Sensor- und Schalterausfälle: Erkennung und Austausch defekter Komponenten in Schlauchbeutelmaschinen

Eine horizontale Flow-Verpackungsmaschine nutzt Dutzende von Sensoren und Schaltern, um die Produktposition, die Folienausrichtung, die Temperatur, die Sicherheitsbedingungen und den Maschinenzustand zu überwachen. Wenn auch nur ein einziger Sensor ausfällt, reichen die Folgen von geringfügigen Qualitätsproblemen – falsch ausgerichteter Druck, unvollständige Versiegelungen – bis hin zu vollständigen Produktionsstillständen und Sicherheitsrisiken.

Bei unseren Außendienstarbeiten an Schlauchbeutelmaschinen gehören Sensor- und Schalterausfälle zu den häufigsten Maschinenstörungen. Die gute Nachricht ist, dass sich die meisten Sensorausfälle einfach diagnostizieren und kostengünstig beheben lassen – vorausgesetzt, man weiß, worauf man achten muss, und befolgt ein systematisches Prüfverfahren.

Dieser Leitfaden behandelt die gängigsten Sensor- und Schaltertypen, die in horizontalen Schlauchbeutelmaschinen zum Einsatz kommen, die genaue Fehlerdiagnose sowie bewährte Vorgehensweisen beim Austausch, um wiederkehrende Probleme zu vermeiden.

Das Wichtigste auf einen Blick: Bevor Sie einen Sensor austauschen, sollten Sie sicherstellen, dass der Fehler tatsächlich am Sensor selbst liegt – und nicht an der Verkabelung, dem SPS-Eingang oder der mechanischen Befestigung. Bei unseren Einsätzen vor Ort stellt sich ein Großteil der gemeldeten “Sensorausfälle” als Verkabelungs- oder Montageproblem heraus – überprüfen Sie diese daher zuerst.

Wie geht man mit den verschiedenen Sensortypen in horizontalen Schlauchbeutelmaschinen um?

Zu verstehen, welche Funktion die einzelnen Sensortypen haben und wie sie funktionieren, ist die Grundlage für eine effektive Fehlerbehebung.

Sensorsätze dieser Art gehören zur Standardausstattung von Maschinen wie beispielsweise der JC250-Flow-Verpackungsmaschine.

Sensorübersicht

Diagnostischer Ansatz: Die Drei-Test-Methode

Bevor Sie einen Sensor als defekt einstufen, führen Sie bitte die folgenden drei Tests der Reihe nach durch:

Test 1: Überprüfen Sie den Status der SPS-Eingänge

Das ist immer der erste Schritt. Es kostet nichts und dauert nur wenige Sekunden.

1. Rufen Sie den Bildschirm „E/A-Diagnose“ auf der HMI auf
2. Suchen Sie die dem verdächtigen Sensor zugewiesene Eingangsadresse (siehe Schaltplan).
3. Beobachten Sie den Eingangsstatus, während Sie den Sensor manuell auslösen:
4. Ändert sich der Zustand? Wenn ja, funktionieren der Sensor und die Verkabelung einwandfrei. Das Problem liegt wahrscheinlich in der Programmlogik der SPS oder im nachgeschalteten Ausgang.
5. Bleibt der Zustand konstant? Fahren Sie mit Test 2 fort.

Test 2: Prüfen Sie das Sensorsignal am SPS-E/A-Modul

Bei diesem Test wird die Verkabelung vom Sensor getrennt.

1. Trennen Sie das Sensorkabel von der Klemme des SPS-E/A-Moduls.
2. Verwendung eines Multimeters oder Prozesskalibrators:
3. Für digitale Sensoren (PNP): Schließen Sie das Ausgangskabel über eine Prüflampe oder einen Widerstand an eine 24-VDC-Stromquelle an. Die Lampe sollte aufleuchten, wenn der Sensor ausgelöst wird.
4. Für analoge Sensoren (4–20 mA): Schließen Sie einen Prozesskalibrator in Reihe an und speisen Sie einen bekannten Strom ein. Überprüfen Sie, ob der angezeigte Wert der SPS damit übereinstimmt.
5. Erfasst die SPS das Testsignal korrekt?
6. Falls ja: Der SPS-Eingang funktioniert einwandfrei. Das Problem liegt in der Verkabelung oder am Sensor selbst.
7. Falls nein: Das SPS-E/A-Modul oder der Eingangskanal ist möglicherweise defekt.

Test 3: Den Sensor separat testen

Dadurch lässt sich feststellen, ob der Sensor selbst funktioniert.

