Weiterentwickelte Sensortechnologie: Intelligente Lösungen für die Positionserfassung von Pneumatikzylindern

Moderne Pneumatikzylinder sind kompakte, zuverlässige und kosteneffiziente Antriebe, die in einer Vielzahl von automatisierten Anlagen eingesetzt werden, z. B. in Maschinen, in der Materialhandhabung, in Fertigungsstraßen, in der Robotik und in medizinischen Geräten. OEMs, Integratoren und Endanwender haben oft Schwierigkeiten zuverlässig zu erkennen, ob ein Zylinder vollständig ausgefahren, vollständig eingefahren oder in einer Zwischenposition ist – alles wichtige Informationen, die vor der Einleitung der Maschinenbewegung benötigt werden.

Eine weit verbreitete Methode zur Erkennung der Zylinderposition ist die Verwendung von magnetisch betätigten Sensoren. Diese werden entweder mit Halterungen am Zylinder montiert oder in einen integrierten Schlitz am Zylinderkörper eingesetzt. Die Sensoren erfassen das Magnetfeld eines im beweglichen Kolben eingebetteten Magneten und tasten es durch die Aluminiumzylinderwand ab.

Die Wahl des Sensors hängt von Ihrer Anwendung und den spezifischen Daten ab, die Sie erfassen müssen.

Typen von Magnetsensoren

Reed-Schalter

Der Reed-Schalter ist einer der einfachsten und am häufigsten verwendeten Sensoren für das Ende des Hubs. Er besteht aus zwei flachen, ferromagnetischen Zungenelementen (aus Nickel und Eisen), die in einem Glasrohr versiegelt sind. Die hermetische Versiegelung schützt die Elemente vor Feuchtigkeit und verringert die Bildung kompakter Lichtbögen. Nähert sich ein auf die Schalterachse ausgerichteter Magnet, magnetisiert er die Reed-Elemente, so dass sie sich anziehen und den Stromkreis schließen.

AMR- und GMR-Sensoren

Die meisten Zylinderhersteller und OEMs verwenden heute anisotrope magnetoresistive (AMR) oder riesige magnetoresistive (GMR) Technologie. Beide Typen erkennen Änderungen des magnetischen Widerstands. Ein wesentlicher Vorteil ist ihre Kompatibilität mit axial magnetisierten Magneten und in einigen Fällen auch mit radial magnetisierten Magneten.

GMR-Sensoren sind in der Regel kleiner als AMR-Sensoren, bieten aber eine höhere Empfindlichkeit, Präzision und verbesserte Hysterese. Viele Modelle verfügen auch über einen eingebauten Schutz gegen Verpolung, Überlast und Kurzschluss.

Obwohl AMR- oder GMR-Sensoren anfangs etwas mehr kosten als Reed-Sensoren, ist der Unterschied minimal, insbesondere wenn man die Kosten für Ausfallzeiten aufgrund von Reed-Schalter-Ausfällen bedenkt. Im Gegensatz zu Zweidraht-Reed-Schaltern sind AMR- und GMR-Sensoren Dreidraht-Geräte ohne bewegliche Teile, was sie zu einer langlebigeren und zuverlässigeren Langzeitlösung macht.

Positionserkennungssensoren für C-Nuten und T-Nuten

Pneumatikzylinder haben in der Regel entweder eine C-Nut oder eine T-Nut, die in den Zylinderkörper integriert ist. Viele Sensoren sind mit passenden Gehäuseprofilen ausgestattet, so dass sie einfach montiert werden können – entweder indem sie von oben in die Nut fallen und mit einer Schraube befestigt werden oder indem sie vom Ende her eingeschoben werden, wenn keine Endplatte vorhanden ist.

Für Rund- oder Zugstangenzylinder sind Montagehalterungen erhältlich, die entweder C-Nut- oder T-Nut-Sensoren verwenden können. Dies ermöglicht es OEMs und Endanwendern, dieselben Sensoren für mehrere Anwendungen zu verwenden, wodurch die Anzahl der Teilenummern reduziert und die Lagerverwaltung vereinfacht wird.

Mehr Optionen für die Kolbenpositionierung und Sensorweiterentwicklungen

Heute gibt es mehr Optionen als je zuvor für die Erfassung der Kolbenposition in Pneumatikzylindern, einschließlich einer Vielzahl von Sensorgehäusen, die zu verschiedenen Zylinderprofilen passen. Einige bieten zwei Sensoren an - einen für die ausgefahrene und einen für die eingefahrene Position, die sich einen einzigen vierpoligen Anschluss teilen. Diese Magnetsensoren sind jetzt auch mit einer Schweißfeldfestigkeit für den Einsatz in rauen Schweißumgebungen erhältlich.

Auch die Sensortechnologie hat sich weiterentwickelt. Moderne Zylindersensoren können jetzt so programmiert werden, dass sie an bestimmten Punkten entlang des Kolbenhubs auslösen. Um einen Schaltpunkt zu setzen, bewegt der Benutzer einfach den Kolben in die gewünschte Position und drückt eine Taste. Dieser teachbare Sensor kann auch an IO-Link angeschlossen werden und ermöglicht so bis zu acht konfigurierbare Schaltpunkte für mehr Flexibilität in verschiedenen Anwendungen.

Im Laufe der Zeit haben sich viele Anwender aufgrund der höheren Ausfallrate von Reed-Schaltern abgewandt und sich stattdessen für mechanische oder induktive Sensoren zur Erfassung der Position von Pneumatikzylindern entschieden. AMR und GMR bieten eine bessere Alternative: Sie sind kleiner, schneller, einfacher zu integrieren und wesentlich zuverlässiger. Die jüngsten Fortschritte in der Sensortechnologie machen AMR- und GMR-Sensoren zur bevorzugten Lösung für die Erkennung der Zylinderposition.