Wegsensoren erfassen die Position, Verschiebung oder Hubbewegung eines Maschinenteils. Sie werden beispielsweise an Pressen, Prüfständen, Ventilen, Spannvorrichtungen, Linearantrieben und Sondermaschinen eingesetzt. Je nach Anwendung reicht der benötigte Messweg von wenigen Zehntelmillimetern bis zu mehreren Metern.
Bei der Auswahl wird häufig zuerst auf den maximalen Messweg geschaut. Dieser Wert allein reicht jedoch nicht aus. Ebenso wichtig sind die mechanische Kopplung, die Linearität, die Wiederholbarkeit, die Schutzart, die Umgebungsbedingungen und das zur Steuerung passende Ausgangssignal.
Ein Sensor kann den benötigten Wegbereich vollständig abdecken und trotzdem ungeeignet sein, wenn sein Taststift durch Querkräfte belastet wird, die Schutzart nicht zur Maschine passt oder das Ausgangssignal über eine lange Leitung störanfällig übertragen wird. Die Wegmessung muss deshalb als vollständige Messkette aus Mechanik, Sensor, Verkabelung und Auswertung betrachtet werden.
Inhaltsverzeichnis
- Welche Wegmessaufgabe liegt vor?
- Welche Messprinzipien stehen zur Verfügung?
- Messweg und mechanische Reserve richtig auslegen
- Linearität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit unterscheiden
- Wegsensor oder Messtaster?
- Mechanische Kopplung und Achsflucht
- Schutzart und Umgebungsbedingungen
- 0–10 V, 4–20 mA oder digitales Signal?
- Wegsensor an eine SPS anschließen
- Dynamik, Reaktionszeit und Abtastrate
- Kalibrierung und Prüfung der Messkette
- Praxisbeispiel an einer hydraulischen Presse
- Wichtige Auswahlkriterien
- Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Welche Wegmessaufgabe liegt vor?
Vor der Auswahl des Sensors muss festgelegt werden, welche Bewegung tatsächlich gemessen werden soll. Eine langsame Hubbewegung an einem Pressenzylinder stellt andere Anforderungen als die schnelle Positionserfassung an einem Prüfstand oder die Kontrolle eines kleinen Ventilhubs.
Zu unterscheiden sind insbesondere:
- absolute Position eines bewegten Bauteils,
- relative Verschiebung zwischen zwei Komponenten,
- Hub eines Zylinders oder Linearantriebs,
- Dicke, Höhe oder Abstand eines Werkstücks,
- Position eines Schlittens oder Maschinentisches,
- Ventil-, Feder- oder Stößelbewegung,
- langsame Verformung oder schneller Schwingweg.
Auch die Richtung der Bewegung ist wichtig. Viele Wegsensoren messen linear entlang einer Achse. Wird eine Dreh- oder Schwenkbewegung über ein Gestänge in einen linearen Weg umgewandelt, können sich Übersetzungsverhältnis und Messrichtung über den Bewegungsbereich verändern.
Die Einbausituation sollte daher möglichst früh konstruktiv betrachtet werden. Der Sensor sollte die gesuchte Bewegung direkt erfassen und nicht unnötig viele Gelenke, Hebel oder elastische Zwischenteile einbeziehen.
Welche Messprinzipien stehen zur Verfügung?
Für industrielle Wegmessungen stehen unterschiedliche Messprinzipien zur Verfügung. Sie unterscheiden sich bei Messweg, Baugröße, Verschleiß, Dynamik und Ausgangssignal.
