Wenn der kleine Sensor tonnenschwere Lasten misst

Messende Induktivsensoren sind mittlerweile so genau und kompakt, dass sie selbst komplexe Messsysteme ersetzen können. In zahlreichen Anwendungen ermöglichen sie erst das smarte und effiziente Erfassen wichtiger Maschinendaten – von der Gewichtsmessung in Portalkränen bis zur Späneerkennung in Werkzeugmaschinen. 

Induktivsensoren sind die Arbeitstiere der Fabrikautomation. Millionenfach verbaut erledigen sie in der industriellen Automatisierung geräuschlos hunderte Standardaufgaben. Meist wird von ihnen nicht mehr erwartet, als zuverlässig zu funktionieren und gleichzeitig kostengünstig zu sein. Der gewohnte und massenhafte Einsatz dieser Standardsensoren täuscht aber über das grosse Potenzial hinweg, das in Induktivsensoren schlummert. Ein Beispiel hierfür sind die messenden AlphaProx Induktivsensoren von Baumer, die mit vollständig integrierter Elektronik ausgestattet sind. Sie messen Abstände mit einer Genauigkeit von bis zu 5 μm und einer Auflösung von bis zu 4 nm. Damit sind sie so präzise und zugleich Platz sparend, dass sie völlig neue Möglichkeiten eröffnen. In manchen Fällen können die kleinen Präzisionswunder kostspielige Messsysteme zu deutlich geringeren Kosten vollständig ersetzen. Die folgenden Lösungen verdeutlichen, was hochpräzise Induktivsensoren in den Händen von einfallsreichen Ingenieuren leisten können. 

Lösung 1: Gewichtsmessung am Portalkran 

An Portalkranen in Stahlwerken, Güterumschlaganlagen oder Werften hängen oft tonnenschwere Lasten, welche bis auf wenige Kilogramm genau gemessen werden müssen. Hierzu verwendet man üblicherweise robuste Hochlast-Kranwaagen, die diesen hohen Zugspannungen standhalten. Dabei gilt: Je höher der Wägebereich, desto massiver und teurer die Waage. Deutlich kostengünstiger ist die Gewichtsmessung, wenn sie nicht direkt im Kraftfluss erfolgt, sondern auf indirektem Wege. So lässt sich das Gewicht zum Beispiel auch anhand der Durchbiegung der Traverse ermitteln, an der die Last hängt. Da diese Biegung im Mikrometerbereich liegt, kommen für die indirekte Gewichtsmessung nur entsprechend leistungsfähige Sensoren in Frage. Die unerreicht präzisen AlphaProx Induktivsensoren von Baumer erfüllen diese Anforderung und machen erstmals diese intelligente und wartungsfreie Form der Gewichtsmessung mit dem Einsatz von industriellen Induktivsensoren möglich. Die Präzision bis wenige Kilogramm bei der Gewichtsmessung entspricht je nach Gewichtsbereich einer Abweichung von lediglich 0,05 Prozent. Die Kostenersparnis ist dagegen erheblich: Den ca. 10000 Euro für eine Hochlast-Kranwaage stehen etwa 300 Euro für einen präzisen AlphaProx Induktivsensor gegenüber. 

Lösung 2: Messung der Dehnung von Rotorblättern 
 

Die verstellbaren Rotorblätter von Windkraftanlagen spielen eine entscheidende Rolle für einen sicheren und effizienten Betrieb. Durch die gezielte Anpassung der Rotorblattstellung lässt sich die Windlast regulieren, um sowohl die Stromerzeugung zu optimieren als auch Überlastungen bei stärkeren Winden zu vermeiden. Dafür ist es erforderlich, die auf die Rotorblätter wirkende Windlast präzise zu erfassen. Typischerweise kommen hierfür optische Messsysteme zum Einsatz, die im Inneren der Rotorblätter installiert werden. Diese Systeme messen die Durchbiegung der Rotorblätter, die heutzutage oft Längen von hundert Metern und mehr erreichen. Allerdings ist diese Methode kostspielig, da neben den Messsystemen auch hohe Arbeitskosten für die aufwendige Installation der Lichtleiter im Rotorblatt anfallen. 

Baumer Induktivsensoren bieten auch hier eine einfache und kostengünstige Alternative. Die AlphaProx Modelle messen die Dehnung der Rotorblätter mit der Präzision optischer Messsysteme – jedoch mit deutlich geringerem Aufwand. Dabei wird die Windlast durch eine einfache Abstandsmessung am Fuss des Rotorblattes ermittelt. Die Messvorrichtung wird an nur zwei eng beieinanderliegenden Punkten des Rotorblattes befestigt: Auf der einen Seite befindet sich der hochpräzise Baumer Induktivsensor, auf der anderen ein Metallstab. Die Dehnung oder Stauchung des Rotorblattes als Folge der Windlast führt zu einer Veränderung des Abstands zwischen Sensor und Metallstab. Ergänzend liefern die Vibrationsdaten der Baumer IO-Link Induktivsensoren wertvolle Informationen über den Zustand der Rotorblätter, etwa zu Vereisungen oder Rissen. Bei dieser und vielen weiteren Anwendungen kommen die Vorteile der smarten Baumer Sensoren doppelt zum Tragen: Sie liefern wertvolle Zusatzdaten und sind zudem über Tools wie die Baumer Sensor Suite einfach und schnell parametrierbar.   

