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5 Sensortechnologien für einen reibungslosen Maschinenbetrieb
Devin Brock, Product Knowledge and Training Manager, TE Sensors, TE Connectivity
Autor
Inhalt ursprünglich veröffentlicht im High-Reliability, Harsh-Environment Connectivity eBook 2021
Sensoren spielen schon seit Jahren eine wichtige Rolle in industriellen Fertigungsanlagen. Da die Fabriken jedoch immer autonomer und IoT-fähiger werden, steigen die Anforderungen an die Sensoren. Die neuesten Sensorentwicklungen werden von IoT-Trends wie etwa Miniaturisierung, Digitalisierung, Sensorfusion, geringerem Stromverbrauch und der Integration von drahtlosen Kommunikationstechnologien beeinflusst. Diese Sensortrends zu implementieren und gleichzeitig dafür zu sorgen, dass die Sensoren den rauen Umgebungsbedingungen standhalten, die häufig in Fabrikhallen anzutreffen sind, hat sich als Herausforderung erwiesen. Diese Herausforderung ist aber mit den richtigen Materialien und Konstruktionen durchaus lösbar. Genaue und zuverlässige Sensordaten sind wichtig, da die Verringerung der Maschinenausfallzeiten in industriellen Anwendungen ein entscheidender Faktor für die Kundenerfahrung und die Rentabilität in IIoT-Anwendungen ist.
Die Funktion von Zustandsüberwachungssystemen ist es, festzustellen, ob die Ausrüstung korrekt funktioniert. Sie erkennen ebenfalls, wann sie damit beginnt, sich zu verschlechtern. Typischerweise wird eine Bewertung durchgeführt, um wichtige Geräte sowie häufige Fehlerarten zu identifizieren. Diese Informationen können dann zur Auswahl von Sensoren verwendet werden, um bestimmte Komponenten der Anlage zu überwachen und die notwendigen Daten zu liefern, um potenzielle Verschlechterung der Maschinen und Ausfallmodi zu bestimmen. Egal ob es sich um einen Beschleunigungssensor handelt, der hochfrequente Schwingungen in einer rotierenden Maschine überwacht, oder um einen Temperatursensor, der einen Überhitzungszustand in einem Motorlager erkennt – es ist entscheidend, die richtige Sensortechnologie zur Überwachung und Erkennung potenzieller Fehlermodi auszuwählen, um eine erhöhte Betriebszeit der kritischen Anlagen in der Werkhalle sicherzustellen. Vibrations-, Flüssigkeitseigenschafts-, Druck-, Temperatur-, Feuchtigkeits-, Geschwindigkeits- und Wegsensoren können alle in industriellen Anwendungen eine wichtige Rolle spielen. Diese Industriesensoren tragen gemeinsam mit der richtigen Analytik dazu bei, Ausfallzeiten zu reduzieren, indem sie Maschinenausfälle antizipieren, die Produktivität steigern, Wartungskosten senken und die Sicherheit der Mitarbeiter verbessern.
Die folgenden fünf Sensortechnologien sind der Schlüssel zur Verringerung von Ausfallzeiten für kritische Maschinen in rauen industriellen Betriebsumgebungen.