| Messprinzip | Typische Eigenschaften | Geeignete Anwendungen |
|---|---|---|
| Induktiver Wegsensor | Berührungslose elektrische Erfassung der Kernposition, hohe Wiederholbarkeit, externe oder integrierte Elektronik | Prüfstände, Ventilhub, Maschinenbau und Messtaster |
| Potentiometrischer Wegaufnehmer | Direktes Widerstandssignal, einfache Auswertung, mechanisch kontaktierendes Messelement | Allgemeiner Maschinenbau und mittlere Messwege |
| Magnetostriktiver Positionssensor | Absolute und verschleißfreie Positionserfassung, auch für größere Hübe | Hydraulikzylinder, Pressen und Automatisierung |
| Wegseilsensor | Lange Messwege bei kompakter Sensoreinheit, flexible räumliche Anordnung | Hubwerke, Fahrzeugtechnik, Teleskopsysteme und große Maschinenwege |
| Optischer Maßstab | Hohe Auflösung und Genauigkeit, empfindlicher gegenüber Verschmutzung und Montagefehlern | Präzisionsachsen, Messtische und Werkzeugmaschinen |
| Wirbelstrom- oder kapazitiver Sensor | Berührungslose Messung sehr kleiner Abstände und Schwingwege | Spaltmessung, Planlauf und dynamische Verformung |
Ein induktiver Wegsensor ist besonders interessant, wenn kleine bis mittlere Wege wiederholbar und verschleißarm gemessen werden sollen. Der bewegliche Kern wird dabei ohne elektrischen Schleifkontakt erfasst. Bei Ausführungen ohne integrierte Elektronik wird zusätzlich ein geeigneter Trägerfrequenzverstärker beziehungsweise Demodulator benötigt.
Ein Wegseilsensor eignet sich dagegen für größere Bewegungen, wenn ein langer starrer Sensor konstruktiv nicht untergebracht werden kann. Das Messseil wird mit dem bewegten Bauteil verbunden und auf einer federbelasteten Trommel geführt.
Messweg und mechanische Reserve richtig auslegen
Der angegebene Messweg beschreibt den Bereich, innerhalb dessen der Sensor seine spezifizierten Messwerte liefert. Der normale Maschinenhub sollte diesen Bereich nicht vollständig ausnutzen.
Am Anfang und Ende des Hubs ist eine mechanische Reserve sinnvoll. Sie berücksichtigt Einstelltoleranzen, thermische Ausdehnung, Spiel, mögliche Endlagenabweichungen und kurzzeitige Überfahrbewegungen. Für viele Anwendungen ist eine Reserve von etwa 10 bis 20 Prozent gegenüber dem normalen Nutzhub zweckmäßig.
Bei einem Maschinenhub von 100 mm sollte daher nicht automatisch ein Sensor mit exakt 100 mm Messweg gewählt werden. Ein Messbereich von beispielsweise 120 mm kann geeigneter sein, sofern die dadurch veränderte Auflösung und Baugröße weiterhin zur Aufgabe passen.
Eine zu große Reserve ist ebenfalls ungünstig. Wird bei einem Sensor mit 500 mm Messweg tatsächlich nur ein Hub von 50 mm genutzt, werden lediglich 10 Prozent des elektrischen Ausgangsbereichs verwendet. Dadurch verschlechtern sich die praktisch nutzbare Auflösung und die relative Unsicherheit der gesamten Messkette.
Der Sensor darf außerdem nicht als mechanischer Endanschlag dienen. Die Maschine benötigt eigene Anschläge oder eine geeignete Endlagenbegrenzung, damit der Wegaufnehmer bei einer Fehlfunktion nicht überfahren und beschädigt wird.
Linearität, Genauigkeit und Wiederholbarkeit unterscheiden
Die technischen Kennwerte eines Wegsensors werden häufig miteinander verwechselt. Besonders Linearität, Wiederholbarkeit, Auflösung und Gesamtgenauigkeit beschreiben unterschiedliche Eigenschaften.
Linearität
Die Linearitätsabweichung beschreibt, wie stark die tatsächliche Ausgangskennlinie von einer idealen Geraden abweicht. Bei einem Sensor mit 100 mm Messweg und einer Linearitätsabweichung von ±0,25 Prozent des Messbereichs kann der allein daraus resultierende Fehler bis zu ±0,25 mm betragen.
