Sensible Sensormontage

Sichere Doppelblechkontrolle verdient mehr Aufmerksamkeit

Die Automatisierung der Blechverarbeitung erfordert zusätzliche Überwachungsfunktionen und besondere Sensorik. Da diese Sensorik andere Eigenschaften aufweist als die millionenfach eingesetzten induktiven und optoelektronischen Näherungsschalter, werden die besonderen Anforderungen und Voraussetzungen für eine zuverlässige Funktion nicht immer ausreichend berücksichtigt.

04. April 2002

Die Blechverarbeitung ist inzwischen zu einem hochautomatisierten Prozeß geworden, und zwar in solch unterschiedlichen Industrien wie die Karosserie-Herstellung für Kraftfahrzeuge, Produktion „Weißer Ware“ oder die Fertigung von Nahrungsmittel- und Getränkedosen.

Neue Fertigungstechnologien wie „Tailor Welded Blanks“ und Innenhochdruck-Umformung erfordern neue und zusätzliche Überwachungsmethoden. Im Falle der Blechverarbeitung ist es die zuverlässige und sichere Doppelblechkontrolle, auf die es ankommt, wenn es um störungsfreie Produktionsabläufe geht. Allerdings ist es erforderlich, die dafür notwendigen - meist mechanischen - Voraussetzungen zu schaffen. Dies zu vermitteln ist bei einem so „trivialen“ Problem nicht immer leicht.

Dieser Aufsatz beschreibt die wichtigsten und häufigsten Probleme, wie man sie regelmäßig bei einem Service-Einsatz antrifft und Maßnahmen, um ein Umfeld zu schaffen, das eine zuverlässige Doppelblechkontrolle gestattet.

Für die zuverlässige Funktion der Doppelblechkontrolle ist die sachgerechte Montage der Sensoren unerläßlich.

Einseitige Doppelblechkontrolle

Die einseitige Messung mit magnetischen und Wirbelstrom-Sensoren ist prinzipiell eine berührende Messung. Dabei muß der Sensor vollflächig auf dem zu kontrollierenden Blech aufsitzen. Unkontrollierbare Luftspalte können sehr große Meßwertverfälschungen verursachen; ähnliches gilt für Verkantungen. Diese Aussagen gelten sowohl für magnetische als auch für Wirbelstrom-Meßverfahren.

Bei elektromagnetischen Sensoren ist durch eine gefederte Halterung dafür zu sorgen, daß der Sensor immer rechtwinklig zur Blechoberfläche angelegt wird. Da der elektromagnetische Sensor aufgrund eines Wechselfeldes pulsiert, ist er zwischendurch kraftwirkungsfrei. Bei Seitenkräften, zum Beispiel seitlichem Kabelzug, kann es jedoch zu Verkantungen kommen.

Die Federn der Halterung sind so ausgelegt, daß ein Verhaken der Federn und damit ein Verkanten des Sensors weitestgehend ausgeschlossen wird.

Noch günstiger als der Einbau des Sensors in eine gefederte Halterung ist der direkte Einbau in einen Vakuumsauger mit einer gefederten Halterung. Zu empfehlen ist ein flacher Vakuumsauger, der aufgrund seiner Bauform dafür sorgt, daß der Sensor senkrecht auf dem Blech aufsitzt. Voraussetzung ist allerdings der Aufbau ausreichenden Vakuums. Im allgemeinen sollte der Vakuumsauger des Doppelblech-Sensors nicht als Lasthebevorrichtung verwendet werden. Sein Hauptzweck ist das vollflächige Anpressen des Sensors an das Blech.

Die im Handel erhältlichen Faltenbalg-Vakuumsauger („Ziehharmonika“) haben den Vorteil, daß sie auch bei schräg liegenden Blechen, etwa bei Verwendung von Spreizmagneten, ein hohes Vakuum erzeugen und sicher heben. Aber dieser Vorteil wird für die Doppelblechkontrolle zu einem ganz entscheidenden Nachteil. Der Sensor kann gegen die Blechoberfläche verkanten.

Sollte es trotz aller Vorkehrungen zu einer Schräglage des Sensors kommen, so wird - im Gegensatz zu anderen Produkten - das Auswertegerät von Roland Electronic „Untermaß“ anzeigen, insbesondere dann, wenn der untere Grenzwert relativ nahe an das Nennmaß eingestellt wird, wie 85 oder 90 Prozent. Diese Untermaßanzeige gilt sowohl für die Präsenz von nur einem Blech oder Doppelblech.

Wenn also durch einen weiteren „Präsenz“-Sensor bekannt ist, daß ein Blech vor dem Sensor anliegt, dann signalisiert die Untermaß-Anzeige eine fehlerhafte Sensor-Position; im allgemeinen eine verkantete Stellung oder einen unzulässigen Luftspalt.

