Für die harten Fälle

Für die harten Fälle
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In der jüngsten Generation seiner Dreieckmietenumsetzer setzt Backhus bei der Drehzahlüberwachung auf induktive Ganzmetallsensoren von Contrinex.
12.11.2014 | Ganzmetallsensoren arbeiten auch bei den tropischen Bedingungen in industriellen Kompostierern dauerhaft zuverlässig und trotzen Staub, Feuchtigkeit sowie Temperaturen um die 75 °C.

Bei der professionellen Kompostierung, Abfallaufbereitung und Bodensanierung kommt dem effizienten Umsetzen – dem Auflockern, Wenden und Belüften der organischen Materialien – eine wesentliche Bedeutung zu. Spezielle Geräte wie der Dreiecksmietenumsetzer der Eggersmann Anlagenbau BACKHUS GmbH (Backhus) übernehmen diese Bearbeitung und sorgen damit für eine schnelle Trocknung, den optimalen Verlauf der Verrottung und eine sichere Hygienisierung der Stoffe. Die Spezialgeräte setzen dabei in der Stunde zwischen 500 und 6.800 Kubikmeter Erde um.

 

In der neuesten Generation seiner Dreiecksmietenumsetzer, der 21er Serie, setzt Backhus zur Drehzahlüberwachung auf induktive Sensoren mit einem Ganzmetallgehäuse. Dabei zählt der Näherungsschalter die an ihm vorüberziehenden Zähne einer mechanischen Scheibe. Aus der Anzahl der Zähne pro Sekunde berechnet die Steuerung letztendlich die Drehzahl. Was sich einfach anhört, hat jedoch seine Tücken. Denn die Bedingungen, unter denen der Sensor einwandfrei funktionieren muss, sind hart. Neben permanenten Vibrationen und Erschütterungen ist der induktive Sensor dauerhaft Staub, Feuchtigkeit und Temperaturen von 70 bis 80 °C ausgesetzt. Darüber hinaus sitzt das Gerät im Rotor und damit an einer nur schwer zugänglichen Stelle in der Maschine. Der Sensor muss also sehr langlebig und wartungsarm sein, um zeitintensive Reparaturarbeiten zu vermeiden. „Als wir 2009/2010 die neue Serie entwickelten, war die Drehzahlüberwachung mittels Sensor eine neue Funktion, die es so bisher in unseren Umsetzern noch nicht gab. Wir brauchten daher einen Sensor, der bei den herrschenden Kompostierbedingungen dauerhaft zuverlässig funktioniert“, erklärt Jens Kröger, Teamleiter Elektrotechnik bei Backhus. Gemeinsam mit seinen Kollegen aus der mechanischen Konstruktion entschied er sich daher für Ganzmetallsensoren aus V4A vom Typ DW-LS-703-M12 des Schweizer Sensorikspezialisten Contrinex. „In der Bauform M12 war die Ganzmetallausführung damals etwas Besonderes. Einzig Contrinex konnte uns die gewünschten Sensoren zur Verfügung stellen“, erinnert sich Kröger. Er wählte die Sensorvariante mit Stecker, damit sich – sollte es doch einmal erforderlich sein – ein Austausch schnell bewerkstelligen ließe.

 

Gegenüber vergleichbaren induktiven Sensoren mit einer aktiven Fläche aus Kunststoff sind Ganzmetallsensoren deutlich robuster und vor allem langlebiger. Gefertigt aus einem einzigen Edelstahlstück besitzen sie weder Deckel noch Kappen oder Schweißnähte. Eine solide V4A-Edelstahlwand bildet die Aktorfläche und schützt die empfindliche Elektronik. Das einteilige Gehäuse mit einer Wandstärke von 0,5 bis 1 Millimeter gewährleistet eine Beständigkeit gegenüber Stößen sowie nahezu jeglicher Belastung durch Hitze, Schmutz, Gase oder Flüssigkeiten wie öl, Wasser, Reinigungsmittel.

Ohne Schwingkreis und Oszillatoren

Ohne Schwingkreis und Oszillatoren
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Der Rotor des Dreieckmietenumsetzers – in ihm sitzt der Sensor zur Drehzahlmessung.

Dafür, dass die Ganzmetallsensoren trotz ihres Gehäuses aus leitfähigem Metall verlustfrei arbeiten, sorgt das von Contrinex entwickelte Condet®-Verfahren. Es funktioniert prinzipiell wie ein gewöhnlicher Transformer und verzichtet auf Oszillatoren, Mehrspulensysteme oder stabil zu haltende Schwingkreise. Folgerichtig spielen Größen wie Schwingkreisgüte oder Vordämpfung keine Rolle. Darin besteht ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens, denn Energieverluste im Feld, wie sie beim konventionellen Sensor ausgewertet werden, unterliegen zahlreichen unerwünschten Umgebungs- und Materialeinflüssen. „Alles, was vom herkömmlichen Induktivverfahren geblieben ist, ist ein elektromagnetisches Wechselfeld mit all seinen Eigenschaften“, erklärt Norbert Matthes, Produktmanager Sensorik bei der Contrinex Sensor GmbH. Während des Sendestromimpulses dient die einfache Spule hinter der aktiven Fläche zunächst als Primärwicklung. Der Impuls erzeugt vor der Spule ein Magnetfeld und induziert im zu erfassenden leitfähigen Objekt eine Spannung wie in einer Sekundärwicklung. Es fließt ein Strom. Nach dem abrupten Abschalten des Sendestromimpulses verwandelt sich das zu detektierende Objekt in die Primärwicklung. Der Stromfluss klingt ab und induziert dadurch in der sensorseitigen Spule, die jetzt die Funktion der Sekundärwicklung übernimmt, eine Spannung, die von der Sensorelektronik ausgewertet wird. Dies geschieht verlustfrei und temperaturunabhängig. Die Zykluszeit, bestehend aus Sende-, Warte- und Empfangszeit, liegt beim Condet®-Verfahren im Bereich von 100 bis 200 µs. Dieser Frequenzbereich liegt etwa 20- bis 100-mal tiefer gegenüber herkömmlichen Näherungsschaltern. Interessanterweise steigt dadurch die Eindringtiefe des Magnetfeldes in leitfähige Materialien stark an. Sie kann beispielsweise in einem nichtmagnetischen Material mit relativ hohem spezifischem Widerstand wie Edelstahl Werte von ein bis zwei Millimetern erreichen. Dieser Effekt ist die Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit induktiver Näherungsschalter mit einem einteiligen Gehäuse und einer aktiven Fläche aus V4A wie den Ganzmetallsensoren der Serie 700 von Contrinex.