Die Linearitätsangabe ist normalerweise auf den vollständigen spezifizierten Messweg bezogen. Sie sagt nicht aus, dass jeder einzelne Messwert auf 0,25 Prozent seines momentanen Werts genau ist.
Wiederholbarkeit
Die Wiederholbarkeit beschreibt, wie eng aufeinanderfolgende Messwerte beieinanderliegen, wenn dieselbe Position unter vergleichbaren Bedingungen mehrfach angefahren wird. Für Sortier-, Positionier- oder Prüfaufgaben kann eine gute Wiederholbarkeit wichtiger sein als die absolute Genauigkeit.
Ein Sensor kann eine Position sehr wiederholbar erkennen und trotzdem einen konstanten Nullpunkt- oder Skalierungsfehler besitzen. Dieser Fehler lässt sich durch Justage oder Kalibrierung korrigieren, während eine schlechte Wiederholbarkeit schwerer auszugleichen ist.
Auflösung
Die Auflösung ist die kleinste Änderung, die vom Sensor und der nachgeschalteten Elektronik noch unterschieden werden kann. Bei einem analogen Sensor wird sie nicht nur vom Sensorelement, sondern auch von Rauschen, Messverstärker und Auflösung des SPS-Analogeingangs bestimmt.
Gesamtgenauigkeit
Zur tatsächlichen Messabweichung tragen neben der Linearität weitere Einflüsse bei:
- Nullpunkt- und Empfindlichkeitsabweichung,
- Temperaturdrift,
- Hysterese und Wiederholbarkeit,
- Mechanikspiel und Fluchtungsfehler,
- Auflösung des Analogeingangs,
- elektrische Störungen und Spannungsabfälle,
- Fehler bei Skalierung und Kalibrierung.
Die erforderliche Genauigkeit sollte deshalb für die komplette Anwendung festgelegt werden. Eine sehr hohe Sensorgenauigkeit bringt wenig, wenn die mechanische Ankopplung deutlich größeres Spiel besitzt.
Wegsensor oder Messtaster?
Ein Wegaufnehmer wird üblicherweise fest mit dem bewegten Bauteil gekoppelt. Ein Messtaster besitzt dagegen einen federnd geführten Taststift, der auf eine Oberfläche aufgesetzt wird. Dadurch lassen sich beispielsweise Werkstückhöhe, Bauteildicke, Rundlauf oder Montageposition kontrollieren.
Der Messtaster eignet sich besonders für wiederkehrende Prüfbewegungen. Er benötigt jedoch eine geeignete Tastkraft und einen zur Oberfläche passenden Messeinsatz. Eine zu hohe Tastkraft kann dünne oder weiche Bauteile verformen. Eine zu geringe Kraft kann dazu führen, dass der Taststift bei Vibrationen den Kontakt verliert.
Der Taststift muss axial bewegt werden. Seitliche Belastungen können die Führung verschleißen, die Reibung erhöhen oder Messfehler verursachen. Bei automatischen Prüfstationen sollte das Werkstück deshalb so geführt werden, dass es nicht seitlich gegen den Taster fährt.
Auch die Rückfahrbewegung ist zu beachten. Der Messhub des Tasters ist nicht automatisch identisch mit seinem gesamten mechanischen Federweg. Die zulässigen Grenzwerte der konkreten Ausführung dürfen nicht überschritten werden.
Mechanische Kopplung und Achsflucht
Die mechanische Verbindung zwischen Sensor und bewegtem Bauteil ist eine häufige Fehlerquelle. Der Sensor muss die Bewegung aufnehmen können, ohne durch Querkräfte, Verkanten oder Verspannung belastet zu werden.
Bei einem stangenförmigen Wegaufnehmer sollten Sensorachse und Bewegungsachse möglichst fluchten. Kleine Winkeländerungen können je nach Bauform durch Kugelgelenke oder Gelenkköpfe ausgeglichen werden. Ein Gelenk korrigiert jedoch keinen dauerhaft seitlich versetzten Einbau.
