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Industrielle Automation 6/2017

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Industrielle Automation 6/2017

SPS IPC DRIVES

SPS IPC DRIVES 2017 I MESSE Vielfalt ohne Grenzen Sensoren aus Kunststoff eröffnen zahlreiche neue Möglichkeiten in der Messtechnik Eigentlich ist es eine ganz einfache Sache, einen Temperaturfühler zu bauen. Man benötigt einen Sensor, ein Metallröhrchen und ein leitfähiges Füllmaterial, um das Ganze zu versiegeln. Genau so werden seit mehreren Jahrzehnten fast alle Temperaturfühler weltweit produziert. Aber was wäre, wenn es einen ganz anderen Weg gäbe? Einen Weg, der völlig neue Möglichkeiten in der Sensortechnik eröffnet? Die Idee klingt erst einmal einfach. In modernen Spritzgussmaschinen kann fast jede Form in beliebig hohen Stück zahlen hergestellt werden. Warum sollte man dann auch nicht einfach einen Temperatursensor mit Kunststoff umspritzen können? Zum einen liegt die Schwierigkeit darin, dass Kunststoff eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat und deshalb zur Temperaturmessung nicht optimal geeignet ist. Zum anderen kommen die extremen Umgebungsbedingungen beim Spritzguss hinzu. Der flüssige Kunststoff erreicht Temperaturen bis zu 360 °C, der Schließdruck der Maschine beträgt bis zu 100 t und der Druck im Spritzgusswerkzeug bis zu 1 200 bar. Das ist deutlich mehr, als der Wasserdruck im Marianengraben, der tiefsten Stelle in allen Weltmeeren. Dass all das keine optimalen Umgebungsbedingungen für einen empfindlichen Temperatursensor sind, versteht sich von selbst. Was macht Kunststoff so besonders? Dass es dennoch möglich ist, funktionierende Temperaturfühler aus Kunststoff herzustellen, zeigt Jumo Plastosens. Das Problem der Wärmeleitfähigkeit wird bei diesen neuen Produkten durch den Einsatz von Spezialkunststoffen mit speziellen Additiven gelöst. Im men bei den verwen deten Thermoplasten auch noch Färbe-, Licht- und Flammschutzmittel sowie Verstärkungs fasern zum Einsatz. Neben der Materialmischung ist ein besonders großes Know-how im Bereich der Spritzgusstechnik nötig, um die Plastosens- Produkte zu realisieren. Dieses Know-how liefert die PGT Prozesstechnik GmbH, eine Jumo-Tochtergesellschaft mit langjähriger Erfahrung in der Kunststoffbranche. Frei in Gestaltung und Form „Die Sensoren werden nicht wie bisher üblich in einem Metallrohr vergossen, sondern mit Kunststoff ummantelt.“ Endergebnis besteht kaum ein Unterschied zu Metallfühlern. Ein weiterer Vorteil dieser speziellen Mischungen: Für jeden Kunden kann ein Kunststoff entwickelt werden, der genau auf die jeweilige Applikation zugeschnitten ist. Denn zu den Additiven kom- Das größte Plus bei Sensoren aus Kunststoff ist die völlige Formfreiheit. Vorbei sind die Zeiten, als ein Fühler immer ein gerades Metallrohr war. Plastosens-Produkte passen sich an die jeweilige Einbausituation an. So kann zum Beispiel ein Temperatursensor in das komplette Gehäuse eines Föhns integriert werden. Oder er ist rund, spiralförmig und hat einen Winkel – der Vorstellungskraft sind fast keine Grenzen gesetzt. Weitere Vorteile von Messtechnik aus Kunststoff sind zum einen das geringe Gewicht und die Reproduzierbarkeit. Stückzahlen in beliebigen Größen können wesentlich schneller als bisher realisiert werden. Zum anderen besitzt Kunststoff eine außergewöhnliche Isolationsfestigkeit. Das bedeutet, dass der Einsatz in Umgebungen mit sehr hohen Stromstärken und -spannungen, zum Beispiel Elektromotoren oder Transformatoren, jetzt leichter möglich ist. Vom Prototyp zur Serie Abhängig von der Kunststoffmischung können Plastosens-Sensoren in einem Temperaturbereich von - 50 bis zu + 200 °C pro blemlos eingesetzt werden. Der Herstellungsprozess macht jedoch ein gewisses Umdenken im Vergleich zu herkömmlichen Temperaturfühlern nötig. Die erforderlichen Spritzgusswerkzeuge werden individuell gefertigt, wodurch die Anfangsinvestitionen höher als bei herkömmlichen Fühlern sind. Kunststoffsensoren sind deshalb nicht Alexander Dechant ist Produktingenieur Kunststoff bei der JUMO GmbH & Co. KG in Fulda

