Mikrowellen erfassen Kolbenposition in Pneumatikzylindern

Daraus resultiert ein Mehraufwand bei Montage und Installation. Ferner erfordern Wegmessungen eine Einschränkung der Zylinderlänge, weil nur Messsysteme in diskreten Längen verfügbar sind. Diesen Nachteilen will nun der Antriebs- und Automatisierungsspezialist Festo, Esslingen, ein Ende setzen.

Die Lösung sieht man in einem Mikrowellensensor. Er wird stirnseitig im Linearantrieb integriert, Kolbenposition und Geschwindigkeit werden über den gesamten Zylinderhub hinweg gemessen. Somit ermöglicht der Sensor eine längenunabhängige Wegmessung zur linearen Positionserfassung. Das ist laut Festo weltweit einmalig. Aufgrund der kontinuierlichen Positions- und Geschwindigkeitserfassung werden Vorteile beim Überwachen der Kolbenbewegung gesehen, die zu Verbesserungen bei der Fehlerdiagnose führen. Dazu trage auch der Wegfall der mechanischen Justage bei – mit dem Nebeneffekt, dass der Mikrowellensensor von außen nicht zugänglich sein müsse.

Die Wegmessung geschieht mit Mikrowellen im Frequenzbereich von 1 bis 24 GHz. Folglich nutzt Festo eine Messtechnik, die vom Prinzip her auch in der Telekommunikation und der Automobilindustrie zur Anwendung kommt: Von einer Antenne wird ein elektromagnetisches Signal in das Zylinderrohr gestrahlt, am Kolben reflektiert und von der Antenne wieder aufgenommen.Schließlich wird es mit einem eingekoppelten Signal verglichen, woraus die Weglänge des ausfahrenden Kolbens resultiert. Der Messbereich ist unbegrenzt. Er ergibt sich durch die Hublänge des Zylinders. In ersten Projekten wurde diese Messtechnik bei Zylindern mit bis zu 1500 mm Hublänge angewandt.

Bezogen auf die Wegmessung können damit Messwertaufnehmer wie Potentiometer und magnetostriktive Sensoren ersetzt werden. Ferner ermöglicht die Mikrowellenmessung, weitere Aufgaben zu übernehmen, zum Beispiel bei Handlinggeräten die Positionserfassung eines zu handhabenden Produkts über die Lage des Kolbens. Darüber hinaus ist aufgrund der unbegrenzten Hublänge die Bestimmung von Bauteildimensionen mit Zylindern möglich. Teuere Spezialsensoren würden überflüssig, so heißt es, zum Beispiel in der Automobilindustrie.

Im Karosserie-Rohbau entehen beim Schweißen starke elektromagnetische Felder, die herkömmliche Sensoren außer Gefecht setzen. Deshalb sind bei pneumatischen Spann- und Schweißzangen in der Regel Spezialsensoren und aufwändige Schutzmaßnahmen gegen Schweißspritzer und mechanische Zerstörung vorhanden. In diesem Bereich, der als eine Hauptanwendung angesehen wird, hat der Mikrowellensensor laut Festo ernorme Vorteile: Er ist immun gegen Magnetfelder, robust gegen Aufbacken von Schweißspritzern, reduziert Konstruktions- und Installationszeiten. Beliebige Zylinderlängen sind möglich.

Als weiterer großer Anwendungsbereich wurde die Lebensmittel- und Verpackungsindustrie ins Visier genommen. Für diesen Bereich hat man korrosionsfreie und reinigungsfreundliche Zylinder im Programm. Bei außen am Zylinder angebrachten Schaltern bestünde ein hygienisches Risiko, weil zusätzliche Ecken und Kanten als Schmutzfänger wirkten und sich schwer reinigen ließen, heißt es. In Edelstahlzylindern integriert, ist dagegen der Mikrowellensensor laut Festo bestens geschützt gegen aggressive Medien wie Fruchtsäuren, aber auch gegen Reinigungsmittel, die mit Druck auf die Komponenten gesprüht werden.