Anwenderbericht: Modulares Sensorsystem vermeidet Anlagenstillstände

Ein führender Automobilhersteller überwacht in einem seiner Werke mit aufwendiger Sensorik das komplexe Kühlsystem einer Anlage für die kathodische Tauchlackierung auf den sogenannten 'Trüblauf'. Mit der Modernisierung des gesamten Kühlkreislaufs wurde das bestehende unflexible Sensorsystem durch eine modulare Lösung von IPF Electronic ersetzt.
Die gesamte kathodische Tauchlackierung (KTL) benötigt insgesamt zwölf einzelne Prozessschritte und besteht aus mehreren großvolumigen, hintereinander angeordneten Becken.
Die gesamte kathodische Tauchlackierung (KTL) benötigt insgesamt zwölf einzelne Prozessschritte und besteht aus mehreren großvolumigen, hintereinander angeordneten Becken.Bild: IPF Electronic GmbH

Das Werk produziert eine Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten, darunter auch Vorder- und Hinterachsen. Ein Großteil dieser Achsen werden in einer Anlage für die kathodische Tauchlackierung (KTL) behandelt. Die Bauteile werden zunächst gereinigt und entfettet, um sie für die eigentliche Konservierung vorzubehandeln. Dies geschieht in der ‚Phosphatierung‘ durch Aufbringen einer Zink-Phosphatschicht als Korrosionsschutz. Nach weiteren Prozessbecken folgt die Tauchlackierung. „Die gesamte Anlage umfasst mehrere großvolumige und aufeinander folgende Becken. Die KTL benötigt zwölf einzelne Prozessschritte, wobei u.a. für die Tauchlackierung jeweils zwei Becken zur Verfügung stehen, wodurch wir im Zweitaktbetrieb innerhalb von vier Minuten rund 36 Fahrzeugkomponenten lackieren können“, erklärt der Instandhaltungsleiter.

Jedes Sensorpaar bzw. jede Lichtschranke arbeitet autark und verfügt demnach über eine eigene Auswertung. Der Austausch der mit herkömmlichen M12-Steckern ausgestatteten Sensoren kann ohne zeitraubenden Verdrahtungsaufwand erfolgen.
Jedes Sensorpaar bzw. jede Lichtschranke arbeitet autark und verfügt demnach über eine eigene Auswertung. Der Austausch der mit herkömmlichen M12-Steckern ausgestatteten Sensoren kann ohne zeitraubenden Verdrahtungsaufwand erfolgen.Bild: IPF Electronic GmbH

Messsystem sorgt für Sicherheit

In den beiden Becken für die Tauchlackierung befinden sich insgesamt 156 einzelne, mit Gleichspannung versorgte Rundzellen, die sich durch den Stromfluss erwärmen und daher über ein spezielles System gekühlt werden. Der Leiter Instandhaltung präzisiert: „Jede Zelle hat einen eigenen Vor- und Rücklauf. Neben der Kühlung regelt dieses System gleichzeitig den Säuregehalt in den mit einem Gemisch aus vollentsalztem Wasser und Ameisensäure gefüllten Becken. Die Zellen bestehen aus einer Membran und einer Titananode, die einem natürlichen Alterungsprozess unterliegt. Überdies kann eine Rundzelle durch äußere Einflüsse beschädigt werden, wodurch die Membran durchlässig wird und es zum Durchbruch kommt.“

Das durch die Zelle geleitete Kühlmedium wird dann aufgrund des eindringenden schwarzen Lacks kontaminiert und kann auch alle anderen Zellen verunreinigen. Daher hat jede Rundzelle am Rücklauf ein Glasröhrchen mit einem auf einer Lichtschranke basierendem Messsystem für die Trüblaufüberwachung. Vereinfacht dargestellt, erkennt das System bei einem Zellendurchbruch die Eintrübung des Mediums im Röhrchen. Daraufhin kann der Kühlkreislauf abgeschaltet und die verunreinigte Kühlflüssigkeit aus der defekten Zelle ins Abwassersystem geleitet werden.

Jede der einzelnen Messstellen integriert eine Hochleistungslichtschranke, bestehend aus einem voll vergossenen optischen Sender OS126020 und Empfänger OE126020.
Jede der einzelnen Messstellen integriert eine Hochleistungslichtschranke, bestehend aus einem voll vergossenen optischen Sender OS126020 und Empfänger OE126020.Bild: IPF Electronic GmbH

Modulare und einfach handhabbare Lösung

„Im Zuge der Modernisierung des gesamten Kühlsystems wollten wir auch das komplette Messsystem durch eine wirtschaftlichere Lösung ersetzen“, sagt der Instandhaltungsleiter. Denn: Komponenten des vorhandenen Sensorsystems mussten regelmäßig gewechselt werden. Das verursachte hohe Kosten und überdies einen erheblichen Aufwand, da die nicht steckbaren Komponenten von einem Elektriker ausgetauscht und hierzu die Verdrahtung im Schaltschrank abgeklemmt sowie die neue Einheit angeschlossen werden musste.

Die neue Lösung sollte daher modular aufgebaut sein, damit sich alle entscheidenden Systemkomponenten möglichst einfach einzeln austauschen lassen. „Wir hatten bereits eine Lösung von IPF Electronic mit ähnlichen Eigenschaften im Einsatz, allerdings nur an einer Messstelle. Es lag daher nahe, gemeinsam mit dem Sensoranbieter eine für uns geeignete Lösung in mehrkanaliger Ausführung zu spezifizieren“, so der Instandhaltungsleiter.

>>Die Einzelkomponenten lassen sich bei einem Defekt separat austauschen<<

Die Lösung für die separate Trüblaufüberwachung an 156 einzelnen Messstellen bestand schließlich aus einer Hochleistungslichtschranke mit einem optischen Sender OS126020 und einem optischen Empfänger OE126020 in Kombination mit einer 8-Kanal-Auswerteeinheit OV650840 (Verstärker) sowie Glasfaserlichtleitern. Die Verstärker mit integrierter Elektronik für die Sensorik regeln die Leistung des getakteten Infrarotlichts. An den Glasröhrchen am Rücklauf des Kühlsystems wurden somit 312 metallummantelte Glasfaserlichtleiter installiert und mit den einzelnen Sendern sowie Empfängern verbunden. Die steckbaren Sende- und Empfangselemente wurden dann über konventionelle Sensorleitungen an 20 Verstärker angeschlossen. Jedes Sensorpaar bzw. jede Lichtschranke arbeitet autark und verfügt über eine eigene Auswertung.

Schnelle Signalübertragung zur SPS

Die Verstärker sind für eine manuelle als auch automatische Einstellung der Sendeleistung ausgelegt. Hier wählte man aufgrund der erforderlich hohen Empfindlichkeit der Sensorik eine manuell einstellbare Sendeleistung. Wird der Infrarotlichtstrahl der Lichtschranke aufgrund einer Eintrübung der Kühlflüssigkeit in einem der Glasröhrchen unterbrochen, erzeugt der betreffende Auswertekanal ein Schaltsignal, das an die Anlagen-SPS übertragen und im Leitstand der KTL-Anlage in Klartext visualisiert wird. Damit ist die defekte Zelle in einem der Becken konkret identifiziert.

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