Spritzgießmaschinen bestehen aus mehreren beweglichen Einheiten, deren Verfahrwege durch Sensoren erfasst werden: Die Spritzeinheit, welche das Granulat aufbereitet und unter Druck in das Werkzeug einspritzt, die Schließeinheit, die das Werkzeug aufnimmt und schließt bzw. öffnet sowie die Auswurf-einheit, die das fertige Produkt aus dem Werkzeug löst. Bei den meisten Spritzgießmaschinen sind für diese Wegmessungen zwei Sensor-Philosophien im Einsatz. Auf der einen Seite setzt man auf Potenziometerlösungen, die in den meisten Anwendungen allerdings verschleißbehaftet und wartungsanfällig sind und nur eine begrenzte Lebensdauer haben. Auf der anderen Seite bauen die Maschinenbauer auf magnetostriktive Systeme, die zwar berührungslos und somit verschleißfrei arbeiten, jedoch enorme Blindzonen aufweisen und daher eher ungeeignet für moderne, kompakte Maschinen sind.

Mit seiner neuen LI-Wegaufnehmerfamilie löst der Mülheimer Sensor-, Interface-, Feldbus- und Anschlusstechnikspezialist Turck diese Probleme durch den Einsatz des induktiven Messprinzips. Die stör- und verschleißfreien Linearwegsensoren vereinen eine applikationsorientierte Genauigkeit mit guter Integrierbarkeit und hoher Linearität. Sie lassen sich bei kurzen Messlängen ebenso effizient einsetzen wie über größere Messbereiche. Dank der dadurch gewonnenen Flexibilität sind die neuen Sensoren gleichzeitig wirtschaftlicher als viele der bisherigen Erfassungslösungen – egal ob kleine Messlängen von 100 mm erfasst werden sollen oder große Messbereiche bis zu 1000 mm.
Die neuen Sensoren in Q25-Bauform basieren auf dem so genannten Resonator-Prinzip. Anders als bei magnetostriktiven oder herkömmlichen induktiven Wegaufnehmern erfolgt die Positionserfassung nicht über einen magnetischen Positionsgeber, sondern über einen induktiven Resonator, also ein schwingfähiges System aus Kondensator und Spule. Das Funktionsprinzip: Eine im robusten IP67-Sensorgehäuse untergebrachte Sendespule generiert ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld, das den Schwingkreis im Positionsgeber anregt, woraufhin dieser eine Spannung in zwei Empfangsspulenpaare induziert. Da die Stärke der induzierten Spannung in Abhängigkeit zur Überlagerung der Empfangsspulen steht, kann ein interner 16-Bit-Prozessor daraus ein zur Position des Resonators lineares Ausgangssignal (wahlweise 0…10 V, 4…20 mA, IO-Link oder SSI) errechnen. Das hochgenaue System hat eine Auflösung bis zu 1 µm.

Einfache Adaption

Dank ihrer prinzipbedingt großen Störfestigkeit und der hohen Systemauflösung kann die verschleißfreie LI-Serie in nahezu allen Anwendungsfeldern sowohl die potenziometrischen als auch die teureren magnetostriktiven Wegerfassungssysteme ersetzen. Das Aluminiumstranggussprofil lässt sich mittels optionalen Montagezubehörs wie Füßen, Winkeln oder Nutmuttern einfach anbringen und sorgt auch unter starker mechanischer Beanspruchung für eine hohe Stabilität. Dank sehr kurzer Blindzonen von maximal 29 mm auf jeder Seite, einem weiten Temperaturbereich von –25 bis +70 °C und der Möglichkeit, den Sensor auf den gewünschten Messbereich zu programmieren, muss der Anwender zudem nicht mehr länger Sondervarianten für spezielle Applikationen vorhalten. Der Einsatz eines einzigen Sensortyps für Messbereiche zwischen 100 und 1000mm vereinfacht die Lagerhaltung und reduziert so schließlich auch die Gesamtkosten des Anlagenbetreibers.

Erfolgreiches Pilotprojekt

Der Kabel- und Anschlusstechnikspezialist Escha in Halver verwendet seit Jahren Spritzgießautomaten mit herkömmlicher Potenziometertechnik. Standzeiten durch Wartungen und durch Verschleiß oder Verschmutzung störten immer wieder den Produktionsablauf und sorgten somit für einen erhöhten Kostenaufwand. Die auf dem Markt befindlichen magnetostriktiven Systeme waren wegen ihrer enormen Blindzonen und daraus resultierenden langen Gehäusen keine zufriedenstellende Alternative.

