Bild 1: Die Anlage ist speziell für die universelle Reinigung von Schüttgut bzw. kleinen Einzelteilen ausgelegt und eignet sich gleichermaßen für einfache als auch für komplexe Bauteile. (Urheber: Solvution)
In der Weg- und Winkelmesstechnik entscheiden sich Anwender heute oft für kontaktlose Messprinzipien, um verschleißbedingte Ausfälle möglichst von vornherein auszuschließen. Magnetische Verfahren, die z.B. den Halleffekt nutzen (vgl. Technikkasten), gelten dann oft als Favoriten, denn sie arbeiten auch unter rauen Umgebungsbedingungen zuverlässig, liefern absolute Messwerte über volle 360° und lassen sich sehr einfach an die jeweilige Applikation anpassen. Hinzu kommen die im Vergleich zu anderen Messverfahren niedrigen Kosten. Dadurch eignen sie sich für zahllose Applikationen in mobilen Anwendungen sowie im Maschinen- und Anlagenbau. Ein Beispiel liefern neue Reinigungsanlagen, die speziell für Kleinteile ausgelegt sind. Hier sorgen magnetische Winkelsensoren dafür, dass die Körbe mit den Bauteilen je nach Reinigungsprogramm immer in die richtigen Positionen verfahren werden.
Kleine Bauteile zu reinigen oder zu entfetten ist keineswegs einfacher als große Teile. Häufig verlangen komplizierte Geometrien, Sacklochbohrungen, Hinterschneidungen oder die Neigung zum Verhaken spezielle Reinigungs- und Trocknungsmethoden. Vor allem bei sehr filigranen oder schöpfenden Bauteilen müssen die Bewegungsabläufe des Reinigungskorbs dann besondere Anforderungen erfüllen. Gleichzeitig machen empfindliche Oberflächen, spezielle Materialien oder außergewöhnliche Verschmutzungen oft neben dem gesamten Repertoire klassischer Reinigungsverfahren auch noch Spezialmethoden notwendig. Die Solvution GmbH im bayerischen Waldmünchen hat deshalb jetzt eine Reinigungsmaschine entwickelt (Bild 1), die genau auf die Anforderungen kleiner Bauteile ausgelegt ist und dabei gleichzeitig durch ihr gutes Preis-/Leistungsverhältnis überzeugt.
Großes Kino für kleine Teile
„Die Genialität einer Konstruktion liegt in ihrer Einfachheit. Kompliziert bauen kann jeder.“ soll der sowjetische Raketenkonstrukteur und Weltraumpionier Sergej Pawlowitsch Koroljow (1906 bis 1966) gesagt haben. Nach diesem Leitbild setzt die Solvution GmbH ihr Expertenwissen in die Entwicklung hocheffizienter und zugleich kostengünstiger Anlagen um. Manfred Weichs, der Geschäftsführer und Firmengründer, berichtet: „Für die automatisierte Teilereinigung gab es bisher nur Systeme, die schnell, groß und teuer sind. Sie rechnen sich also nur bei großen Stückzahlen und lassen sich zudem nur schwer an die Anforderungen kleiner Bauteile anpassen. Bei unserer Kleinteile-Reinigungsanlage haben wir deshalb von vornherein einen anderen Ansatz verfolgt.“
Das Resultat der Entwicklungsarbeit ist die neue SV-2. Sie ist speziell für die universelle Reinigung von Schüttgut bzw. kleinen Einzelteilen ausgelegt und eignet sich gleichermaßen für einfache als auch für komplexe Bauteile. Durch die maschinenintegrierte Lösungs- und Reinigungsmittelregeneration sind zudem die Betriebskosten niedrig. Kühlwasser ist nicht notwendig, für den Anschluss genügt also eine Steckdose. Die Anlage lässt sich variabel konfigurieren und unterstützt Prozesse wie z.B. Tauchen, Fluten, Ultraschallreinigung, Dampfentfettung und Vakuumtrocknung. Mit einer Standardkorbgröße von 275 x 210 x 130 mm und 10 kg Ladekapazität eignet sich die kompakte Anlage perfekt für die Reinigung ganz unterschiedlicher Dreh-, Stanz- oder Frästeile sowie für Schmuck- und Uhrenkomponenten oder kleine im 3D-Druck hergestellte Gebilde. Zu den typischen Applikationen gehören aber auch chirurgische Nadeln, Federn oder feine Drahtteile, die sich im Reinigungsbad nicht verhaken dürfen.