 

Dank ihrer Eigenschaften bietet sich der Einsatz von Condet®-Geräten überall dort an, wo herkömmliche induktive Näherungsschalter ausfallen – wie beispielsweise in den Dreiecksumsetzern der 21er Serie von Backhus. Sie arbeiten stabil bei Temperaturen von -25 bis +85 °C und eignen sich hervorragend für Anwendungen bei denen hohe Anforderungen an Druckfestigkeit, Dichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Temperaturwechselfestigkeit sowie Immunität gegenüber Erschütterungen, Schlag und Abrieb gefragt sind – egal ob diese einzeln oder in Kombination auftreten.

Dreifach erhöhte Schaltabstände

Dreifach erhöhte Schaltabstände
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Zähne zählen – der Ganzmetallsensor misst anhand der gezählten Zähne die Drehzahl des Umsetzerrotors.

Condet®-Näherungsschalter erfassen sowohl ferromagnetische als auch nicht ferromagnetische Metalle mit fast identischen Schaltabständen. So beträgt der Schaltabstand bei der Baugröße M12 und einem bündigen Einbau auf Stahl und Aluminium beispielsweise zwei Millimeter. Da die Abstände rund dreimal höher als die Norm und damit außergewöhnlich groß für Ganzmetallsensoren sind, können die Schalter weit entfernt von beweglichen Teilen montiert werden. Damit sind sie noch besser gegen mechanische Beschädigung geschützt. Zudem vereinfacht der große Maximalabstand die Einstellung bei der Montage, da er geringere Anforderungen an die Einbautoleranzen stellt. Für den um bis zu dreifach erhöhten Schaltabstand auf Buntmetalle wie Messing oder Aluminium sorgt der Reduktionsfaktor von nahezu 1 auf Nichteisenmetalle. Dieser Faktor beschreibt den Wert, um den sich der Schaltabstand verändert, wenn ein anderes Material als Stahl FE 370 detektiert wird. Da die Sensoren bereits in einem Metallgehäuse sitzen, hat selbst der bündige Einbau in Vollmetall keinen Einfluss auf ihre Funktion.

 

Für den Anwender bedeuten die hohen Schaltabstände einen weiteren Zusatznutzen: Er erzielt bereits mit einer kleineren Baugröße den gewünschten Erfolg. Damit kann er kompakter planen und bauen. überdies sind Condet®-Sensoren völlig unempfindlich gegen Kernbruch. Denn selbst, wenn der Ferritkern nur noch einen Zusammenhalt von Streusalz aufweist, beeinträchtigt dies die Funktionsfähigkeit der Geräte nicht. Induktive Ganzmetall-Näherungsschalter von Contrinex sind damit deutlich langlebiger als vergleichbare Standardsensoren: Sie halten unter gleichen Betriebsbedingungen mehrere Jahre und reduzieren die auf defekte Sensoren zurückzuführenden Anlagenstillstände um ein Vielfaches. Das bestätigt auch Jens Kröger: „Wir sind mit den Sensoren absolut zufrieden. Sie sind so langlebig wie erhofft und tragen mit ihren langen Standzeiten zu einer Senkung der Reparaturkosten bei.“

 

Die robusten induktiven Sensoren sind in zahlreichen Sensorvarianten und in den Baugrößen M8, M12, M18 und M30 erhältlich. Die Schaltabstände reichen von 3 Millimeter (M8, bündig eingebaut) bis hin zu 40 Millimeter (M30, nicht bündig eingebaut). Die chemisch beständigen Näherungsschalter verfügen neben der CE-Kennzeichnung auch über die Schutzklassen IP68 und IP69K, eine integrierte Ausgabestatus-LED sowie einen Kurzschluss-, Spannungsumkehr- und Induktionsüberlastschutz. Aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eignen sie sich neben dem Einsatz in Kompostieranlagen auch für den Einsatz in Meerwasseranwendungen und der Lebensmittelindustrie.

 

 

DW-LS-70#-M12 – die wichtigsten Eigenschaften auf einen Blick

  • Standardschaltabstand: 2 mm auf Stahl und Aluminium
  • extrem robust: einteiliges Edelstahlgehäuse, inklusive Stirnfläche, aus V4A
  • bündig einbaubar
  • Betriebsspannung: 10...30 VDC
  • Ausgangsstrom: 200 mA
  • Anzeige des gesicherten Schaltbereichs (LED an)
  • PNP- und NPN-Ausführung, Schließer und öffner
  • Anschluss über PUR-Kabel oder Stecker S12
  • Schutzart: IP68 & IP69K
  • Temperaturbereich: -25...+85 °C

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