So hart im Nehmen sind optische Sensoren

Schmutz, Staub, hohe Temperaturen und weitere raue Umgebungsbedingungen einer Gießerei verlangen auch der Sensorik einiges ab. Auf einer Kühlstrecke für Gussbehälter hat ein Hersteller von Sphärogussteilen (Gusseisen mit Kugelgraphit) sukzessive die bestehende Sensortechnik durch eine Lösung mit optischen Sensoren ersetzt, weil nicht allein "robust" als Eigenschaft gefordert war.

Das Gienanth-Werk in Steyr (Österreich), ehemals SRL Gußwerk, fertigt Sphärogussteile für Nutzfahrzeuge. Zu den Kunden des Unternehmens gehören unter anderem die Lkw-Sparte von Daimler, der Landmaschinenhersteller John Deere und die ZF-Gruppe.

Für den Sphäroguss werden spezielle Behälter mit Sand gefüllt und dieser anschließend verdichtet, um eine Negativform zu erhalten. Nach dem Gießen und Abkühlen wird das Gussteil entnommen, der Sand aufbereitet und der Behälter erneut für den nächsten Guss vorbereitet.

"Das Abkühlen des Sphärogusses erfolgt über eine separate Kühlstrecke, eine Art Bahnhof, in der die Behälter auf verschiedenen kettenbetriebenen Rollenbahnen im Rundlauf transportiert und positioniert werden müssen. Zur Positionsabfrage der Gussbehälter und zur Transport-Koordination auf den insgesamt sechs Bahnen der Kühlstrecke benötigen wir besonders robuste und zuverlässige Sensorik", erklärt Christian Beran, Stellvertreter der Instandhaltung für die Betriebselektrik bei Gienanth. 

Anwendung unter erschwerten Bedingungen

Warum hier besonders robuste Sensoren gefragt sind, dürfte einleuchten, denn die Geräte sind auf der Kühlstrecke des Objekts nicht nur mitunter hohen Temperaturen ausgesetzt, sondern auch extremer Schmutz- und Staubbelastung.

Beim Thema hohe Zuverlässigkeit ließ die bisher eingesetzte Sensortechnik jedoch zu wünschen übrig, wie Beran berichtet: "Früher verwendeten wir zur Positionsabfrage der Gussbehälter herkömmliche induktive Näherungsschalter. Nach einem Anlagenumbau war deren Reichweite aber zu gering, denn wir benötigen nun zur Erfassung der Behälter mindestens eine Tastweite von rund 20 Zentimetern. Als Alternative entschieden wir uns zunächst für optische Sensoren, die aber aufgrund der teilweise reflektierenden Seitenwände der Gussbehälter Schwierigkeiten bei deren Erfassung bereiteten."

Robuster Sensor mit entscheidenden Eigenschaften

Auf einen Versuch kommt es bekanntlich immer an. Vor einigen Jahren empfahl daher ein Applikationsspezialist von IPF Electronic, die bestehenden Taster durch optische Sensoren der Serie OT43 auszutauschen. Somit wurden in einigen Bereichen innerhalb des Behälterbahnhofs die bisherigen Sensoren zunächst durch Geräte vom Typ OT430423 ersetzt.

Diese mit getakteten Rotlicht arbeitenden optischen Sensoren sind kompakt gebaut (Sender und Empfänger befinden sich in einem Gerät), verfügen über ein robustes Kunststoffgehäuse in IP67, eignen sich für den Einsatz in einem Temperaturbereich von -25 bis +65 Grad Celsius und bieten laut Hersteller eine Tastweite von 30 bis 500 Millimetern.

Von Vorteil für die Anwendung in der Gießerei war auch, dass der Sensor in der Lage ist, im Tastbereich Materialien unabhängig von ihrem Reflexionsgrad zu erkennen, was sowohl Farbe als auch Oberfläche des zu detektierenden Objektes anbetrifft.

Da die Empfängerelemente der optischen Taster die Objektposition bewerten, aus der das auftreffende Sendelicht reflektiert wird, ist eine Aussage möglich, ob sich ein Objekt im gewählten Erfassungs- beziehungsweise Schaltbereich befindet.

Voraussetzung hierfür ist, dass die Objektoberfläche, hier die Seitenwände der Gussbehälter, das auftreffende Senderlicht in hinreichend hohem Maß reflektieren. Die effektive Tastweite des OT430423 ist daher nicht vom zu detektierenden Objekt abhängig, sondern ausschließlich vom zuvor eingestellten Tastabstand.

Vor einigen Jahren wurden mit Beginn der Umrüstphase die ersten OT430423 installiert. Mittlerweile sind alle Altgeräte durch die optischen Taster von IPF ersetzt worden, denn Christian Beran ist überzeugt von den neuen Lösungen: "Diese Sensoren erweisen sich als besonders schmutzunempfindlich. Von Vorteil ist zudem ihre vergleichsweise große Tastweite, wobei wir die notwendige Reichweite von 200 Millimeter nach oben etwas großzügiger gewählt haben, um eine absolut sichere Erfassung der Gussbehälter zu gewährleisten."

Besonders wichtig sei aber nach Aussagen des Betriebselektrikers, dass sich die Taster für den Einsatz an unterschiedlich reflektierenden Materialien eignen: "Das ist ein immenser Pluspunkt, denn die Gussbehälter weisen unterschiedliche Reflexionseigenschaften auf. Solche Reflexionen, insbesondere an neuen Gussbehältern, die in die Anlage eingeschleust wurden, haben uns mit den vorherigen Geräten bei der Abfrage der Behälterposition immer wieder Probleme bereitet. Probleme, die wir nun nicht mehr haben", so Christian Beran.

IPF Electronic