Lösung 3: Späneerkennung in Werkzeugmaschinen  

In Werkzeugmaschinen sind Elektrospindeln mit automatischen CNC-Werkzeugwechslern zentrale Komponenten. Eine Standardanwendung für Induktivsensoren ist die Zustandserkennung des Spannfutters (geöffnet, geschlossen mit Werkzeug, geschlossen ohne Werkzeug). Hierzu wird typischerweise je ein schaltender Induktivsensor für die digitale Erkennung jedes einzelnen Zustandes verwendet. Alternativ ermittelt eine messende Variante über den Abstand die exakte Position der Zugstange. AlphaProx Sensoren gehen hier noch einen Schritt weiter. Sie messen die Lage der Zugstange so genau, dass sie auch winzig kleine Späne zwischen Werkzeug und Spindel erkennen. Diese Fremdkörper stören den Formschluss und können so zu unsauberen Ergebnissen führen. Die kompakten und entsprechend einfach zu integrierenden AlphaProx Sensoren verhindern das durch die Späneerkennung und gewährleisten so verlässliche und präzise Fräsresultate.  

Lösung 4: Schärfemessung an Schneidmessern 

Vom Feldhäcksler im Maisfeld bis zu industriellen Verpackungsanlagen: Scharfe Schneidmesser sind für viele Prozesse in verschiedensten Anwendungen unerlässlich. Unscharfe Klingen wirken sich auf die Qualität aus und verursachen im ungünstigsten Fall ungeplante Service-Einsätze. Daher werden sie vorsorglich nach festgesetztem Wartungsintervall nachgeschärft oder ersetzt. Das führt dazu, dass Klingen auch dann ausgetauscht oder geschärft werden, wenn die Schneidleistung eigentlich noch gut ist. Diese Ressourcenverschwendung lässt sich durch intelligente Inline-Messung der Messerschärfe vermeiden. Baumer Induktivsensoren leisten hier ihren Beitrag, indem sie im laufenden Betrieb exakt die Kopfbreite und damit die Schärfe der Schneidmesser erfassen. Mit diesen Daten lässt sich das Nachschleifen punktgenau nach Notwendigkeit einplanen. Smarte Funktionen und Filter sorgen hierbei für optimale Resultate und vereinfachen die Integration einer vermeintlich komplexen Aufgabe. 

Lösung 5: Winkelmessung in Prothesen 

Auch abseits industrieller Anwendungen sind kompakte und smarte Induktivsensoren der Startpunkt für innovative Lösungen. In medizinischen Produkten wie Prothesen etwa ermöglichen sie es ihren Trägern, verlorene Lebensqualität zurückzugewinnen. Ein Anwendungsbeispiel sind mikroprozessorgesteuerte Knieprothesen, in denen AlphaProx Sensoren in Echtzeit die Beugung des Gelenks ermitteln. Ein smarter Miniatursensor misst dabei kontinuierlich per Abstandsmessung den Winkel zwischen künstlichem Knie und Unterschenkelprothese. Diese dynamischen Daten ermöglichen es der Prothese, die Ventilsteuerung für den optimalen Flexionswiderstand präzise anzupassen. Sportplatz oder Gehweg? Per Knopfdruck bietet die Prothese verschiedene Anwendungsprofile für die perfekte Balance zwischen Dynamik und Sicherheit.  

Höchste Präzision in kleinster Bauform 

Baumer treibt seit über 70 Jahren die Weiterentwicklung der Positionssensorik voran. Ein zentrales Ziel ist dabei höchste Messgenauigkeit in kompakter Bauform. Zwei wesentliche Erfolgsfaktoren prägen bei Baumer die Entwicklung und Serienfertigung: Zum einen die mechanische Stabilität, die durch ein robustes, langlebiges Design sowie ein hochwertiges Sensorelement mit patentierter Fixierung sichergestellt wird. Zum anderen die elektronische Raffinesse, die auf der Eigenentwicklung leistungsstarker, kompakter ASICs sowie einer sorgfältigen Signalaufbereitung und Kalibrierung basiert.  

In der Positionssensorik bietet Baumer mit Induktivsensoren eine unerreichte Genauigkeit von bis zu 5 μm und ermöglicht damit genial einfache Lösungen: von kostengünstiger Gewichtsmessung im Portalkran bis zu blitzschneller Winkelmessung in Prothesen. Auch in anderen Technologien wie optischen Sensoren und Ultraschallsensoren setzt Baumer mit seiner Sensor Toolbox Massstäbe in Bezug auf Genauigkeit, Kompaktheit und Zuverlässigkeit, um die Grenzen des Machbaren zu verschieben.  

Autor: Silvio Sprenger, Strategischer Produktmanager Induktive Sensorik