Bei einer starren Verbindung kann bereits ein geringer Parallelitätsfehler dazu führen, dass die Kolbenstange oder der Sensorkern seitlich belastet wird. Mögliche Folgen sind erhöhte Reibung, Hysterese, mechanischer Verschleiß und eine verschobene Kennlinie.
Die Befestigung muss zudem ausreichend steif sein. Dünne Haltewinkel oder lange Adapter können sich unter Beschleunigung, Vibration oder Prozesskraft verformen. Der Sensor misst dann nicht nur den Maschinenweg, sondern zusätzlich die Bewegung seiner eigenen Halterung.
Bei Wegseilsensoren muss das Seil möglichst geradlinig aus dem Sensorgehäuse geführt werden. Seitlicher Zug kann Seilführung und Trommel belasten. Werden Umlenkrollen benötigt, müssen deren Durchmesser und Ausrichtung zum verwendeten Seil passen.
Schutzart und Umgebungsbedingungen
Die Schutzart gibt an, wie das Sensorgehäuse gegen Fremdkörper, Staub und Wasser geschützt ist. Eine hohe IP-Schutzart ist besonders an Werkzeugmaschinen, mobilen Anlagen, Pressen und in verschmutzten Produktionsbereichen wichtig.
Die benötigte Schutzart hängt von der tatsächlichen Belastung ab:
| Umgebung | Typische Belastung | Wichtige Sensoreigenschaften |
|---|---|---|
| Schaltschranknaher Prüfstand | Geringe Staub- und Feuchtebelastung | Grundlegender Berührungs- und Staubschutz kann ausreichen |
| Allgemeiner Maschinenbau | Staub, Spritzwasser und gelegentliche Reinigung | Häufig IP65 oder IP66 |
| Werkzeugmaschine | Kühlmittel, Späne, Ölnebel und starke Verschmutzung | Robustes Gehäuse, geeignete Dichtungen und geschützter Kabelanschluss |
| Außenbereich oder mobile Maschine | Regen, Schmutz, Kondensation, Vibration und Temperaturwechsel | Hohe Schutzart, korrosionsbeständige Werkstoffe und vibrationsfeste Anschlüsse |
| Temporäres Untertauchen | Direkte Wasserbelastung | Geeignete IP67- oder IP68-Ausführung nach den konkreten Herstellerbedingungen |
Eine hohe Schutzart gilt nur für das vollständig montierte System. Ein Sensor mit IP67 kann seine Schutzwirkung verlieren, wenn ein ungeeigneter Gegenstecker, eine nicht angezogene Kabelverschraubung oder ein beschädigtes Kabel verwendet wird.
Neben Feuchtigkeit müssen Temperatur, Vibration, Schock, aggressive Medien und elektromagnetische Störungen berücksichtigt werden. Bei starken Temperaturschwankungen können sich Sensor, Halterung und Maschine unterschiedlich ausdehnen. Diese mechanische Veränderung kann als scheinbare Wegänderung in das Messergebnis eingehen.
0–10 V, 4–20 mA oder digitales Signal?
Das Ausgangssignal muss zur Steuerung, Leitungslänge, Störumgebung und benötigten Auflösung passen.
0–10 V
Ein Spannungssignal lässt sich einfach an viele SPS-Analogeingänge anschließen. Es eignet sich besonders für kurze Leitungswege und gut kontrollierte industrielle Umgebungen.
Spannungsabfälle, Massepotenzialunterschiede und eingekoppelte Störungen können den Messwert beeinflussen. Die Signalmasse und Versorgung müssen deshalb entsprechend dem Anschlussplan geführt werden.
4–20 mA
Das Stromsignal ist für längere Leitungswege und störbelastete Industrieumgebungen häufig die robustere Lösung. Der gleiche Strom fließt durch die gesamte Reihenschaltung, sodass Leitungswiderstände innerhalb der zulässigen Bürde den Messwert nicht direkt verändern.
