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<H1>www.aud24.net : O. Marks: "Magnetfeldsensoren in Miniaturversion"</H1>
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Redaktion
> <B><FONT color="#CC3300">Fachbeiträge</FONT></B></TD>
<TD ALIGN=right VALIGN=bottom CLASS=detailDatum>11.03.2002</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailTitel>O. Marks: "Magnetfeldsensoren in Miniaturversion"</TD>
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<TD VALIGN=top CLASS=detailSubtitel>Weiterentwickelte Gehäusetechnologie schafft Wettbewerbsvorteile</TD>
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<TD CLASS=detailBildunterschrift>Sensor der Bauform 'BIM-INR' mit 2,8 mm Breite für die Rundnut</TD>
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Die elektronische Positionsüberwachung der Kolbenstellung von Pneumatikzylindern entwickelt sich in der industriellen Automatisierung immer mehr zum Standard.Die direkte Abfrage des Magneten im Zylinder durch Reed-Kontakte oder vollelektronische Magnetfeldsensoren verdrängen in dieser Applikation die indirekte Überwachung an der Kolbenstange durch mechanische Schalter oder Sensoren immer mehr.<BR><BR>Dabei stehen jedoch mittlerweile nicht nur die klassischen Vorteile der elektronischen Sensoren im Vordergrund. Es werden vielmehr weitergehende Anforderungen an einen Sensor gestellt. Die Vorteile des elektronischen Sensors gegenüber Reed-Schaltern, wie Prellfreiheit, Verschleißfreiheit durch das Fehlen bewegter Teile, kein Verkleben der Kontakte, keine Erhöhung von Übergangswiderständen, keine Mehrfachschaltpunkte u.s.w. sind weitgehend bekannt, wobei jedoch für Standard-Applikationen und unter zunehmendem Kostendruck Reed-Kontakte eine preiswerte Alternative darstellen. Elektronische Schalter beruhen auf verschiedenen Funktionsprinzipien, wie z.B. dem Hall- Effekt, dem magneto-resistiven Effekt oder dem Sättigungskern-Verfahren. Aufgrund ihres Aufbaus kann man davon ausgehen, dass die elektronischen Zylinderschalter in allen Applikationen über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässig ihren Dienst tun. Jedoch unterscheiden sich auch elektronische Magnetfeldschalter aufgrund unterschiedlicher Funktionsprinzipien und Bauweisen zum Teil beträchtlich.<BR><BR>Sättigungskern<BR><BR>Magnetfeldsensoren von Turck arbeiten nach dem ‚Permaprox‘-Prinzip. Dabei wird das Sättigungskern-Verfahren benutzt, wobei allerdings ein spezieller Sättigungskern entwickelt wurde. Abbildung 1 zeigt den typischen Aufbau eines solchen Sensors. Er besteht wie ein induktiver Sensor aus einem Schwingkreis mit Oszillatorspule. Dieser Schwingkreis ist im unbetätigten Zustand durch einen weichmagnetischen, leitfähigen Kern bedämpft. Durch ein äußeres Magnetfeld wird dieser Kern gesättigt. Damit steigt die Güte des Schwingkreises, da nun die Ummagnetisierungsverluste im Spulenkern reduziert werden (Abb. 2). Die nachgeschaltete Auswerteelektronik wandelt diese Güteänderung zuverlässig in ein binäres Signal (Schaltsignal) um. Hier hat Turck die Schaltung an entscheidender Stelle verbessert. Das Bedämpfungselement besteht beim Permaprox-Prinzip nämlich aus einem dünnen Bändchen aus amorphem Metall. Dieses Bändchen bildet den hochpermeablen Kern im Wickelkörper der Spule. Dabei ist es Uförmig zur aktiven Fläche hin geöffnet.<BR><BR>Vorteile des Permaprox-Sensors<BR><BR>Die spezielle Anordnung und Formgebung der Elemente sowie die Materialauswahl bewirken ein vorteilhaftes Verhalten. Prinzipiell können bei allen Magnetfeldschaltern Mehrfachschaltpunkte auftreten. Bei Permaprox- Sensoren beträgt der Empfindlichkeitsbereich ab Werk 3,8 mT bis mindestens 35 mT (an der Auflagefläche des Sensors). Durch diesen sehr großen Empfindlichkeitsbereich bei gleichzeitig sehr günstiger Form der Ansprechkurve treten bei diesen Sensoren die Mehrfach-Schaltpunkte nicht mehr auf und die Schaltpunktsicherheit erhöht sich beträchtlich. Damit ist die Funktion auf praktisch allen Pneumatikzylindern sichergestellt. Aufgrund des geringen Strombedarfs sind alle elektrischen Ausführungen realisierbar, auch eigensicher für den explosions-gefährdeten Bereich. Durch eine spezielle Auswahl der Kontakte ist dies auch für die Reed-Schalter sichergestellt.