Sensorik Hochleistungssensoren für Industrie und Batterie

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Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

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Kapazitiven Wegsensoren hängt noch immer der Ruf an, nur für saubere und trockene Umgebung geeignet zu sein. Doch mit industrieoptimierten Ausführungen überzeugen sie auch in industriellen Anwendungen.

Kapazitive Sensoren messen zuverlässig und mit Submikrometergenauigkeit Wege, Abstände und Positionen. Eingesetzt werden sie unter anderem für Inline-Anwendungen zur Foliendicken- oder Klebeauftragsmessung. Innerhalb von Maschinen überwachen sie Verfahrwege und Werkzeugpositionen. Die kapazitiven Sensoren CapaNCDT des Spezialisten für Sensoriklösungen Micro-Epsilon basieren auf dem Prinzip des idealen Plattenkondensators. Das elektrische Feld befindet sich hier ausschließlich zwischen den beiden leitenden Objekten im aktiven Messbereich, also zwischen dem Sensor und dem leitfähigen Messobjekt. Diese Sensoren sind in unterschiedlichen Ausführungen verfügbar. Die zylindrische Bauform ist die geläufigste Bauform. Neben der zylindrischen Bauform werden auch Flachsensoren angeboten, die einen wesentlich geringeren Bauraum erfordern. In der Platinenausführung sind kapazitive Sensoren zur Integration in schmale Einbauumgebungen geeignet.

Ideal für beengte Bauräume: kapazitive Platinensensoren mit patentiertem Miniaturstecker

Für diese beengten Einbausituationen bietet der Spezialisten für Sensoriklösungen äußerst dünne Sensoren auf PCB-Basis an. Die Sensoren sind mit einer Höhe von 14 beziehungsweise 25 Millimeter erhältlich und verfügen über einen Miniatur-Triaxial-Stecker. Kabel, Sensor und Stecker sind hier nahezu gleich groß. Der Stecker ist mit nur 3,6 Millimeter etwa um den Faktor drei kleiner als herkömmliche Stecker. Eine Integration des Sensors in Maschinen und Anlagen mit besonders engen Bauräumen wird dadurch enorm vereinfacht. Die Spiralummantelung für die eingesetzten Kabel bietet zusätzlichen Schutz vor Beschädigungen.

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Sensorsysteme für industrielle Anforderungen

Der Hersteller bietet spezielle Sensorsysteme für industrielle Anforderungen. Das CapaNCDT 61x0/IP ist ein kapazitives Wegmesssystem, das zur Qualitätssicherung in Produktionsprozessen sowie zur Maschinen- und Anlagenregelung entwickelt wurde. Das nach Schutzart IP68 klassifizierte Messsystem wird für zahlreiche industrielle Messaufgaben eingesetzt. Es ist unempfindlich bei Temperaturschwankungen und Magnetfeldern. Es wurde speziell für industrielle Messaufgaben konzipiert, in denen hohe Präzision vorausgesetzt wird. Eingesetzt wird es zur berührungslosen Messung von Größen wie Weg, Abstand, Auslenkung, Ausdehnung und Durchbiegung auf leitfähigen Messobjekten. Das CapaNCDT 61x0/IP besteht aus einem Sensor, einem Sensorkabel und einem Controller. Das System ist dank der werksseitigen Kalibrierung einsatzbereit und muss vor Ort nicht kalibriert werden.

Auch bei einem nachträglichen Sensortausch ist eine Neukalibrierung nicht erforderlich. Die Datenausgabe erfolgt über Strom oder Spannung beziehungsweise die digitale RS485-Schnittstelle. Das Alu-Druckgussgehäuse schützt den Controller zudem vor Staub und Feuchtigkeit. Auch das Sensorkabel ist robust aufgebaut. Es gewährt Trittsicherheit und Temperaturbeständigkeit. Die Kabellänge ist auf große Abstände für bis zu acht Meter ausgelegt. Mehr als 15 verschiedene Sensormodelle erlauben den Einsatz in verschiedenen Messaufgaben. Mit Platinen-, Zylinder- und Gewindesensoren stehen drei verschiedene Sensortypen zur Verfügung, aus denen je nach Einbausituation ausgewählt werden kann. Der Sensortausch ist auf einfache Weise mögliche. Alle kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon lassen sich mit allen Controllern betreiben. Ein aufwendiges Kalibrieren der Sensoren ist nicht notwendig.

Langzeitstabil aufgebaut

Die kapazitiven Sensoren von Micro-Epsilon sind außerdem langzeitstabil aufgebaut, weil keine Komponenten genutzt werden, die die Lebensdauer einschränken. Eine weitere Stärke ist die Kombinationsvielfalt. Jeder kapazitive Sensor lässt sich ohne aufwendige Kalibrierung mit einem beliebigen Controller des Herstellers verwenden. Die verschiedenen Schnittstellen wie Analog, Ethernet und EtherCAT ermöglichen eine Anbindung an moderne Maschinen und Anlagen. Einstellungen lassen sich über das benutzerfreundliche Webinterface vornehmen. Werden Sensoren in Bereichen eingesetzt, wo sie in hohem Maße Erschütterungen ausgesetzt sind, so bieten Gewindesensoren eine optimale Einbaumöglichkeit. Diese sind fest mit der jeweiligen Maschine verschraubt und verhindern ein verrutschen des Sensors bei starker Vibration.