Der Bereich unterhalb von 4 mA kann zusätzlich zur Erkennung bestimmter Leitungs- oder Gerätefehler genutzt werden. Voraussetzung ist, dass Sensor und Auswertung ein entsprechendes Fehlerverhalten unterstützen.
Digitale Schnittstellen
Digitale Systeme wie SSI, CANopen oder IO-Link übertragen den Positionswert ohne zusätzliche analoge Skalierung. Je nach Schnittstelle können zusätzlich Status-, Diagnose- oder Parametrierdaten verfügbar sein.
Die digitale Übertragung ist jedoch nicht automatisch für jede Maschine die beste Lösung. Steuerung, Zykluszeit, Leitungslänge, Busstruktur und Softwareaufwand müssen zur Anwendung passen.
Unverstärktes Sensorsignal
Induktive Wegsensoren ohne integrierte Elektronik liefern häufig ein Signal, das durch eine externe Elektronik gespeist, demoduliert und verstärkt werden muss. Diese Lösung erlaubt eine flexible Anpassung und kann bei hohen Temperaturen vorteilhaft sein, weil die empfindliche Elektronik vom Messort entfernt montiert wird.
Wegsensor an eine SPS anschließen
Bei der SPS-Anbindung müssen Versorgung, Signalart, Eingangskonfiguration und Skalierung zusammenpassen. Ein 4–20-mA-Sensor benötigt je nach Ausführung eine aktive oder passive Stromschleife. Ein 0–10-V-Sensor benötigt einen Spannungseingang mit gemeinsamer beziehungsweise korrekt referenzierter Signalmasse.
Für eine lineare Skalierung gilt:
Position = (Messsignal − Signal bei Messbereichsanfang) / Signalspanne × Messweg
Bei einem Wegsensor mit 0 bis 250 mm und einem Ausgang von 4 bis 20 mA entsprechen:
- 4 mA = 0 mm
- 12 mA = 125 mm
- 20 mA = 250 mm
Die SPS-Rohwerte müssen entsprechend der Auflösung des verwendeten Analogeingangs umgerechnet werden. Zusätzlich sollte geprüft werden, wie die Steuerung Werte unterhalb von 4 mA, oberhalb von 20 mA und einen Leitungsbruch behandelt.
Signalkabel sollten getrennt von Motor-, Frequenzumrichter- und Heizleitungen verlegt werden. Schirmung, Erdung und Potenzialausgleich müssen nach dem Anschlusskonzept der Anlage ausgeführt werden. Mehrfach oder ungünstig aufgelegte Schirme können Ausgleichsströme und zusätzliche Störungen verursachen.
Dynamik, Reaktionszeit und Abtastrate
Bei einer langsamen Positionierung reicht häufig eine moderate Reaktionsgeschwindigkeit. Soll ein schneller Pressenhub, eine Schwingbewegung oder ein kurzzeitiger Wegsprung erfasst werden, müssen Sensorbandbreite, Messverstärker und Abtastrate gemeinsam betrachtet werden.
Eine hohe SPS-Abtastrate verbessert das Ergebnis nicht, wenn der Wegsensor oder Messverstärker das Signal zuvor stark filtert. Umgekehrt kann ein schneller Sensor keine kurzen Bewegungen dokumentieren, wenn die Steuerung den Analogwert nur in großen Zeitabständen einliest.
Auch der mechanische Aufbau begrenzt die Dynamik. Eine lange, elastische Koppelstange oder ein schwingender Halter kann Resonanzen erzeugen. Bei Messtastern kann der Taststift bei zu hoher Beschleunigung kurzzeitig den Kontakt zur Oberfläche verlieren.
Für dynamische Anwendungen sollten daher mindestens folgende Punkte festgelegt werden:
- maximale Verfahrgeschwindigkeit,
- maximale Beschleunigung,
- kürzeste relevante Bewegungsdauer,
- erforderliche Sensorbandbreite,
- Filtereinstellung der Auswertung,
- Abtastrate und Speicherintervall.