<BR><BR>Weitergehende Anforderungen<BR><BR>Im Zuge der immer weiter fortschreitenden industriellen Automatisierung steigen die Anforderungen an Sensoren aber auch in anderer Hinsicht. Hier wird das Augenmerk insbesondere auf folgende Punkte gerichtet: Kleine Bauformen Robuste Gehäuse Flexible Befestigungsmöglichkeiten Verringerter Installationsaufwand Aber nicht nur diese Anforderungen sondern auch neue Designs und Ausführungsformen der Zylinder müssen berücksichtigt werden.Vor einigen Jahren noch waren Pneumatikzylinder mit Zugstangen Stand der Technik. Hierbei wird der Kolben in einem Rohr geführt während die Anschlussflanschen von Zugstangen zusammengehalten werden. Diese Zugankerzylinder werden heutzutage in immer stärkerem Maße von Profilzylindern abgelöst. Diese bestehen aus einem meist quadratischen Aluminiumprofil mit Befestigungsbohrungen, sowie einer oder mehrerer Nuten in verschiedenen Formen, die insbesondere zur Befestigung der Sensoren genutzt werden können. Hier haben sich Profile mit Schwalbenschwanz, T-Nut oder Rundnut durchgesetzt. Diese Veränderungen müssen natürlich auch bei der Entwicklung neuer Sensoren berücksichtigt werden. Wurden bei den Zugankerzylindern die Sensoren an den Zugankern selbst befestigt, können nun die Nuten zur Befestigung genutzt werden. Außerdem sind für immer kleiner werdende Zylinder natürlich auch immer kleinere Sensoren erforderlich. Die neuen Mitglieder der Permaprox-Sensorfamilie gehen auf diese Anforderungen konse quent ein. Hier sind vor allem die Bauformen NST, INT und INR zu nennen. Die Bauform NST ist zur Befestigung auf der Nut vorgesehen. Dieser Sensor ist in allen denkbaren elektrischen Ausführungen, auch für den Ex-Bereich und schweißfest (wechselfeldfest) erhältlich. Dabei ist der Sensor austauschbar, ohne das Klemmstück vom Zylinder lösen zu müssen. Dadurch muss der Sensor anschließend nicht mehr neu justiert werden. Für Pneumatikzylinder mit T-Nut oder Rundnut besteht die Möglichkeit, Sensoren der Bauform INT oder INR komplett in der Nut verschwinden zu lassen. Dadurch hat man gerade bei kleinen Zylinderbauformen, vor allem bei beengten Platzverhältnissen, keine störenden Anbauten mehr. Diese an sich nicht neue Idee hatte bis jetzt den entscheidenden Nachteil, dass der Sensor von der Seite in die Nut geschoben werden musste. Dadurch ergeben sich insbesondere bei der Bestückung bereits montierter Zylinder immer wieder Probleme, wenn die Nuten nicht von der Seite zugänglich sind. Die Bauformen INT und INR können dagegen von oben in die entsprechende Nut eingesetzt werden (Abb. 3). Dies wird ermöglicht durch eine besonders schmale Bauform sowie durch eine patentierte Spezialklemmschraube. Die Klemmflügel sind so geformt, dass die Schraube besonders rüttelsicher ist. Denn durch das Linksgewinde in der Bohrung wird die Schraube beim Montieren zusätzlich so gegen die Nutkanten gedrückt, dass die Klemmung verstärkt wird. Die Befestigung erfolgt dabei wahlweise mit einem Standardschraubendreher oder mit einem großen Innensechskant-Schlüssel. Trotz miniaturisierten Bauformen mit einzigartigen Montagemöglichkeiten wurden hier keine Abstriche bei der Elektronik gemacht. Es ist eine gut sichtbare LED als Schaltzustandsanzeige vorhanden, die Hysterese beträgt weniger als 1mm und die Temperaturdrift ist kleiner als 0,1 mm. Die Schutzart beträgt IP67. Die Sensoren sind mit Schaltausgang und als eigensichere Ausführung für den Ex-Bereich erhältlich. Auch Standard- Reed-Kontakte sind in diesen Bauformen erhältlich. Die Anschlussleitung ist wahlweise mit einem angespritzten Stecker versehen.<BR><BR>Fazit<BR><BR>Das Permaprox-Baureihe nutzt ein verbessertes Funktionsprinzip, um die Kolbenposition in Pneumatikzylindern zuverlässig und störungsfrei zu detektieren. Dabei bieten die Sensoren eine einzigartige Symbiose aus zukunftsorientierter Elektronik und praxisgerechter Verpackung, um auch bei widrigen Umgebungsbedingungen über einen langen Zeitraum eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten.<BR><BR>Abb. 1: Prinzipieller Aufbau eines ‚Permaprox‘-Sensors<BR>Abb. 2: Bedämpfung der Spule eines ‚Permaprox‘-Sensors<BR>Abb. 3: Sensor der Bauform ‚BIM-INT‘ von oben in die Nut gelegt.</TD>
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<P><I>Diese Seite wurde am 22.09.2006, 13:56 Uhr aktualisiert</I></P>
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