An einer Spritzgießmaschine, mit der Kabel und Steckverbinder umspritzt werden, haben die Automationsspezialisten gemeinsam mit Technikern des Spritzgieß-Maschinenbauers im vergangenen Jahr die bestehenden Potenziometerlösungen an vier Positionen durch LI-Sensoren ersetzt. So werden jetzt die Bewegungen der Schließeinheit und des Auswerfers ebenso induktiv erfasst, wie die Position der Einspritzeinheit und die Holmdehnung. „Besonderer Vorteil der Sensoren in unserer Applikation ist ihr dichtes Gehäuse, das sie absolut unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit macht“, sagt Markus Hühn, Leiter der Steckverbinderfertigung von Escha. „Im Gegensatz zur potenziometrischen Wegerfassung ist das induktive Resonanzprinzip zudem absolut wartungsfrei, da es berührungslos arbeitet. Unsere bisherigen Erfahrungen mit den neuen Sensoren entsprechen in vollem Umfang unseren Erwartungen.“
Durch den problemlosen Austausch der vorhandenen Potenziometer konnte der Spritzgießer die Maschine sehr einfach optimieren. Stillstandzeiten durch Wartungen, Verschleiß und Produktionsausfälle gehören nun der Vergangenheit an. Neben der Verschleißfreiheit konnten die LI-Sensoren aber auch mit ihrer kompakten Bauform punkten. Die zuvor installierte Potenziometerlösung an der Schließeinheit ragte bauformbedingt aus der Maschine heraus und musste aus sicherheitstechnischen Gründen aufwendig mit einer Verkleidung ummantelt werden. Durch das wesentlich kürzere Gehäuse des LI-Sensors konnte der Kunststoffverarbeiter auf die zusätzliche Verkleidung verzichten, da dieser Sensor plan mit der Maschine abschließt.

Kompakte Bauform

Die Nachteile der Potenziometergeräte versuchen einige Hersteller mit dem Einsatz von magnetostriktiven Wegsensoren zu eliminieren. Prinzipbedingt baut diese Sensortechnologie allerdings sehr groß und weist Blindzonen bis 80 mm pro Seite auf. Bei einer Baulänge von 200 mm müsste sich der Anwender den Messbereich von 40 mm mit einer Blindzone von 160 mm erkaufen. Da moderne Spritzgießmaschinen immer kompakter konstruiert werden, sind die Einbauzonen für Wegerfassungslösungen sehr beengt. So auch in der neuen Maschinen-Baureihe eines bekannten Herstellers. Magnetostriktive Lösungen mit abgewinkeltem Kabelabgang passten nur mit etwas Hin und Her gerade noch in die Maschine. Dank seiner Blindzonen von 29mm und dem daraus resultierenden optimalen Verhältnis zwischen Messbereich und Gehäuselänge war der LI-Sensor auch hier die richtige Lösung, war er doch 50 Prozent kürzer als der magnetostriktive Sensor. So passte der LI-Sensor mit der auf dem Markt kleinsten Blindzone optimal ins innovative Konzept dieser neuartigen Maschinenserie.

Ob kurze oder lange Messbereiche, beengte Platzverhältnisse oder starke (elektromagnetische) Störeinflüsse – mit dem neuen Wegerfassungssystem bietet der Automationsspezialist eine flexible Lösung, die sich einfach in bestehende Strukturen einbinden lässt und so die Lücke zwischen funktional begrenzten potenziometrischen Erfassungslösungen und komplexeren sowie teureren magnetostriktiven Systemen schließt.

Kosteneffizienz
Mehrwert für Konstruktion, Produktion und Einkauf

Induktive Linearwegsensoren bieten gegenüber Potenziometern oder magnetostriktiven Lösungen in mehreren Bereichen Vorteile: In der Produktion ist dies neben der einfachen Installation und Diagnose der Geräte vor allem die hohe Verfügbarkeit der Maschinen, da Stillstandzeiten durch Wartung und Verschleiß entfallen. Aufgrund der Variantenreduzierung profitiert der Einkauf von günstigen Preisen durch höhere Stückzahlen und geringeren Lagerhaltungskosten. Und im Maschinendesign können endlich kompakte Abmessungen erreicht werden, da die Sensoren mit extrem kurzen Blindzonen sehr kompakt bauen und sicherheitstechnisch erforderliche Verkleidungen damit wegfallen.

 

Autor

Über den Autor

André Brauers, Business Development Manager, Turck, Mülheim, andre.brauers@turck.com