Industrielle Messtechnik Induktive Wegmesstechnik für jeden Bedarfsfall in der Automation

Autor / Redakteur: Bernd Jödden* / Sariana Kunze

Der Einsatz von Sensoren zur Erfassung von Wegen und Positionen steigt in den letzten Jahren in der Industrie kontinuierlich an. Dieser Anstieg betrifft alle Bereiche industrieller Anwendungen wie Automatisierung, Qualitätsprüfung, Prozessüberwachung, Forschung und Entwicklung. Eine Lösung für jeden Bedarfsfall benötigt einen angepassten Sensor, der nach den Kriterien Messbereich, Auflösung, Genauigkeit, Bauform Umgebungsbedingungen und natürlich den Kosten ausgewählt werden kann. A.B.Jödden bietet induktive Wegmesstechnik für alle Bedarfsfälle.

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Induktive Wegaufnehmer sind in allen industriellen Bereichen wie Automatisierung, Qualitätsprüfung, Prozessüberwachung, Forschung und Entwicklung gefragt.
Induktive Wegaufnehmer sind in allen industriellen Bereichen wie Automatisierung, Qualitätsprüfung, Prozessüberwachung, Forschung und Entwicklung gefragt.
(A.B.Jödden)

In der Wegmesstechnik werden seit vielen Jahren induktive Wegaufnehmer eingesetzt.

Die Technik dieser Sensoren basiert auf dem Prinzip der Differentialdrossel. Innerhalb eines Spulenkörpers wird ein NiFe-Kern axial bewegt. Die jeweilige Position des Kerns bewirkt eine entsprechende Induktivitätsverteilung in den beiden Spulenhälften, die durch eine externe oder integrierte Elektronik in ein wegproportionales, analoges Signal umgewandelt wird. Diese einfache Art der absoluten Wegerfassung ermöglicht einen robusten, zuverlässigen Aufbau des Sensorelementes. Die Spulen werden auf – den jeweiligen Modellen und Messwegen angepassten- Spulenkörpern gewickelt. Über die Spulenkörper werden Edelstahl- oder NiFe-Gehäuse montiert. In den verbleibenden Hohlräumen wird eine aushärtende Kunststoffvergussmasse eingefüllt. Dieses Verfahren ergibt analoge Sensoren, die im Temperaturbereich zwischen –40°C und +150°C eingesetzt werden können.

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Induktive Feintaster bestimmen die Lage der Platine

Induktive Feintaster der Serie SM22 sind in vielen Montage- und Prüfautomaten im Einsatz. So wird z. B. in einer automatischen Fertigungslinie für Kfz-Schlüssel mit integrierter Fernbedienung die exakte Positionierung der Elektronikplatine geprüft. Dabei werden die Taster pneumatisch an den Prüfling herangeführt. Bei richtiger Lage der Platine wird aus den Ausgangssignalen ein ok-Signal generiert.

Die Taster der Modellreihe SM223 haben eine vorgespannte, handgeläppte lineare Kugelführung. Der geringe Außendurchmesser von nur 8mm ermöglicht eine Anordnung von mehreren Tastern nebeneinander bei geringem Platzbedarf. Bei der gezeigten Anwendung wird die richtige Befüllung von Munitionshülsen überprüft. Durch die auswechselbaren Messeinsätze können die Taster an die jeweilige Messaufgabe angepasst werden. Im vorliegenden Fall wird mit einer zylinderförmigen Tastspitze die vorgeschriebene Pulvermenge in einer Kleinkaliber Munitionshülse gemessen. Die hohe Taktzeit erfordert eine schnelle Reaktion der Taster und der nachgeschalteten Auswertung. Die Messtaster werden an 2 Kanal-Modulen der Serie SM12 angeschlossen. Die Module werden im Schaltschrank montiert und enthalten die Einstellpotentiometer für Nullpunkt und Verstärkung. Die maximale Entfernung zwischen den Tastern und der Elektronik kann bis zu 100m betragen. Die Auswerteelektronik versorgt die Taster mit einer hochkonstanten Wechselspannung. Das Messsignal wird phasenrichtig demoduliert, verstärkt und als normiertes Ausgangssignal 0(4) – 20mA, 0 – 10VDC oder ±10VDC zur Weiterverarbeitung ausgegeben. Die verwendete Wechselspannung zur Versorgung der induktiven Taster mit einer Frequenz von 10kHz ermöglicht die Erfassung hoch dynamischer Messvorgänge. Die standardmäßig eingestellte Grenzfrequenz beträgt 800Hz und kann auf Kundenwunsch auf 4kHz erhöht werden. Die verschleißarme und wartungsfreie Ausführung der Taster bedeutet eine zuverlässige Funktion mit langer Lebensdauer. Weitere Ausführungen der Taster haben die Auswerteelektronik bereits integriert. Die erforderlichen Betriebsspannungen sind variabel und können den Anwendungen angepasst werden z.B. 11 – 17VDC bei Einsatz in Kraftfahrzeugen.

