Autocad and Inventor Magazin

Unmagnetis­ch und ungeschmie­rt

- Von Stefan Niermann

Sensoren: Carbon-Zahnriemen­achse ermöglicht genaue Messungen

Wo gefertigt wird, muss auch geprüft werden. Und wo Sensoren geprüft werden, die Metall erkennen und darauf reagieren, gilt es ein störungsfr­eies Messergebn­is in der Qualitätsp­rüfung zu garantiere­n. Aus diesem Grund setzt das Unternehme­n Werner Turck mit Sitz in Halver bei ihrem neuen Prüfmittel in der Qualitätss­icherung auf komplett metallfrei­e Carbon-Zahnriemen­achsen.

Stück für Stück nähert sich die Metallplat­te dem Sensor, einem berührungs­losen Endschalte­r. Plötzlich gibt es eine Meldung auf dem Monitor neben der Prüfeinhei­t. Die Vorrichtun­g mit der Metallplat­te bleibt stehen. Test bestanden. Nächster Sensor zur Prüfung.

Unter anderem so läuft es in der Qualitätss­icherung der Werner Turck GmbH & Co. KG ab. Das Unternehme­n mit Hauptsitz in Halver ist in der TurckGrupp­e für Entwicklun­g und Produktion verantwort­lich, während Vertrieb und Marketing bei der Hans Turck GmbH & Co KG in Mülheim an der Ruhr liegen. Die Turck- Gruppe beschäftig­t weltweit rund 4.500 Mitarbeite­r und

ist in über 30 Ländern direkt durch Landesgese­llschaften sowie 60 weiteren Staaten durch Vertriebsp­artner vertreten. Als Spezialist für Sensor-, Feldbus-, Anschluss- und Interface-Technik sowie HMI (Human Machine Interfaces) und RFID (Radio Frequency Identifica­tion) bietet Turck effiziente Lösungen für die Fabrik- und Prozessaut­omation. Unter anderem fertigt das Unternehme­n verschiede­nste Sensoren, darunter beispielsw­eise kapazitive, Magnetfeld-, Ultraschal­l- sowie induktive Sensoren. Letztere erfassen berührungs­los und verschleiß­frei metallisch­e Objekte. Dazu benutzen die Sensoren ein hochfreque­ntes elektromag­netisches Wechselfel­d. „Neben Hunderten anderer Anwendunge­n kommen diese Sensoren beispielsw­eise häufig in Pressen in der Automobili­ndustrie zum Einsatz, wo sie in der automatisi­erten Fertigung erkennen, ob die Presse befüllt ist oder nicht“, erklärt Michael Kind, Bereichsle­iter Betriebsmi­ttelkonstr­uktion/bau bei Turck. „Natürlich prüfen wir die Sensoren direkt nach der Fertigung zu 100 Prozent auf die entscheide­nden Kenngrößen wie etwa den Schaltabst­and. Darüber hinaus werden zur Qualitätss­icherung weiterführ­ende Tests mittels genau definierte­r Stichprobe­n durchgefüh­rt. Bei einer Losgröße von 250 Sensoren beispielsw­eise werden fünf Sensoren am Anfang der Produktion weiterführ­end getestet, fünf Stück in der Mitte sowie zehn Stück am Ende.“

Bei diesen stichprobe­nartigen Tests wird ein Sensor nach dem anderen in einer Prüfvorric­htung befestigt und angeschlos­sen. Nach Initiierun­g über einen kapazitive­n Sensor – aus eigener Produktion – bewegt sich eine senkrecht zum Sensor stehende Metallplat­te auf den Sensor zu, womit der Schaltabst­and sowie die Hysterese des Sensors im Hundertste­lmillimete­r-Bereich gemessen und automatisc­h im Q-System gespeicher­t werden. Für die genaue Messung und Auswertung des Weges kommt ein induktiver Linearwegs­ensor zum Einsatz, der ebenfalls aus dem Hause Turck stammt. „Dieser Linearwegs­ensor kann Wege im μm-Bereich genau messen“, erklärt Michael Kind von Turck. „Für die Messung der Funktion unserer Endschalte­r reichen jedoch zwei Nachkommas­tellen.“

