Kurzwegaufnehmer
Wegsensoren für präzises Clinchen
Wegaufnehmer und Wegtaster müssen robust, genau, zuverlässig und für große Temperaturbereiche geeignet sein sowie ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. Trotz des Trends zu kontaktlosen Verfahren dominieren Leitplastikpotentiometer in vielen Anwendungen, da sie kompakt gebaut und mit integrierter Elektronik normierte Signale liefern.
Potentiometrische Weg- und Winkelsensoren sind sowohl in industriellen als auch in mobilen Anwendungen weit verbreitet, denn vergleichbare Messgeschwindigkeiten, Linearitäts- und Hysteresewerte sowie Auflösungen und Temperaturbereiche sind sonst nur mit deutlich höherem Aufwand zu erreichen. Der Sensorikspezialist Novotechnik hat deshalb neben kontaktloser Sensorik auch die Potentiometertechnik kontinuierlich weiterentwickelt. Heute sind viele unterschiedliche Ausführungen an potentiometrischen Wegaufnehmern und -tastern im Programm, die sich dank ihrer platzsparenden Bauweise für viele Anwendungen in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik eignen. Die potentiometrische Wegaufnehmer-Baureihe T beispielsweise ist für Messbereiche von 10 bis 150 mm lieferbar. Sie bietet eine hohe Wiederholgenauigkeit von 0,002 mm, eine lange Lebensdauer von bis zu 100 Mio. Bewegungen sowie sehr gute Linearitätswerte bis zu ± 0,075 %. Zudem werden die Sensoren nicht nur mit Kabelanschluss, sondern auch mit kompakten M8-Steckverbindern angeboten, was die Montage auch bei begrenzten Einbauverhältnissen vereinfacht. Letzteres war für die Sondermaschinenbauer der BTM Europe Blechverbindungstechnik GmbH ein wichtiges Argument dafür, einen Wegtaster dieser Baureihe an ihren Clinch-Systemen einzusetzen. BTM ist weltweit einer der führenden Hersteller von Clinch-Systemen und kompletten Fertigungsanlagen. Der Name BTM steht für „Bending Tools & Manufacturing“ und erinnert an die Anfänge der BTM Corporation nach ihrer Gründung im Jahr 1966. Mittlerweile hat sich die BTM Gruppe in den Bereichen Mechanische Fügetechnik und Spanntechnik sowohl im Automobilbereich als auch der Allgemeinindustrie einen festen Platz erarbeitet.
Fügetechnik für formstabile Verbindungen
Clinchen, auch Durchsetzfügen genannt, ist ein mechanisches und wirtschaftliches Fügeverfahren, bei dem Bleche unterschiedlicher Dicke oder verschiedener Materialien in einem Kaltumformprozess verbunden werden. Verfahrenstechnisch werden dabei zwei oder mehr Blechlagen (Fügepartner) durch eine Prozesskombination aus Tiefziehen und Breiten bzw. Prägen form- und kraftschlüssig miteinander verbunden. Der Einsatzbereich reicht von Einzelblechdicken ab 0,10 mm bis hin zu einer Gesamtblechstärke von ca. 10 mm. „Das Verfahren erzeugt durch einen Hinterschnitt stabile Verbindungen, die hohen statischen Kräften, aber auch dynamischen Beanspruchungen standhalten,“ erklärt Christian Bohnert, Geschäftsführer bei BTM Europe. „Unser Clinchprozess ist unempfindlich gegenüber Blechdickenschwankungen oder Oberflächenbeschichtungen. So bietet er eine sehr effiziente Möglichkeit, blanke oder anderweitig beschichtete (z. B. lackierte) Bleche unterschiedlicher Art, Güte und Qualität sicher zu verbinden. Anwendungen finden sich daher in den unterschiedlichsten Branchen, z. B. in der Automobilindustrie, Gebäudetechnik, Haushaltsgeräteindustrie, Lüftungs- und Klimatechnik, oder in der Möbelindustrie. Nicht zuletzt setzen Hersteller der Elektrotechnik bei Verbindungen an stromführenden Bauteilen auf die Clinchtechnologie aus unserem Haus.“
Ein wichtiger Parameter beim Clinchen ist die Eindringtiefe, also der Weg, den das Werkzeug zurücklegt. Für ein zuverlässiges Ergebnis muss der eingesetzte Sensor genaue Messwerte liefern, dabei möglichst kompakt bauen und zuverlässig arbeiten. Christian Bohnert erinnert sich: „Wir setzen schon seit über zehn Jahren immer wieder an unseren Maschinen Sensorik von Novotechnik ein. Dass es die potentiometrischen Wegtaster mittlerweile mit dem kleinen M8-Steckverbinder gibt, kam uns sehr gelegen, weil uns das die Montage erleichtert. Zudem lässt sich der kompakte Taster auch in den für die Montage an Roboterarmen bestimmten Clinch-Zangen einsetzen, bei denen nur wenig Einbauplatz zur Verfügung steht.“
Der eingesetzte Kurzwegtaster hat einen Messbereich bis 10 mm und stellt ein Ausgangssignal von 0…10 V zur Verfügung. „Dadurch ist die Messempfindlichkeit sehr hoch“, ergänzt Christian Bohnert. Ein besonderes Merkmal des Tasters ist außerdem die robuste, industriegerechte Auslegung mit doppelt gelagerter Schubstange, über die Querkräfte aufgenommen werden können. Der rückseitige Endanschlag vereinfacht durch seine konstruktive Gestaltung die mechanische Ankopplung von automatischen Rückzugseinrichtungen. Der Taster lässt sich durch Schwingungen oder Vibrationen nicht beeinträchtigen und arbeitet zuverlässig bei Umgebungstemperaturen zwischen - 30 und + 100 °C.
Kontaktlose Alternativen
Potentiometrische Wegsensoren, wie sie bei den Clinch-Systemen eingesetzt sind, werden sich wegen ihres guten Preis-/Leistungsverhältnisses auch künftig in vielen Anwendungen behaupten, zumal es mit der Baureihe TE1 auch eine Variante gibt, die dank integrierter Elektronik ein absolutes Spannungs- oder Stromsignal am Ausgang zur Verfügung stellt, welches direkt an die analogen Eingänge der Steuerung angeschlossen werden kann.
Dennoch gibt es auch bei den „Kontaktlosen“ durchaus praxisgerechte Alternativen. Die Wegaufnehmer der Serie LS1 beispielsweise arbeiten induktiv und sind hinsichtlich ihrer Abmessungen vollständig kompatibel mit der potentiometrischen T-Serie.
Für schnelle Positionieraufgaben geradezu prädestiniert ist der induktive Wegaufnehmer TF1, der in Standardlängen von 100 bis 1 000 mm angeboten wird. Die Update-Rate des Messsystems erreicht 10 kHz, dies bedeutet einen Zeitverzug von nur 0,2 ms zwischen realer Position und dem zugehörigen Messwert. Kontaktlos arbeiten auch die absoluten magnetostriktiven Wegaufnehmer der Baureihe TP1, die sich für Messbereiche bis 4 250 mm eignen und ebenso wie die Baureihe TF1 durch eine unbegrenzte mechanische Lebensdauer punkten.
Autoren: Dipl.-Ing. Stefan Sester, Leiter technischer Vertrieb bei Novotechnik und Ellen-Christine Reiff, M.A., Redaktionsbüro Stutensee
Bilder: Novotechnik und BTM
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