Vibrationssensoren
Bei Industriemaschinen ist eine ungewöhnliche Vibration ein wichtiger Indikator dafür, dass Wartungsarbeiten erforderlich sind. Jedes Gerät hat seine ihm eigene, einzigartige Vibrationssignatur für den Normalbetrieb. Beschleunigungsmesser können sowohl das Ausmaß als auch die Häufigkeit von Gerätevibrationen überwachen. Eine Zunahme der Schwingungsstärke oder Schwingungen, die bei höheren oder anderen Frequenzen auftreten, weisen auf eine Veränderung der Schwingungssignatur des Geräts hin. Schwingungsinformationen können verwendet werden, um die Notwendigkeit einer Wartung der Ausrüstung zu bestimmen. Sie können sogar genutzt werden, um die spezifische(n) Komponente(n) zu lokalisieren, die repariert oder ersetzt werden müssen. Schwingungssensoren können verwendet werden, um geringfügige Änderungen in der Schwingung für vorausschauende und vorbeugende Wartungsanwendungen zu messen. So lässt sich sicherstellen, dass der Fabrikbetrieb aufrechterhalten wird und effizient läuft. Die Sensoren können mithilfe von Beschleunigungsmessern für die Leiterplattenmontage in die Steuerungen und Geräte eingebettet oder mit robusten und abgedichteten Plug-and-Play- oder drahtlosen Beschleunigungsmessern extern montiert werden. Industrielle Beschleunigungsmesser müssen so konstruiert und gefertigt sein, dass sie den harten Anforderungen allgemeiner industrieller Anwendungen standhalten und eine hohe Sensivität, Auflösung und Bandbreite aufweisen, um unterschiedliche Schwingungspegel in kritischen Maschinenanwendungen genau zu überwachen.
Triaxialer eingebetteter 830m1 Beschleunigungsmesser
Da Fabriken immer weiter automatisiert werden, werden Sensoren eingesetzt, um kritische Leistungsdaten zur Verbesserung der Efficienz von Fabrikmaschinen zu erfassen. Der triaxiale eingebettete Beschleunigungssensor 830M1 von TE Connectivity bietet eine fortschrittliche Beschleunigungsmessung für die Überwachung des Maschinenzustands, in Anwendungen bei denen eine große Bandbreite, geringe Größe, niedriger Stromverbrauch und robuste Leistung wichtig sind.
Drucksensoren
Drucksensoren werden zur Messung von Flüssigkeits- oder Gasdruck in Anwendungen eingesetzt, die von der industriellen Prozesssteuerung und HLK-Anlagen bis hin zu industriellen Pumpen und Kompressoren reichen. Sie müssen daher oft so beschaffen sein, dass sie auch schweren Medien wie verschmutztem Wasser und leicht korrosiven Flüssigkeiten zuverlässig standhalten. Drucksensoren spielen auch eine wichtige Rolle in industriellen Anwendungen wie Prozesssteuerung und -überwachung, Pumpen und Kompressoren sowie in einer Vielzahl von pneumatischen und hydraulischen Systemen. Niederdrucksensoren können zur Überwachung des Luftstroms in HLKK-Systemen sowie zur Feststellung des richtigen Zeitpunkts zum Filteraustausch verwendet werden. Da Fabriken immer intelligenter und vernetzter werden, setzen Unternehmen immer intelligentere und anspruchsvollere Lösungen ein. Einige Drucksensoren haben jetzt eine integrierte Bluetooth-Konnektivität, die eine kabellose Überwachung bei gleichzeitig hoher Leistung in rauen Industrieumgebungen ermöglicht.
Der drahtlose Druckwandler M5600 aus der Microfused Reihe von TE Connectivity ist ideal für den Gebrauch in intelligenten Fabriken. Er ist in einem Edelstahl-und Polycarbonat-Gehäuse eingeschlossen und kann rauen Industrieumgebungen standhalten.
