W12-3 von Sick im Heavy Duty-Einsatz

Höchste Widerstandsfähigkeit plus zuverlässiges Detektionsverhalten plus Selbst- und Fernüberwachung als smarte Funktionalität nicht nur für Industrie 4.0 – die Heavy Duty-Sensoren der Produktfamilie W12-3 sind auf maximale Verfügbarkeit, Anlagenproduktivität und Zukunftssicherheit fokussiert. Der Begriff Heavy Duty umfasst dabei eine Vielzahl von Einsatzszenarien, in denen Standardsensoren auf Dauer nicht überlebensfähig sind. Starke mechanische Beanspruchungen durch Schläge oder Stöße sowie hochfrequente Vibrationen gehören ebenso zu den „Killer-Kriterien“ wie das temporäre oder dauerhafte Einwirken von Ölnebeln sowie Kühl- und Schmiermitteln auf das Gehäuse, die Frontscheibe und den Kabelanschluss von Sensoren. Auch häufiges Reinigen oder Desinfizieren wird für viele Standardsensoren zum Stressfaktor – ganz zu schweigen von Fremdlicht, hohen Temperaturen oder großen Temperaturschwankungen. Zudem können sich Staub, Abrieb und sonstige Partikel in der Umgebungsluft auf den Sensoren ablagern und so die Detektionsleistung beeinträchtigen. Gleichzeitig erschweren oftmals aber auch die Objekte selbst die Detektion: Transparenz, Glanz, unregelmäßige Geometrien, unterbrochene Oberflächen oder wechselnde Abstände erfordern in der Regel eine individuelle Auslegung der Erfassungseigenschaften. Die Produktfamilie W12-3 von Sick hat für all diese Anforderungen eine passende Lösung parat.

Deutlich mehr als eine Million Flaschen pro Tag werden in Spitzenzeiten in der Behälterglasproduktion einer Glashütte hergestellt. Das Detektieren und Zählen im High-Speed-Flaschenstrom ist jedoch nicht die einzige Herausforderung an die eingesetzten ClearSens-Glaslichtschranken WL12G-3, sondern auch die extrem rauen Einsatzbedingungen. Einerseits sorgen Flaschentemperaturen von über 600 °C in Verbindung mit Strahlungswärme dafür, dass den neben der Förderstrecke installierten Lichtschranken ordentlich heiß wird. Zum anderen müssen die Sensoren zugleich starken mechanischen Beanspruchungen, Rußpartikeln, Glasstaub, feinsten Ölpartikeln und Wasserdampf in der Luft sowie dem Einwirken chemischer Stoffe wie beispielsweise Salzsäure standhalten.

Als „Best-in-Glass“-Lösung bewährt sich die ClearSens-Glaslichtschranke WL12G-3 im Zusammenspiel mit einem Hochtemperatur-Reflektor SW50. Aufgrund ihres Metallgehäuses in Schutzarten bis IP 67 ist sie mechanisch sehr robust und beständig gegen eine Vielzahl aggressiver Medien. Die maximale Umgebungstemperatur im Betrieb ist auf sichere +60 °C spezifiziert. Tatsächlich beweist sie im Dauereinsatz in der Behälterglasproduktion – montiert hinter einem Wärmeschutzblech – eine Temperaturbeständigkeit von mehr als +80 °C. Mit einem spezifizierten Schaltabstand in dieser Applikation von zwei Metern gewährleistet die WL12G-3 ein sicheres, den Anwender überzeugendes Detektionsverhalten und bietet zugleich hohe Funktionsreserven, beispielsweise bei Belagbildung auf der Sensoroptik. Die Schaltfrequenz der Reflexions-Lichtschranke beträgt 1.500 Hertz – was ein zuverlässiges Detektieren und Zählen der hitzeumflimmerten Flaschen im Transportstrom gewährleistet. Hier kommt jetzt auch der Reflektor ins Spiel, denn an dessen Montageort auf der dem Sensor gegenüberliegenden Seite des Flaschenstroms herrschen ebenfalls hohe Temperaturen. Standardreflektoren aus Kunststoff würden bereits nach kurzer Zeit durch die intensive Wärmebestrahlung schmelzen und sich verformen. Diese Gefahr besteht bei den Hochtemperaturreflektoren SW50 von Sick nicht: mit ihrem in den eloxierten Aluminium-Montagerahmen eingesetzten Borosilikatglas widerstehen sie dauerhaft Temperaturen bis 300 °C.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel, in dem Standardsensoren an die Grenzen ihrer Überlebensfähigkeit kommen, ist die Detektion von 1.200 °C heißem Rundstangenmaterial in der Zuführung zu einer Warmpresse. Dieses muss zur weiteren Bearbeitung in gleichbleibend große Einzelstangen getrennt werden. Um Unterbrechungen im Produktionsprozess zu vermeiden, müssen diese mit hoher Genauigkeit erfasst werden. Sensorisch ist somit höchste Präzision gefordert – wobei der Sensor selbst bei einer Entfernung von einem halben Meter zum Objekt immer noch einer Dauerwärmestrahlung von etwa 50 °C ausgesetzt. In der direkten Umgebung des Werkstückes herrschen sogar bis zu 150 °C. Darüber hinaus ist das Einsatzumfeld der Sensorlösung durch das Auftreten von Wasser, Feuchtigkeit und Kühlemulsionen, durch hohe mechanische Beanspruchung und die starken elektromagnetischen Feldern der Induktionsheizelemente der Pressen gekennzeichnet.