Kalibrierung und Prüfung der Messkette
Bei der Kalibrierung wird die Anzeige des Wegsensors mit bekannten Referenzpositionen verglichen. Abhängig von Messweg und Genauigkeitsanforderung können Messschieber, Messuhren, Endmaße, Präzisionsmaßstäbe, Koordinatenmessgeräte oder Laserinterferometer eingesetzt werden.
Die Prüfung sollte mehrere Punkte über den gesamten genutzten Messweg umfassen. Sinnvoll sind Messungen in aufsteigender und absteigender Richtung, damit Hysterese, Spiel und Rücklaufeffekte sichtbar werden.
Bei einem Sensor mit integriertem 4–20-mA-Ausgang sind zwei unterschiedliche Prüfungen möglich:
- Mechanische Prüfung des Sensors mit definierten Referenzwegen
- Elektrische Prüfung der SPS-Skalierung durch Simulation des Stromsignals
Mit dem Druck UPS4E Stromschleifen-Kalibrator kann ein definiertes 4–20-mA-Signal ausgegeben und der nachgeschaltete SPS- oder Anzeigeeingang geprüft werden. Dadurch lassen sich Verdrahtung, Skalierung und Analogeingang kontrollieren. Die mechanische Funktion und Linearität des Wegsensors werden durch diese Signalsimulation nicht geprüft.
Für hohe Genauigkeitsanforderungen kann eine Prüfung im eingebauten Zustand sinnvoll sein. Dadurch werden auch Halterung, Kopplung, Kabel und reale Auswertung in die Bewertung einbezogen.
Praxisbeispiel: Hubmessung an einer hydraulischen Presse
Der Hub einer hydraulischen Presse soll über einen Bereich von 0 bis 250 mm erfasst werden. Der Sensor wird an der festen Maschinenstruktur montiert und über ein Gelenk mit dem bewegten Pressenstößel verbunden. Das Ausgangssignal beträgt 4–20 mA.
Während eines Pressvorgangs befindet sich der Stößel bei 140 mm. Der erwartete Ausgangsstrom beträgt:
4 mA + (140 mm / 250 mm × 16 mA) = 12,96 mA
Die SPS zeigt bei diesem Strom jedoch 145 mm an. Zur Fehlersuche wird zunächst der Sensor elektrisch getrennt und mit einem Stromschleifen-Kalibrator ein Signal von 12,96 mA simuliert.
Zeigt die SPS weiterhin 145 mm an, liegt der Fehler in der Skalierung oder im Analogeingang. Zeigt sie dagegen korrekt 140 mm an, müssen Wegsensor, mechanische Kopplung und Sensorkalibrierung geprüft werden.
Bei der mechanischen Kontrolle wird festgestellt, dass die Sensorhalterung unter Last leicht nachgibt. Die Bewegung der Halterung wird vom Wegsensor zusätzlich zum tatsächlichen Pressenhub erfasst. Nach dem Einbau einer steiferen Halterung stimmen die Messwerte innerhalb der geforderten Toleranz.
Das Beispiel zeigt, dass eine Abweichung nicht automatisch durch den Sensor verursacht wird. Mechanik, Ausgangssignal und SPS-Auswertung müssen getrennt geprüft werden.
Wichtige Auswahlkriterien
Für die Auswahl eines Wegsensors sind insbesondere folgende Angaben erforderlich:
- minimaler, normaler und maximaler Messweg,
- erforderliche mechanische Reserve,
- absolute Position oder relative Wegänderung,
- gewünschte Genauigkeit, Auflösung und Wiederholbarkeit,
- Verfahrgeschwindigkeit und Dynamik,
- verfügbarer axialer und radialer Einbauraum,
- Art der mechanischen Kopplung,
- mögliche Querkräfte und Winkelbewegungen,
- Temperatur, Feuchtigkeit, Staub und Flüssigkeitsbelastung,
- Vibration und Schockbelastung,
- gewünschte Schutzart,
- Ausgangssignal oder digitale Schnittstelle,
- Versorgungsspannung und Leitungslänge,
- gewünschte Kalibrierung oder Prüfbescheinigung.