Diese Untermaß-Anzeige sollte unbedingt von der SPS und der Maschinensteuerung ausgewertet und angezeigt werden. Die Untermaß-Anzeige ist ein wichtiger Hinweis, um die Sensor-Position zu überprüfen. Bei anderen Doppelblech-Kontrollsystemen, die auf dem Markt sind, wird zwischen Untermaß und der Nullblech-Position nicht unterschieden. Infolgedessen ist diese Differenzierung und damit das Erkennen von Fehlfunktionen nicht ohne weiteres möglich.

Berührungslose Doppelblechkontrolle mit dem Zweikopfsystem

Immer dann, wenn sich das sinnvoll verwirklichen läßt, sollte die Doppelblechkontrolle im Durchlauf mit einem Zweikopf-System erfolgen. Das Zweikopf-System bietet viele Vorteile gegenüber der einseitigen Messung :

- die Messung erfolgt berührungslos

- die Messung erfolgt im Durchlauf

- die Bleche können sich innerhalb eines Luftspaltes frei bewegen

- es können Stahlbleche und NE-Metalle mit der gleichen Sensoranordnung überwacht werden.

Allerdings sind insbesondere bei dem Transport magnetisierbarer Bleche mit Magnetförderern die durch Induktion erzeugten Spannungsspitzen in den Sensoren zu beachten. Diese erfordern besondere Maßnahmen zur Unterdrückung, die weiter unten diskutiert werden.

Funktionsweise des Sensor-Paars und Montage

Bei der Sensormontage ist die Kenntnis der Sensorfunktion hilfreich. Bei dem System handelt es sich um das sogenannte Transmissions-Verfahren, das heißt, der Sender erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das wiederum in dem zu kontrollierenden Blech ein Wirbelstrom erzeugt, der von der Blechdicke und der Art des Materials abhängt. Der Empfänger mißt die Bedämpfung durch das Blech in Form des erzeugten Wirbelstroms. Die im Empfänger induzierte Spannung ist also ein Maß für die Blechdicke. Die Sensoren sind ungeschirmt, das bedeutet, daß sich die elektromagnetischen Wellen auch seitlich ausbreiten.

Erfolgt beispielsweise eine bündige Montage in einer Halterung aus Material mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie Aluminium, so wird dem Sender durch die Halterung Energie in Form von Wirbelstrom entzogen. Die Leistung des Sensor-Paars kann dadurch erheblich reduziert werden. Infolgedessen empfiehlt sich eine Montage in einem stabilen Kunststoff oder hilfsweise auch in Stahl. In jedem Falle ist es günstig, den Sensor mindestens 10 mm gegenüber der Halterung hervortreten zu lassen. Das kann zur Folge haben, daß der Sensor durch zusätzliche „Schikanen“ gegen Beschädigung durch einlaufende Bleche geschützt werden muß.

Aus dem Grunde ist auch eine versenkte Montage der Sensoren innerhalb von Halterungen nicht zu empfehlen. Ganz abgesehen davon, daß sich in den Vertiefungen Schmutz und Späne ansammeln können. Auch diese metallischen Verschmutzungen führen zu einer Verringerung der Meßleistung.

Sensor-Montage in magnetischen Transportbändern

Die Haltemagnete des Systems erzeugen nicht nur einen Primärfluß innerhalb des Haltemagneten, sondern auch einen Sekundärfluß durch das Blech. Das so aufmagnetisierte Blech erzeugt beim Eintauchen in den Luftspalt des Sensorpaars eine Induktionsspannung. Das System wird damit zunächst außer Funktion gesetzt, bis die Induktionsspannung nach etwa 60 Millisekunden abgeklungen ist.

Für Anwendungen in magnetischen Zuführsystemen wurden spezielle Sensoren entwickelt (MS54S, ME54S). Die Sensoren sind so zu montieren, daß der Empfänger auf der magnetabgewandten Seite anzubringen ist.

Richtige Sensor-Montage in magnetischen Transportförderern

Die Montage der Sensoren führt nach aller Erfahrung zu einer zuverlässigen Doppelblechkontrolle. Wichtig ist, daß die Haltemagnete so angeordnet werden, daß kein magnetisierter Sekundärfluß zwischen den Magnetförderern entweder durch die Luft (durch den Sensor) oder durch das Blech zwischen den Sensoren entsteht. Dabei ist es selbstverständlich gleich, ob zwischen den Förderbändern ein Zustand N«N oder S«S besteht.

Die Sensoren sollten nach Möglichkeit nicht nahe an den Magneten montiert werden, sondern mit dem größtmöglichen Abstand zwischen den Förderern. Die Halterung sollte aus Kunststoff bestehen, hilfsweise Stahl. Aluminium oder Materialien hoher elektrischer Leitfähigkeit bedämpfen die Sensoren und reduzieren die Leistungsfähigkeit erheblich.

Erschienen in Ausgabe: 03/2001