Erschienen am: 01.03.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 3 2018

Induktive Näherungsschalter im Einbrennofen bei +200°C

Wenn es ungemütlich wird

Zugegeben, das Attribut 'Hart im Nehmen' ist bei technologischen Entwicklungen schon reichlich abgegriffen. Es trifft aber dennoch den Kern der Eigenschaften, wie der Einsatz von induktiven Näherungsschaltern bei einer Anlage für die kathodische Tauchlackierung zeigt, bei dem die Sensoren in einem Einbrennofen bei +200°C metallische Objekte abfragen.


Die induktiven Sensoren IN50C543 im Trockenofen der KTL-Anlage müssen extrem dicht sein, hohen Temperaturen standhalten und dürfen kein Silikon enthalten, weil sich Ausgasungen auf die beschichteten Teile niederschlagen und beim Einbrennen zu Fehlern in der Lackoberfläche führen können.
Bild: Ipf Electronic GmbH

Induktive Näherungsschalter arbeiten berührungslos und erfassen sämtliche Metalle, unabhängig davon, ob sie sich bewegen oder nicht. Vor allem zur präzisen Erfassung aller leitfähigen Metalle unter äußerst extremen Umgebungsbedingungen sind solche Geräte mit ihren hohen Schaltfrequenzen und -genauigkeiten zumeist die erste Wahl. Extrem in der Praxis bedeutet z. B. mechanische Belastungen, wie starke Vibrationen sowie abrupte Schläge oder Stöße, aber auch eine hohe Schmutz- und Staubbelastung. Hinzu kommen kann Feuchtigkeit, wobei vor allem Öle mit hohen Kriecheigenschaften und aggressive Medien wie etwa Laugen oder Säuren (z. B. in Galvaniken) induktiven Sensoren einiges abverlangen. Darüber hinaus empfehlen sich solche Lösungen für Einsatzbereiche, in denen eine hohe Druckbeständigkeit gefordert ist, oder aber für bestimmte Fertigungsverfahren, z. B. unter Einsatz von Schweißapparaturen. Zudem bieten sich die robusten Näherungsschalter für Umgebungen mit starken Temperaturschwankungen bzw. mit sehr hohen oder niedrigen Temperaturen an. Dennoch gibt es Anforderungen, die Lösungen von der Stange oftmals nicht mehr bewältigen können, wie das folgende Beispiel zeigt.

Einsatz im Einbrennofen

In einer Anlage für die kathodische Tauchlackierung (KTL) möchte ein führender Automobilhersteller mit induktiven Näherungsschaltern in einem Einbrennofen metallische Objekte abfragen, u.a. die Position eines Hubgestells, über das die Bauteile in den Ofen befördert werden. Da sich systemtechnisch zwischen der KTL-Anlage und dem Trockenofen keine Spül- sowie Abtropfstation integrieren lässt, gelangen die beschichteten Teile über eine Hängebahn direkt in den Ofen. Dort verdampft beim Einfahren der überschüssige Lack an den Werkstücken schlagartig, sammelt sich als Kondensat an der Ofenhaube und tropft dann auf den Ofenboden. Das Kondensat im Einbrennofen hat wesentlich höhere Kriecheigenschaften als Wasser, daher müssen die induktiven Sensoren extrem dicht sein und darüber hinaus den sehr hohen Temperaturen von knapp über +200°C im Trockenofen standhalten. Darüber hinaus dürfen die Näherungsschalter kein Silikon enthalten, weil sich die Ausgasungen dieses Materials auf die beschichteten Teile niederschlagen und beim Einbrennen zu Fehlern in der Lackoberfläche führen können.

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Absolut dicht bis +230°C

Da für diese Anwendung keine Standardlösung in Frage kam, entwickelte ipf electronic den IN50C543, einen vollständig Silikon-freien induktiven Näherungsschalter, der aufgrund der Schutzklasse IP68 nicht nur sicher das Eindringen des Kondensats verhindert, sondern außerdem durch seine Temperaturbeständigkeit bis maximal +230°C auch den hohen Ofentemperaturen Paroli bietet. Selbst bei einem Temperaturwechsel, z. B. wenn der Einbrennofen während einer Inspektion geöffnet wird, bleibt der Sensor dicht. Aufgrund des erforderlichen Tastabstandes von bis zu 25mm im Trockenofen verfügt der Sensor über eine zylindrische Bauform mit M50-Gewinde. Das Gehäuse des für den nicht-bündigen Einbau konzipierten Sensors besteht aus Edelstahl 1.4305, die aktive Fläche aus Vectra. Für die spezielle Kundenanwendung wurde das Sensorsystem zweitteilig ausgeführt, wobei sich der Sensorkopf an der Abfrageposition, also im Ofeninneren, und die Auswerteeinheit außerhalb des Einbrennofens befindet. Bei dieser Systemvariante ist der Verstärker in einem Metallgehäuse integriert. Entgegen herkömmlichen Ausführungen mit fixer Leitungslänge zwischen Sensorkopf und Verstärker, verfügt die Lösung über eine variable Leitungslänge, die noch während der Montage sowie Installation vor Ort angepasst werden kann.

Austausch durch steckbares System

Im Pflichtenheft des Automobilherstellers zu den speziellen Eigenschaften des gewünschten Sensors standen jedoch nicht nur eine hohe Temperaturbeständigkeit, absolute Dichtigkeit und der Verzicht auf Silikon bei den Gerätematerialien, sondern auch ein schneller Austausch des Sensors im Falle von mechanischen Beschädigungen. Daher wurde ein steckbares System realisiert, das trotzdem eine hohe Dichtigkeit gewährleistet. 34 induktive Sensoren erfassen nun in dem rund 40m langen Trockenofen berührungslos metallische Objekte.

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