Variable Korbbewegung
Abhängig von den Bauteilen und der gewünschten Reinigungsmethode bewegt sich der Reinigungskorb dann programmgesteuert. Drehzahl, Schwenkwinkel, Temperatur, Zeit und Verweildauer in der jeweiligen Position lassen sich variabel einstellen. „Um den Reinigungskorb programmgemäß zu bewegen, müssen wir zunächst dessen Stellung erfassen“, erläutert Manfred Weichs. „Hierfür suchten wir einen robusten, langlebigen Sensor, der wartungsfrei ein Maschinenleben lang den Schwenkwinkel zuverlässig erkennt.“
Bild 2: Als Ausgangssignale liefert der Winkelsensor absolute Messwerte, die er mit einer Auflösung von 12 Bit zur Verfügung stellt. Die (unabhängige) Linearität liegt bei +/- 0,3 %, was eine präzise Winkelerfassung in vielen Anwendungen ermöglicht. (Urheber: Novotechnik)
Diese Aufgabe übernimmt heute ein kontaktloser Winkelsensor der Serie RFC-4800 (Bild 2) von Novotechnik. Für die Wahl sprachen gleich mehrere Gründe: So haben sich die hall-basierten Sensoren bereits in vielen ähnlichen Anwendungen bewährt und überzeugten auch die Entwickler der neuen Kleinteile-Reinigungsanlage durch ihr günstiges Preis-/Leistungsverhältnis, kompakte Abmessungen und lange Lebensdauer. Die einfache Montage kam den Maschinenbauern ebenfalls gelegen. Das Messsystem besteht aus zwei Teilen: Der Sensor wird mit zwei Schrauben am Korbantrieb montiert. Das Sensorgehäuse hat einen Durchmesser von 48 mm und ist lediglich 14 mm flach. Der Positionsgeber, gewählt wurde eine Variante in Schraubenform, ist direkt in die nach hinten offene Motorwelle geschraubt. Eine Markierung zeigt die richtige Ausrichtung zum Sensor. Da der Messabstand variabel ist, sind durch Anwendungsgegebenheiten bedingte Einbautoleranzen unproblematisch und beim eventuellen Justieren sind keine besonderen Einstellvorrichtungen oder Lehren erforderlich.
Im praktischen Einsatz überzeugt der kontaktlose Sensor durch seine Zuverlässigkeit. Der Prototyp der Reinigungsanlage lief problemlos im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr. „Ich denke, einfacher und zuverlässiger lässt sich der Schwenkwinkel des Reinigungskorbs nicht erfassen“, fährt Manfred Weichs fort. „Das komplett vergossene Gehäuse bietet die besten Voraussetzungen für ein langes Sensorleben. Zudem gibt es trotz des magnetischen Funktionsprinzips keine Störungen durch elektrische Felder des Antriebs.“ Der Sensor gibt die jeweilige Korbstellung störungsfrei mit einer Auflösung von 12 Bit als analoges Spannungssignal an die Steuerung aus.
Robuster Winkelsensor mit breitgefächertem Einsatzspektrum
Prinzipiell haben Anwender bei den Schnittstellen auch andere Möglichkeiten. Die Messwerte können nicht nur als analoge Strom- bzw. Spannungssignale sondern auch digital ausgegeben werden, z.B. über CANopen und SAEJ1939, IO-Link, SSI oder SPI. Als Ausgangssignale liefern die Sensoren absolute Messwerte, die sie mit einer Auflösung von 12 bis 14 Bit zur Verfügung stellen. Die (unabhängige) Linearität liegt bei +/- 0,3 %, was eine präzise Winkelerfassung in vielen Anwendungen ermöglicht. Die Winkelsensoren sind zudem in Einkanal- oder Mehrkanalversionen mit redundantem Ausgang erhältlich. Die Positionsgeber gibt es in vielen unterschiedlichen Varianten, um unterschiedlichste Einbaubedingungen abdecken zu können. Harte Umgebungsbedingungen wie beim Außeneinsatz sind für die Winkelsensoren kein Problem. Sie erfüllen serienmäßig die Anforderungen der Schutzart IP67 und IP69 und die zulässigen Umgebungstemperaturen liegen zwischen -40 °C und +105 °C.
Technikkasten: Das Hall-Prinzip
Wird ein Hall-Element von einem Strom durchflossen, liefert es eine Spannung quer zum Stromfluss, wenn ein Magnetfeld senkrecht zu beiden einwirkt. Da diese Spannung proportional zur magnetischen Feldstärke verläuft, ist durch Anbringen eines Positionsmagneten auf einer drehbaren Welle eine berührungslose Winkelmessung realisierbar. Durch Kombination mehrerer Sensorelemente und Integration der kompletten Signalverarbeitung in wenigen Bauelementen sind komplexe Sensor-Systeme in kleinstem Bauraum möglich. Die Winkelsensoren nach dem Hall-Prinzip arbeiten weitgehend alterungsunempfindlich und unabhängig von Feldstärkenschwankungen der Positionsgebermagnete. Hohe Auflösungen bei guter Dynamik und große mechanische Toleranzen bei der Montage sind weitere überzeugende Eigenschaften dieser Technologie. Zudem lassen sich kundenspezifische Sonderlösungen schnell umsetzen.
Weitere Informationen: https://www.novotechnik.de/produkte/weg-winkelsensoren/?filterconfiguration=82124
