Jste zde

Indukční senzory pro detekci CFRP kompozitů

Antonín Vojáček, 3. Říjen 2021 - 19:09

Společnost Turck vytvořila a začala nabízet specializované indukční senzory pro detekci materiálů z uhlíkových vláken a lisovaných uhlíkových dílů, přesněji řečeno kompozitních materiálů CFRP. Pojďme se na celou problematiku podívat blíže.

Co to je CFRP?

Na začátek si nejdříve přibližme, co to jsou tzv. CFRP. Jde o polymerové kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny (CFRP = Carbon Fiber Reinforced Polymer composites), což jsou lehké a pevné materiály používané stále častěji při výrobě mnoha produktů používaných v našem každodenním životě, zejména v automobilovém / dopravním průmyslu. CFRP je tedy termín používaný k popisu kompozitního materiálu vyztuženého vlákny, který používá uhlíková vlákna jako primární konstrukční složku. Je třeba poznamenat, že „P“ v CFRP může také znamenat „plast“ místo „polymer“. Kompozity CFRP obecně používají termosetové pryskyřice, jako je epoxid, polyester nebo vinylester. Přestože se v kompozitech CFRP používají termoplastické pryskyřice, „termoplastické kompozity vyztužené uhlíkovými vlákny“ často používají vlastní zkratku, kompozity CFRTP.

Kompozitní materiály vyztužené uhlíkovými vlákny se liší od jiných kompozitů FRP využívajících tradiční materiály, jako jsou skelná vlákna nebo aramidová vlákna. Mezi výhodné vlastnosti kompozitů CFRP patří nižší objemová hmotnost než kompozit vyztužený skelnými vlákny. Další výhodou je vyšší pevnost. Například při porovnávání oceli budou kompozity CFRP se stejnou pevností váží jen 1/5 hmotnosti oceli. Při porovnávání kompozitů CFRP s hliníkem, jedním z nejlehčích použitých kovů, je standardním předpokladem, že hliníková struktura se stejnou pevností by pravděpodobně vážila 1,5násobek struktury uhlíkových vláken.

Nakonec z elektrického pohledu je velmi důležitou vlastností CFRP kompozitů jejich elektrická vodivost. Ta v některých aplikacích může být výhodou a jiných nevýhodou. Uhlíková vlákna jsou extrémně vodivá, zatímco například skleněná vlákna jsou izolační. Záleží tedy na tom, zda případný předmět může být el. vodivý nebo naopak musí být el. nevodivý.

Indukční snímače Turck pro CFRP

A právě díky el. vodivosti CFRP materiálů je možné pro jejich detekci využít podobné principy jako pro detekci kovových předmětů typu oceli. Lze tedy využít například principu elektromagnetické indukce a přítomnost či přiblížení předmětů z CFRP materiálu využít k tomu to účelu přizpůsobené indukční senzory.

Toho se "chytl" německý výrobce průmyslových senzorů, společnost Turck GmbH, a vyvinula první indukční senzory na světě pro detekci uhlíkových vláken. Řada patentovaných senzorů "Carbon Fiber Detection Sensors" s označením "C" v názvu typu senzoru detekuje podle informací výrobce jak uhlíková vlákna, tak i lisované CFRP díly. Senzory jsou založeny na jejich již delší dobu známé technologii Uprox, která byla dále vyvinuta. Nicméně podrobnosti úpravy konstrukce Turck zatím tají.

Indukční senzory pro CFRP jsou již nyní v nabídce Turck k dispozici ve třech provedeních:

válcovém závitovém pouzdře M18 z nerezové oceli s detekčním dosahem do cca 7 mm - označení BI7C-EM18H-VP6X-H1141,
v kvádrovém pouzdře vysokém 20 mm (QR20) s detekčním dosahem do cca 20 mm - označení BI20C-QR20-VP6X2-H1141,
v kvádrovém pouzdře vysokém 40 mm (CK40) s detekčním dosahem do cca 40 mm - označení NI40C-CK40-VP6X2-H1141.

Nicméně Turck k detekčními dosahu uvádí, že je definován na materiál ocel a že v případě detekce CFRP materiálů bude dosah nižší v závislosti na jeho konkrétní struktuře. Je to logické, že čím méně uhlíkových vláken bude v kompozitu použito, tím bude detekční dosah nižší.

Všechna tato provedení jsou vyráběna se stupněm krytí IP68 a rozšířeným provozním teplotním rozsahem 0 až 100 ° C a z pohledu elektrického připojení jsou standardně určeny pro el. napájení stejnosměrným zdrojem s napětím v rozsahu 10 až 30 VDC a výstup je zatím nabízen v provedení s tranzistorovým spínacím výstupem PNP. To vše je vyvedeno na klasický průmyslový kruhový konektor M12.

Nicméně osobně předpokládám, že v nejbližší budoucnosti bude následovat i provedení s IO-Link komunikačním rozhraním, protože Turck ho u svých výrobků velmi využívá.

Závěr

Aktuálně hlavním využitím CFRP materiálů jsou komponenty ve výrobě interiérů vozidel a karoserií, letadel, komponenty větrných elektráren, prvky specializovaném sportovním vybavení apod., která má být velmi odolné a současně co nejlehčí. Postupem času jejich původně velmi vysoká cena postupně klesá a tedy se využívají stále častěji již i v standardní sériové výrobě. Pro detekci produktů z CFRP jsou pro automatizovanou výrobu nutné i vhodné senzory, a právě toho společnost Turck očividně využila.

Turck pak zdůrazňuje výhody oproti optickým, kapacitním a i ultrazvukovým senzorům, protože proti optickým nebo kapacitním senzorům jsou méně citlivé na znečištění a proti ultrazvukovým senzorům jsou podstatně levnější.