Beste Detektionsergebnisse und Dauer-Standzeiten liefert die Systemlösung aus Laser-Lichtschranke WL12L im robusten, hochdruckfesten IP69k-Metallgehäuse und SW50-Hochtemperaturreflektor. Der Sensor in den unbedenklichen Laserschutzklassen 1 oder 2 überzeugt nicht nur durch hohe Reichweiten bis 18 Meter, besondere Funktionsreserven und eine extrem gute Fremdlichtsicherheit, sondern dank der Laser-LED auch durch eine ausgezeichnete Detektionsgenauigkeit – wie sie in dieser Applikation gefordert ist. So ist der Lichtfleck, den der Sensor auf dem Stangenmaterial erzeugt, nur etwa 0,8 Millimeter groß – gleichzeitig aber gut sichtbar und der Sensor dadurch gut ausrichtbar. Die Laserfleckgeometrie – sowie die bei einer maximalen Schaltfrequenz von 2.500 Hz sehr kurze Ansprechzeit – ermöglichen es, die Schnittstellen am Anfang und am Ende der Werkstücksektion sehr exakt zu detektieren. Hieraus resultieren im weiteren Bearbeitungsprozess sehr präzise Fertigungsschritte – Produktionsunterbrechungen und unnötiger Materialeinsatz werden zuverlässig vermieden. Durch die Montage hinter einem zusätzlichen Wärmeschutzblech kann die WL12L selbst im spezifizierten Temperaturbereich von +50 °C betrieben werden. Am Montageort des Reflektors hingegen herrschen deutlich höhere Temperaturen – denen dieser dauerhaft standhält.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel der WL12L in der Metallverarbeitung ist die Detektion von Platinen in Stanzmaschinen. Der Einsatz ist gekennzeichnet durch Erschütterungen, hochfrequente Vibrationen und Ölnebel. Für den Einsatz der Laser-Lichtschranke sprachen ihre hohe Robustheit sowie das schnelle und zugleich sehr präzise Detektionsverhalten – und damit die hohe Sensorverfügbarkeit.

Auch beim Abfüllen und Verpacken sind Heavy Duty-Applikationen keine Seltenheit. In der Flaschenabfüllung einer Brauerei müssen Sensoren nicht nur präzise detektieren und schnell zählen können, sondern auch mechanischen Einflüssen, Wärme, Dampf, Produktaustritt sowie Reinigungs- und Desinfektionsmedien standhalten. Die Glaslichtschranke WL12-G im robusten Zink-Druckguss-Gehäuse bietet in jeder Hinsicht die erforderliche Performance – die Version mit Teflon-beschichtetem Gehäuse erweitern das Spektrum der Medienbeständigkeit unter anderem auf eine Vielzahl von Säuren. Bei der Getränkeabfüllung in PET- oder Klarglasflaschen meistert der Sensor auch die Erfassung transparenter Objekte – und kann dabei zusätzliche wartungsrelevante Diagnose-Informationen bereitstellen.

Beim Verpacken von gefüllten Keksen müssen nicht nur die Anforderungen an die Beständigkeit und Reinigbarkeit der Sensoren erfüllt werden – die Bereiche der Backwaren mit und ohne Füllung unterscheiden sich von der Höhe her und beeinflussen die Detektion. In dieser Applikation kommt daher ein Lichttaster WTF12 zum Einsatz, dessen Vordergrundausblendung die Höhenunterschiede kompensiert und so jeden Keks zuverlässig erfasst.

Auch die zu detektierenden Objekte selbst können sensortechnische Herausforderungen bereithalten. So ist bei der Erfassung gewölbter, in engem Abstand transportierter Margarinebecher oder Flaschen mit Flüssig-Speisefetten in einer Rückstaustrecke der üblicherweise kleine Lichtfleck eines Lichttasters nicht immer von Vorteil. Befindet sich der Lichtfleck zufällig in der Lücke zwischen zwei Objekten, wird vom Sensor kein Schaltsignal generiert und der folgende Prozess – zum Beispiel das Greifen und Umsetzen in Sekundärverpackungen – nicht angesteuert . Die Lösung hierfür heißt WTB12-3 Linie. Im Betrieb ist der linienförmige Lichtfleck des Lichttasters mit Hintergrundausblendung in der Lage, solche Lücken zu überbrücken und dadurch die Gebinde sicher zu erkennen. Der gleicher Sensor kommt auch in einer Bäckerei zum Einsatz. Hier müssen Brötchen, Croissants und andere Gebäckstücke vor einer Waage zuverlässig erfasst werden – was mit einem kleinen Lichtfleck nicht immer zuverlässig möglich war. Die Linienoptik des WTB12-3 Linie hingegen detektiert die Teilchen zuverlässig – und dies in jeder Lage und bei jedem Bräunungsgrad.

Anspruchsvolle Einsatz- und Umfeldbedingungen erfordern – das zeigen die Einsatzbeispiele – je nach Branche und Applikation unterschiedliche Leistungsmerkmale. Ob Chemikalienresistenz, Temperaturbeständigkeit, Schock- und Vibrationsfestigkeit oder elektromagnetische Verträglichkeit – nicht immer reicht eine Heavy Duty-Eigenschaft aus. Oftmals ist erst die intelligente Kombination ideal. Viele Sensorlösungen – beispielsweise Laser-Lichtschranken oder Reflexions-Lichttaster mit Linienoptik – sind zudem in der Lage, besondere detektionstechnische Herausforderungen anzunehmen. Schließlich ist die Produktfamilie W12-3 dank IO-Link vorbereitet für Smart Sensor-Technologien, so dass die Sensoren beispielsweise von außen parametriert und im laufenden Betrieb überwacht werden können. Bestmögliche Widerstandsfähigkeit plus zuverlässige Objekterkennung plus Sensor-Intelligenz „on board“ – unter dem Strich sorgen die Heavy Duty-Sensoren für Sick für eine maximale Verfügbarkeit von Maschinen, Anlagen und Prozessen.