicht spätestens bei der in regelmäßigen Abständen erforderlichen Reinigung angegriffen und ihre Wirksamkeit zerstört.
Aus einem Stück
Robuste Ganzmetallgehäuse stellen jedoch eine besondere Herausforderung für die Sensortechnologie dar. Wenn ein induktiver Sensor in ein Metallgehäuse gebaut wird, erkennt er die Ummantelung als Objekt und schaltet. Durch eine Reduktion der Oszillator- und damit eine Verringerung der Schaltfrequenz kann ein induktiver Sensor jedoch in einem Ganzmetallgehäuse verbaut werden, ohne dass er das Gehäuse detektiert. Die mechanische Robustheit wird somit durch eine Reduktion der Schaltfrequenz erkauft. Ein weiterer Nachteil ist, dass der Sensor sehr 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 im Objekt: Es fließt ein 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.
Dank des Condet-Verfahrens kann Contrinex die induktiven Sensoren aus einem Edelstahlstück fertigen, dadurch ihre Belastbarkeit deutlich 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. Damit tragen die Sensoren zu einer Senkung von Stillstandzeiten, Produktionsausfällen und Instandhaltungskosten bei.
Magnetfeldresistent
Der Schweißstrom in Mittelfrequenzanlagen erzeugt starke Magnetfelder, die herkömmliche Näherungsschalter aufgrund der schmalen Bandbreite ihres LC-Schwingkreises beeinflussen. Sie sättigen den Ferritkern, verursachen Verluste wie bei einem Kernbruch und führen damit zu einem Fehlschalten. Ein Ersetzen des Ferritkerns durch Eisenpulver macht den Sensor magnetfeldfest, reduziert allerdings den Schaltabstand. Der Sensor rückt näher an die Gefahrenzone heran. Seine mechanische Lebensdauer sinkt.
Ganzmetallsensoren arbeiten dagegen ohne LC-Oszillator und Ferritkern. Der stattdessen verwendete Impulsgeber macht sie unempfindlich gegenüber Verluste. Der Schaltabstand bleibt stabil. Dennoch reagieren Condet-Schalter empfindlich auf externe Magnetfelder. Aufgrund der großen Bandbreite werden die Störungen nicht von selbst gefiltert. Wie bei einem Target besteht eine Kopplung zwischen Sensor und Magnetfeld, die für ein Schalten des Sensors sorgt. Das Auswertverfahren filtert die Störungen heraus; eine zusätzliche Signalverarbeitung kann zwischen der durch ein Objekt induzierten und der durch das Magnetfeld verursachten Störspannung unterscheiden. ge

INFO TIPP
Induktive Sensoren arbeiten, wie der Name bereits verrät, nach dem Induktionsgesetz. Dazu ist grundsätzlich eine Spule (Wicklung), ein Magnetfeld und Bewegung erforderlich. Durch dieses Messprinzip lassen sich berührungslos und verschleißfrei Winkel, Wege und Geschwindigkeiten messen. Faktor-1-Sensoren im Speziellen weisen keinen Reduktions- faktor auf und haben den gleichen Schaltabstand bei Eisen, Edelstahl, Kupfer, Messing oder Aluminium:

PRAXIS PLUS
Das Condet-Verfahren arbeitet im Prinzip wie ein Transformator. Hinter der aktiven Fläche befindet sich hier eine Spule, die zuerst, während eines Sendestromimpulses, als Primärwicklung dient. Im zu erfassenden leitfähigen Objekt wird, wie in einer Sekundärwicklung, eine Spannung induziert, die einen Strom fließen lässt. Nach Abschalten des Sendestromimpulses wird das Objekt zur Primärwicklung. Der darin vorerst weiterhin fließende Strom klingt ab und induziert dadurch in der geräteseitigen Spule eine Spannung, die das Gerät auswertet. Im Induktionsgesetz kommen weder Temperatur noch Verluste vor, was sich auf das Condet-Verfahren positiv auswirkt. Die Zykluszeit (Sende-, Warte- und Empfangszeit) liegt zwischen 100 und 200 µs. Dies entspricht einem Frequenzbereich, der gegenüber anderen Geräten etwa 20- bis 100mal tiefer liegt.
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