Die endgültige Ausführung sollte auf die tatsächliche Maschine abgestimmt werden. Dies gilt besonders bei aggressiven Medien, explosionsgefährdeten Bereichen, hohen Temperaturen und sicherheitsrelevanten Positionserfassungen.
Welche Messgeräte / Produkte eignen sich?
Induktive Wegaufnehmer und Messtaster
Die Kategorie Wegaufnehmer / Wegsensoren / Taster umfasst unterschiedliche induktive Sensoren, Miniatur-Wegaufnehmer und Wegseilsensoren für Maschinenbau, Prüfstände und Automatisierung.
Die verfügbaren Ausführungen unterscheiden sich unter anderem bei Messweg, Gehäusedurchmesser, integrierter beziehungsweise externer Elektronik, Schutzart und Genauigkeit.
ISM40 induktiver Wegaufnehmer
Der ISM40 ist ein universell einsetzbarer induktiver Wegaufnehmer mit integrierter Elektronik. Er ist für Messwege bis 200 mm erhältlich und kann auch als Taster ausgeführt werden.
Mit Schutzart IP66 eignet sich die Baureihe für industrielle Maschinenumgebungen, in denen Staub und Strahlwasser berücksichtigt werden müssen. Die Auswahl der konkreten Ausführung erfolgt passend zu Messweg, Genauigkeit und gewünschtem Ausgangssignal.
ISM34 Miniatur-Wegaufnehmer
Der ISM34 verbindet eine kompakte Bauform mit integrierter Elektronik. Der Gehäusedurchmesser beträgt etwa 10 mm, während Messwege bis 20 mm verfügbar sind.
Die Miniaturausführung eignet sich besonders für enge Einbauräume, kleine Prüfstände, Montagevorrichtungen und kompakte Maschinenmodule.
ISM21 und ISM26 mit externer Elektronik
Der ISM21 deckt Messwege bis 20 mm ab und ist auch als Taster verfügbar. Für größere Wege steht der ISM26 mit Messwegen bis 200 mm zur Verfügung. Beide Baureihen arbeiten mit externer Elektronik und sind je nach Ausführung bis IP68 geschützt.
Die räumliche Trennung von Sensor und Elektronik kann sinnvoll sein, wenn am Messort wenig Platz vorhanden ist oder die Elektronik vor erhöhten Temperaturen und starken Umwelteinflüssen geschützt montiert werden soll.
IWS12 Wegseilsensor
Der IWS12 Wegseilsensor eignet sich für Messbereiche von 100 bis 3.000 mm. Er ist unter anderem mit 0–10-V-, 4–20-mA-, Potentiometer- oder SSI-Ausgang erhältlich und besitzt Schutzart IP67.
Die Bauform ist besonders für größere Hübe geeignet, wenn ein langer stangenförmiger Sensor nicht in die Maschine integriert werden kann. Das Messseil muss dabei geradlinig und ohne seitliche Belastung geführt werden.
Druck UPS4E Stromschleifen-Kalibrator
Der Druck UPS4E eignet sich zur elektrischen Prüfung von Wegsensoren und Messumformern mit 4–20-mA-Ausgang. Er kann Stromsignale messen oder simulieren und eine 24-V-Schleifenversorgung bereitstellen.
Damit lassen sich Signalübertragung, Verdrahtung und Skalierung des SPS-Eingangs getrennt von der mechanischen Wegmessung prüfen.
Fazit: Der passende Wegsensor wird nicht nur nach dem Messweg ausgewählt
Der Messweg ist ein wichtiges Auswahlkriterium, aber nur ein Teil der vollständigen Auslegung. Linearität, Wiederholbarkeit, mechanische Kopplung, Schutzart, Dynamik und Ausgangssignal bestimmen gemeinsam, ob der Sensor in der Maschine zuverlässige Werte liefert.