MESSE I SPS IPC DRIVES 2017 automatisch günstiger als vergleichbare Produkte aus Metall. Natürlich ist es konstruktionsbedingt auch schwierig, einzelne Musterexemplare zu produzieren. Jumo setzt deshalb eine moderne Software ein, in der beispielsweise das Ansprechverhalten und die Wärmeableit fähigkeit des geplanten Sensors unter Einbeziehung der Einbausituation bereits im Vorfeld simuliert werden können. Tests mit herkömmlichen Fühlern haben gezeigt, dass diese Software sehr gute Ergebnisse liefert. Für Montagetests und zur Beurteilung der Geometrie werden Muster im 3D- Druck hergestellt. Viele Branchen werden davon profitieren All das bedeutet aber auch, dass es sich bei Jumo Plastosens um keine „Produkte von der Stange“ handelt, sondern um individuelle Messtechnik, die in enger Zusammenarbeit mit den Kunden entwickelt wird. Der Prozess startet mit einer Machbarkeitsprüfung und einem Designvorschlag und führt über die Konstruktion und Simulation der Sensoren zum Bau der Werkzeuge. Nach einer Bemusterungsphase starten die Prüfungen, an deren Ende ein funktionsfähiger Prototyp und die Serienproduktion stehen. Plastosens-Temperaturfühler sind der erste Schritt auf einem Weg, der der Jumo-Unternehmensgruppe viele strategische Chancen eröffnet. Die Produkte können in verschiedensten Branchen eingesetzt werden, erste Kunden sind auf die neuen Möglichkeiten bereits aufmerksam geworden. Geprüft wird auch, ob andere Messgrößen wie z. B. Druck oder Analysenmesstechnik mit der neuen Technologie realisiert werden können. Computermodell möglicher Plastosens-Produkte (li.), Simulation eines Sensors zum Bau des erforderlichen Spritzgusswerkzeugs (re.) und das Resultat: Temperaturfühler mit zwei Kunststoffen unterschiedlicher Wärmeleitfähigkeit Aktuelle Ansätze aus der Praxis Ein Transformator ist ein denkbar schlechter Ort für einen Temperaturfühler aus Metall. Die Isolationsfestigkeit von maximal 2,5 kV reicht oft nicht aus, um den dort herrschenden Spannungsverhältnissen erfolgreich widerstehen zu können. Jumo hat daher einen Kunststoff-Fühler entwickelt, der eine Isolationsfestigkeit von 5 kV ausweist und bei einer Dauergebrauchstemperatur von 200 °C verwendbar ist. Solche Fühler können z. B. auch in Elektromotoren oder anderen „Hochspannungs“-Umgebungen eingesetzt werden. Ein weiteres Beispiel sind Einsteckfühler. Sehr raue Umgebungsbedingungen herschen auch in Motoren von Fahrzeugen oder Maschinen. Das größte Problem ist hier die Vibration. Bei herkömmlichen Fühlern ist es oft aufwändig, den Temperatursensor so im Fühlerrohr zu positionieren, dass er wirklich fest sitzt. Bei Jumo Plastosens wird der Sensor komplett in Kunststoff eingebettet. Für einen Kunden wird derzeit ein vibrationsfester Einsteckfühler für das Medium Öl entwickelt. Erste Tests haben gezeigt, dass das Produkt Kräften von bis zu 20 g problemlos widerstehen kann. Das ist eine beeindruckende Zahl, denn in den schnellsten Achterbahnen wirken maximal 6 g auf die Insassen ein. In Sterilisationsanwendungen sorgt die Kombination aus hohen Temperaturen, Feuchtigkeit und Druck für Sensorstress. Das Problem bei herkömmlichen Fühlern ist oft die Dichtigkeit. Auch hier kann die neue Methode die Lösung sein. Denn beim Spritzgussverfahren gehen die verwendeten Spezialkunststoffe eine stoffschlüssige Verbindung ein. Das ist besonders bei der kritischen Stelle des Kabelaustritts aus dem Fühler ein unschätzbarer Vorteil. Bilder: Jumo www.jumo.net Bestellen Sie bequem in unserem Online-Shop: www.fuehlersysteme.de Jetzt kostenlose Eintrittskarte anfordern! ( +49 911 37322-0 Messeneuheiten 2017 Entdecken Sie unsere Produktinnovationen auf der 28.11 -30.11.2017 Halle 4A, Stand 425 in Nürnberg Sensorik für die Industrieautomation robustes Aluminium Druckgussgehäuse EMV-Schutz beheizte Systeme mit wechselbarer Sensorik Analogausgang 0-10 V, 4-20 mA TCP/IP basierte BUS-Systeme (drahtgebunden /drahtlos) Modbus ® ,KNX ® ,BACnet ® FuehlerSysteme eNET International GmbH | Röthensteig 11 | 90408 Nürnberg | Tel +49 911 37322-0 | Fax +49 911 37322-111 NEU! Fuehler-Systeme.indd 1 26.10.2017 16:19:08 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2017 27

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