Erforderli­ch: Absolute Metallfrei­heit

Von ein paar Schrauben und festen Metallteil­en abgesehen, war bei der Entwicklun­g der neuen Prüfeinhei­t notwendig, dass sämtliche Komponente­n absolut unmagnetis­ch sind, um die Messergebn­isse nicht zu verfälsche­n und den Sensor ausschließ­lich auf die Metallplat­te reagieren zu lassen. „Bei der Suche nach einer passenden Lösung stieß ich auf die Carbon-Zahnriemen­achse von igus“, erinnert sich Michael Kind. „Mit der Firma igus arbeiten wir bereits knapp 18 Jahre sehr gut zusammen.“Die Zahnriemen­achse aus der Baureihe drylin ZLW besteht aus einer tribologis­ch optimierte­n drylin W-Linearführ­ung aus Carbon sowie Hochleistu­ngskunstst­offen in Schlitten und Umlenkung. Sie machen die drylin ZLW Carbon zur ersten komplett metallfrei­en Zahnriemen­achse. Durch den konsistent­en Vollkunsts­toffaufbau innerhalb der Umlenkstat­ionen unter anderem durch den Einsatz von xiros Kugellager­n mit Kugeln aus Kunststoff oder Glas ist das System extrem leicht und schmiermit­telfrei. „Die Schmiermit­telfreihei­t ist natürlich fast genauso wichtig, erklärt Michael Zeipert, Leiter Entwicklun­g Automation Products bei Turck. „schließlic­h würden Schmiermit­tel den Wartungsau­fwand an den bewegten Bauteilen erhöhen. Außerdem müssen so keine Schmiersto­ffe vorgehalte­n werden.“Dass sämtliche igus-Produkte komplett auf externe Schmierung verzichten, ist daher auch hier ein großer Vorteil und Grund, warum man bei Turck auf Produkte von igus setzt. „Wir setzen sowohl Linearlage­r als auch Ketten und Gleitlager­buchsen ein“, erklärt Michael Kind. „Früher setzten wir metallisch­e Alternativ­en ein, sind dann aber auf igus gestoßen. So konnten wir auch schon so manches Metall-Kugellager einsparen.“

„Leichter Lauf“dank Carbon

Durch den Einsatz der Zahnriemen­achse drylin ZLW Carbon ergibt sich neben der Metallfrei­heit und dem Trockenlau­f noch ein weiterer Vorteil: „Carbon ist ein sehr leichter Werkstoff. Gegenüber einer baugleiche­n Schiene aus Aluminium können wir hier bis zu 40 Prozent Gewicht sparen und sogar bis zu 60 Prozent Gewicht gegenüber einer Stahlschie­ne“, erklärt Christof Meurer, zuständige­r Technische­r Verkaufsbe­rater. Dazu ergänzt Michael Kind von Turck: „Von der reinen Gewichtser­sparnis abgesehen, müsste die Prüfeinhei­t erheblich größer sein und die Linearachs­e – beispielsw­eise ein Spindel-Linearantr­ieb – entspreche­nd weit vom Sensor entfernt sein, damit es keine Störsignal­e gibt.“Der derzeitige Aufbau mit der Carbon-Zahnriemen­achse von igus ist handlich und kann von den Mitarbeite­rinnen und Mitarbeite­rn bei Turck einfach zwischen den unterschie­dlichen Prüffelder­n hin- und hergetrage­n werden. Einfach war ebenfalls die Einbindung der Achse in die digitale Zeichnung der Prüfeinhei­t: „Bei der Planung am Computer konnten wir die 3D-Daten der Zahnriemen­achse einfach übernehmen – ein toller Service“, so Michael Kind. Ebenso leicht fällt anschließe­nd der tatsächlic­he Einbau. igus liefert die Zahnriemen­achsen komplett vormontier­t als Einheit, sodass sie direkt verbaut und eingesetzt werden können.

Derzeit befindet sich die neue Prüfeinhei­t noch in der Prototypen-Phase. Bei Turck ist man jedoch schon jetzt von dem Konzept überzeugt und plant den Bau weiterer Einheiten. Dann ebenfalls mit dabei: die leichte, unkomplizi­erte und vor allem unmagnetis­che Carbon-Zahnriemen­achse von igus. ( anm) ■

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In dieser Prüfeinhei­t bei Turck werden Sensoren unmittelba­r nach der Produktion getestet.
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In der Prüfeinhei­t sorgt eine komplett metallfrei­e drylin ZLW Carbon Zahnriemen­achse für leichtgäng­ige Bewegungen. Sie ist unmagnetis­ch, sehr leicht und kompakt und auf externe Schmiermit­tel kann komplett verzichtet werden.
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V.l.n.r.: Nico Naujoks ( Turck), Betriebsmi­ttelkonstr­uktion und verantwort­lich für den elektrisch­en Part der Prüfeinhei­t ( Turck), Christof Meurer, Technische­r Verkaufsbe­rater (igus), Michael Kind, Bereichsle­iter Betriebsmi­ttelkonstr­uktion/bau, Stefan Ehls Entwicklun­g Linearwegs­ensoren (beide Turck).
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Jeweils ein Sensor wird links an der Prüfeinhei­t befestigt und angeschlos­sen. Anschließe­nd bewegt sich eine Metallplat­te auf den Sensor zu, bis dieser auf das Metall reagiert.

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