Die Elektronik ist im Wegaufnehmer schon drin

Die induktiven Wegaufnehmer der Baureihe SM41 und SM43 haben die Speise- und Auswerteelektronik integriert. Mit Betriebsspannungen von z.B. 9 bis 32VDC werden die Weginformationen bis 360mm in proportionale normierte Ausgangssignale 0(4) – 20mA oder 0 – 10VDC mit einer Genauigkeit < 0,1% umgesetzt.

Beim Teach In Verfahren wird der Wegaufnehmer auf den Anfangspunkt gestellt und ein Kontakt am Stecker- oder Kabelausgang über eine definierte Zeit mit der Versorgungsspannung verbunden. Das Ausgangssignal stellt sich damit auf den Anfangswert ein. In der gleichen Weise wird der Endwert eingestellt.

Durch diese Technik sind unterschiedliche Messwege mit nur einem Wegaufnehmer darzustellen.

Die Wegaufnehmer wurden bei der EADS mit Schockbelastungen bis 250g SRS (20 – 2000Hz) und Vibrationsbelastungen bis 20g rms (50g Spitze) erfolgreich getestet. Zusätzliche mechanische Anbauten, wie z.B. Kugelgelenke an Stößel und Gehäuse, Schutzrohre oder Tasterversionen mit Rückholfedern sind lieferbar. Der elektrische Anschluss erfolgt wahlweise über Stecker oder wasserdicht angegossenes Kabel. In dieser Ausführung wird die Schutzart IP68 (Untertauchen) erreicht.

Induktive Wegmessaufnehmer im Taucheinsatz

Zur Kiesgewinnung z.B. in den Kiesgebieten der Flussauen am Niederrhein werden im Nassabbauverfahren so genannte Saugbagger eingesetzt. Mit einem bis zu 20 m langen Saugrohr wird der Kies unter dem Grundwasser abgesaugt. Dabei entstehen große künstliche Seen deren Boden- und Uferprofile bestimmten behördlichen Auflagen unterliegen. So müssen unter anderem die im Rahmenbetriebsplan festgeschriebenen Kriterien für den Kiesabbau sowie die Ziele der Wiedernutzbarmachung und der Renaturierung eingehalten werden. Ein wesentliches Kriterium ist die Einhaltung bestimmter Böschungswinkel sowie vorgegebene Bodenprofile. Die modernen Bagger sind mit GPS Navigationssystemen ausgerüstet um den exakten Standort zu bestimmen. Der Höhenwinkel des ca. 20 m langen Saugrohres wird über einen Neigungssensor erfasst. Die radiale Position des Rohres wird mit dem im vorderen Drehpunkt des Rohres montierten induktiven Wegaufnehmer SM403.30 gemessen. Das Ausgangssignal wird im Rechner ausgewertet. Aus den gewonnen Daten wird zum Nachweis der eingehaltenen Vorschriften des Rahmenbetriebsplans eine Karte des Boden- und Uferprofils errechnet.

* *Bernd Jödden, Geschäftsführender Gesellschafter, A.B.Jödden

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