Für kurze bis mittlere Wege und hohe Wiederholbarkeit eignen sich häufig induktive Wegaufnehmer. Messtaster sind für berührende Prüfaufgaben sinnvoll, während Wegseilsensoren größere Bewegungen bei kompakter Bauform erfassen können.
Der Sensor muss achsfluchtend und möglichst frei von Querkräften montiert werden. Eigene Maschinenanschläge schützen ihn vor Überfahren. Bei rauen Umgebungsbedingungen sind nicht nur das Sensorgehäuse, sondern auch Stecker, Kabel und mechanische Durchführung passend auszulegen.
Bei der Inbetriebnahme sollten mechanischer Weg und elektrischer Signalweg getrennt geprüft werden. Dadurch lässt sich feststellen, ob eine Abweichung vom Sensor, der Montage, der Verdrahtung oder der SPS-Skalierung verursacht wird.
Häufige Fragen zur Auswahl und Montage von Wegsensoren
Wie viel Reserve sollte der Messweg besitzen?
Der normale Nutzhub sollte den spezifizierten Messbereich nicht vollständig ausnutzen. Häufig ist eine Reserve von etwa 10 bis 20 Prozent sinnvoll. Die konkrete Reserve hängt von Endlagentoleranzen, Temperatur, Dynamik und möglicher Überfahrt ab.
Was ist der Unterschied zwischen Linearität und Wiederholbarkeit?
Die Linearität beschreibt die Abweichung der Sensorkennlinie von einer idealen Geraden. Die Wiederholbarkeit beschreibt, wie gleichmäßig dieselbe Position bei mehreren Messungen wieder angezeigt wird.
Ist ein induktiver Wegsensor verschleißfrei?
Das induktive Messprinzip arbeitet ohne elektrischen Schleifkontakt und ist daher grundsätzlich verschleißarm. Bei einem Messtaster bleiben jedoch Taststift, Führung und Rückholmechanik mechanisch beanspruchte Komponenten.
Wann ist 4–20 mA besser als 0–10 V?
Ein 4–20-mA-Signal ist bei längeren Leitungswegen und in störbelasteten Industrieumgebungen häufig robuster. 0–10 V eignet sich gut für kurze Leitungen und vorhandene Spannungseingänge.
Kann ein Wegsensor als Endanschlag verwendet werden?
Nein. Der Sensor sollte nicht die mechanische Endkraft der Maschine aufnehmen. Separate Anschläge oder Endlagenbegrenzungen müssen verhindern, dass der zulässige Sensorweg überschritten wird.
Warum schwankt der Wegwert bei laufendem Motor?
Mögliche Ursachen sind elektromagnetische Einstreuungen, Potenzialunterschiede, Vibrationen, eine instabile Halterung oder ungeeignete Kabelverlegung. Sensor, Mechanik und elektrischer Signalweg sollten getrennt geprüft werden.
Kann die Schutzart durch den Stecker reduziert werden?
Ja. Die angegebene Schutzart gilt nur bei vollständig montierten und geeigneten Anschlüssen. Ein falscher Gegenstecker, eine lose Kabelverschraubung oder ein beschädigtes Kabel kann die Schutzwirkung verringern.
Wie wird ein Wegsensor kalibriert?
Der Sensor wird an mehreren Positionen mit einer geeigneten Längenreferenz verglichen. Je nach Genauigkeit kommen Messschieber, Messuhren, Endmaße, Präzisionsmaßstäbe, Koordinatenmessgeräte oder Laserinterferometer zum Einsatz.
Welche Angaben werden für die Auswahl benötigt?
Benötigt werden Messweg, erforderliche Reserve, Genauigkeit, Wiederholbarkeit, Dynamik, Einbauraum, mechanische Kopplung, Querkräfte, Umgebungsbedingungen, Schutzart, Ausgangssignal, Versorgung, Leitungslänge und gewünschte Kalibrierung.