Präzision durch triaxialen Aufbau

Im Gegensatz zu herkömmlichen kapazitiven Sensoren, sind die Sensoren des Herstellers nicht koaxial, sondern triaxial aufgebaut. Dies bedeutet, dass der Kondensator neben dem Gehäuse noch zusätzlich von einem gesondert gespeisten Schutzring zwischen Kondensator und Gehäuse umgeben ist, welcher ein elektrisches Feld erzeugt. Zwischen der Messelektrode und der Objektoberfläche entsteht dadurch ein homogenes Feld. Eine Ausbreitung auf andere leitfähige Objekte in der Nähe oder auf andere Bereiche des Targets wird durch das Schutzfeld um die Messelektrode unterbunden. Somit wird verhindert, dass andere Objekte die Messung beeinflussen. Dieser triaxiale Aufbau macht die Sensoren robuster und deutlich genauer. Die Linearität ist wesentlich höher und Störungen des Messfeldes werden zuverlässig verhindert. Zudem können diese Sensoren bündig in leitende Materialien eingebaut werden, ohne Messfehler zu erzeugen.

Luftspaltmessung in großen Elektromotoren: Enorme Magnetfeldunempfindlichkeit

Die Vorteile der industrieoptimierten Sensoren zeigen sich unter anderem bei großen Elektromotoren. Der Rundlauf muss hier ständig überprüft werden. Die Motoren mit Durchmessern von über 10 m nehmen großen Schaden, wenn der Rotor den Stator berührt. Daher wird der sogenannte Läuferspalt, der Abstand zwischen Rotor und Stator, durch kapazitive Wegsensoren ständig überwacht. Die wechselnden magnetischen Felder haben dank des triaxialen Aufbaus und der Verwendung von nicht-magnetischen Materialien wie Titan oder Edelstahl keinen Einfluss auf das Messergebnis. Aufgrund des berührungslosen Messprinzips besteht auch keinerlei physische Einwirkung auf Sensor oder Messobjekt, wodurch sich Langzeitstabilität ergibt.

Sicherheitssteuerungen

Effizient und flexibel programmieren

Sensorik zur Profilerfassung von Blasfolien: Erfassung dünnster Schichten

Die Erfassung des Folienprofils bereits an der Folienblase liefert entscheidende Daten für die Extrusionsregelung. Um den Prozess möglichst effizient zu gestalten, wurde von Micro-Epsilon ein modulares Blasfolien-Messsystem konzipiert, das unmittelbar nach dem Kalibrierkorb eingesetzt wird. Die zur Profilerfassung verwendete Sensorik basiert auf dem kapazitiven Messprinzip und ermittelt das Folienprofil hochgenau und zuverlässig. Die eingesetzten Sensoren zeichnen sich durch enorme Genauigkeit und Signalqualität aus.

Kapazitive Sensoren werden häufig für Anwendungen eingesetzt, bei denen höchste Präzision und Stabilität gefordert sind. Daher sind sie unter anderem in wichtigen Prozessschritten der Batterieproduktion und der Halbleiterindustrie im Einsatz.

Zweiseitige Dickenmessung elektrisch leitfähiger Werkstoffe

In der Batterieproduktion ist die Dickenmessung der Batteriefolie von hoher Bedeutung. Zwei gegenüberliegend angebrachte kapazitive Sensoren ermöglichen eine zweiseitige Dickenmessung. Mit dieser Methode lassen sich zum Beispiel Banddicken bis in den μm-Bereich messen. Jeder der beiden kapazitiven Wegsensoren liefert ein lineares Abstandssignal, das der Controller als Dickenmesswert verrechnet. Der Messfleck der Sensoren ist größer als bei optischen Messverfahren, wodurch Strukturen und Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche gemittelt werden. Durch Verwendung der CapaNCDT Mehrkanal-Controller können auch mehrere Sensorpaare mit nur einem Controller verarbeitet werden.

Messtechnik

Laser-akustisches Prüfverfahren hilft dem Batteriesektor

Zweiseitige Dickenmessung mit stabilem Montagebügel

Speziell für Dickenmessungen mit kapazitiven Sensoren ist ein Montagebügel erhältlich. Der Bügel ermöglicht noch präzisere Messergebnisse und findet in der Halbleiterindustrie zur hochauflösenden Dickenmessung von Wafern und in der Batterie-Industrie zur zweiseitigen Dickenmessung von Batterie- sowie Separatorfolien Verwendung. Die Sensoren liegen hier genau auf einer Achse und sind somit deckungsgleich angeordnet. Bis zu sechs Sensoren lassen sich an einem Montagebügel anbringen. Da je zwei Sensoren eine Messstelle abbilden, können bis zu drei gleichzeitige Messungen an unterschiedlichen Stellen erfolgen. Der Montagebügel ist sowohl vakuumtauglich als auch sehr temperaturstabil bei Temperaturen bis 100 Grad Celsius.

Zwei Messprinzipien – Ein Sensor

Das kapazitive Messprinzip eignet sich auch hervorragend zur Kombination mit weiteren Messverfahren. Auf dieser Basis hat Micro-Epsilon den Combi-Sensor entwickelt, der einen kapazitiven mit einem induktiven Sensor auf Wirbelstrombasis vereint. In der Batterieproduktion misst er auf nichtleitende Bandmaterialien wie Beschichtungen. Die im Sensorgehäuse integrierten Sensoren messen jeweils von der gleichen Seite den Abstand zur Aluminiumwalze. Der kapazitive Sensor ermittelt anhand der Dielektrizitätskonstante des nicht leitenden Materials den Abstand zur Bandoberseite. Der Wirbelstromsensor ermittelt den Referenzabstand zur Führungswalze. Neben der hohen Genauigkeit ist die hohe Temperaturstabilität ein entscheidender Vorteil. Dadurch kann die Dickenmessung beispielsweise auch in Trockenbeschichtungsprozessen durchgeführt werden.