Temperatur‑ und Feuchtigkeits-sensoren
Die Temperatur ist der am häufigsten erfasste Umgebungsparameter und spielt eine Schlüsselrolle bei der Zustandsüberwachung und anderen industriellen Anwendungen. Eine Vielzahl von Technologien wird eingesetzt, um die Temperatur von Statorwicklungen, Lagern und vielem mehr zu überwachen. Die Temperatur kann der Schlüssel zur Erkennung von Verschleiß, Überlastung und anderen Bedingungen sein, die zu einem vorzeitigen Geräteausfall und entsprechenden Ausfallzeiten führen können. Die Feuchtigkeitsmessung kann in Verbindung mit der Temperaturmessung entscheidend für die Steuerung und Effizienz einer Reihe von industriellen Prozessen sein, einschließlich derer, die mit Lacken, Lösungsmitteln und Druckfarben zu tun haben. Der Komfort und die Produktivität von Mitarbeiten sind auch in Industrieanlagen wichtig. Die Überwachung und Regelung von Luftfeuchtigkeit und Temperatur innerhalb eines bestimmten Bereichs maximiert nachweislich die Produktivität und trägt zur Gesunderhaltung der Mitarbeiter bei. Berührungslose Temperatursensoren, wie z. B. Infrarot-Thermosäulen, werden auch in Systemen zur Erfassung der Körpertemperatur eingesetzt, um das Wohlbefinden der Mitarbeiter zu überwachen, sowie in rotierenden Geräten und anderen Anwendungen, bei denen ein physischer Kontakt mit Maschinen nicht möglich ist.
Digitaler Temperatursensor TSYS03
Der digitale Temperatursensor TSYS03 von TE Connectivity wurde für die präzise Temperaturerfassung in Anwendungen mit starkem Platzmangel entwickelt und verfügt über ein branchenführendes Miniatur-XDFN6-Gehäuse, das mit einem digitalen Ausgang und konfigurierbaren I²C-Adressen ausgestattet ist.
HTU31D Feuchtigkeits- und Temperatursensor
Der HTU31D-Sensor von TE Connectivity wurde entwickelt, um schnell präzise Feuchtemessungen zu liefern, und bietet selbst bei extremen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen eine dauerhafte Leistung.
Positionsensoren
Wegsensoren werden eingesetzt, um die präzise Rückmeldung zu liefern, die zur effizienten und effektiven Überwachung und Steuerung einer Vielzahl von Industriemaschinen benötigt wird, darunter Bohrausrüstungen, CNC-Maschinen, Industrieroboter und Automatisierungsanlagen. Die in industriellen Umgebungen üblichen Gefahren wie extreme Temperaturen, Feuchtigkeit, Schmutz, Ablagerungen sowie ständige Erschütterungen und Vibrationen stellen jedoch für viele Sensoren eine große Herausforderung dar. Anisotrope magnetostriktive (AMR) Wegsensoren sind eine Technologie, die nachweislich eine genaue und zuverlässige Positionserfassung in rauen Industrieumgebungen ermöglicht. AMR-Sensoren sind auch relativ unempfindlich gegenüber Änderungen der Temperatur und der Magnetfeldstärke. Andere Technologien, wie z. B. lineare variable Differenzialtransformatoren (LVDTs), Präzisionspotenziometer und Kabelverlängerungssensoren (z. B. String-Pots), werden in verschiedenen industriellen Positionserfassungsanwendungen eingesetzt.
Flüssigkeitssensoren
Industrielle Umgebungen erfordern effektive, multiparametrische Lösungen zur Überwachung von Schmierstoffen und Ölen, die in Geräten und Anlagen eingesetzt werden. Flüssigkeitssensor wurden entwickelt, um die Eigenschaften von Ölen und Schmierstoffen kontinuierlich zu überwachen. So können sie sicherstellen, dass sie effektiv arbeiten, und anzeigen, wann sie ausgetauscht werden müssen, da die Schmierung sowohl für den effizienten Maschinenbetrieb als auch für die Maximierung der Langlebigkeit der Anlage unerlässlich ist. Die industriellen Umgebungen, in denen diese Sensoren eingesetzt werden, sind oft recht anspruchsvoll, mit hohem Schmutz- und Vibrationsaufkommen und starken Temperaturschwankungen. Um genaue und zuverlässige Daten zu liefern, müssen diese Sensoren in robusten Gehäusen untergebracht und so optimiert sein, dass sie jahrelang rauen Bedingungen ausgesetzt sind und dennoch eine dauerhafte, langfristige Leistung bieten.
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