1. Trennen Sie den Sensor von der Verkabelung der Maschine.
2. Versorgen Sie den Sensor direkt über ein 24-VDC-Tischnetzteil mit Strom.
3. Führen Sie das Zielobjekt (oder den Betätigungsmechanismus) dem Sensor vor
4. Messen Sie den Ausgangssignalwert des Sensors:
5. Digitale Sensoren: Der Ausgang sollte im Ruhezustand ~24 V anzeigen und bei Aktivierung auf 0 V sinken (NPN, Sink-Betrieb) oder im Ruhezustand nahe 0 V liegen und bei Aktivierung auf ~24 V ansteigen (PNP, Source-Betrieb).
6. Analoge Sensoren: Der Ausgangsstrom sollte sich proportional zur Messgröße ändern

Häufige Sensorausfälle und Lösungen

Fehler 1: Der fotoelektrische Sensor erkennt das Produkt nicht

Symptome:
– Die Produkte passieren, ohne entdeckt zu werden
– Die Maschine schaltet sich mit der Fehlermeldung “Kein Produkt erkannt” ab
– Die Erkennung funktioniert nur zeitweise – manchmal klappt es, manchmal nicht
– Die Maschine läuft, es kommt jedoch zu Doppelzuführungen oder ausgelassenen Verpackungen

Diagnoseschritte:

1. Überprüfen Sie die Sensorlinse — Schon ein dünner Film aus Staub, Produktrückständen oder Feuchtigkeit kann die Zuverlässigkeit der Erkennung beeinträchtigen. Reinigen Sie das Gerät mit einem Linsenreinigungstuch und Isopropylalkohol.
2. Ausrichtung prüfen — Sender und Empfänger (bzw. Reflektor) müssen präzise aufeinander ausgerichtet sein. Schon eine Fehlausrichtung von 1–2 mm bei einem Durchstrahlsensor kann zu einer unregelmäßigen Erfassung führen. Verwenden Sie die Anzeige-LED des Sensors für die grobe Ausrichtung und nehmen Sie anschließend eine Feineinstellung vor, um die maximale Signalstärke zu erreichen.
3. Überprüfen Sie die Erfassungsreichweite — Stellen Sie sicher, dass sich das Produkt innerhalb des Nennmessbereichs des Sensors befindet. Die effektive Messreichweite entnehmen Sie bitte dem Datenblatt des Sensors; diese kann je nach Material und Oberflächenbeschaffenheit des Zielobjekts kürzer sein als der Nennmessbereich.
4. Auf Störungen durch Umgebungslicht prüfen — Helles Umgebungslicht (insbesondere Sonnenlicht oder sehr intensive Deckenbeleuchtung) kann die Funktion einiger fotoelektrischer Sensoren beeinträchtigen. Erwägen Sie die Anbringung von Sensorhauben oder den Wechsel zu einem modulierten Sensortyp.
5. Den Sensor separat prüfen unter Anwendung der oben beschriebenen Drei-Test-Methode.

Tipps zur Vorbeugung:
– Bringen Sie Sensorschutzvorrichtungen an, um vor mechanischen Beschädigungen zu schützen
– Reinigen Sie die Sensorlinsen im Rahmen der täglichen Inbetriebnahme der Maschine
– Verwenden Sie Sensoren der Schutzklasse IP67 in Umgebungen, in denen mit Wasser gereinigt wird
– Halte von jedem Sensortyp Ersatzsensoren in deinem Bestand bereit

Fehler 2: Probleme mit dem Sensor zur Filmausrichtung (Eye Mark)

Filmregistrierungssensoren (auch als “Druckmarkensensoren” oder “Augenmarkensensoren” bezeichnet) sind entscheidend für die Aufrechterhaltung der Druckausrichtung auf Verpackungsfolie. Wenn diese Sensoren ausfallen, kommt es bei den fertigen Verpackungen zu Abweichungen in der Druckposition.

Siehe auch: Häufige Probleme mit Flow-Wrappern und deren Lösungen:

Symptome:
– Der Aufdruck oder die Grafiken verschieben sich bei aufeinanderfolgenden Verpackungen nach vorne oder nach hinten
– Die Maschine fährt hin und her und versucht, das Kennzeichen zu finden
– Zeitweise korrekte Ausrichtung, gefolgt von einer plötzlichen Abweichung
– Das Gerät funktioniert einwandfrei mit unbedruckter Folie, versagt jedoch bei bedruckter Folie

Siehe auch: Fehlerbehebung bei Problemen mit der Heißversiegelung: Siegelfestigkeit

Diagnoseschritte:

1. Reinigen Sie die Sensorlinse gründlich. — Kennzeichensensoren reagieren äußerst empfindlich auf Verschmutzungen. Schon ein kleiner Fleck kann zu einer fehlerhaften Erkennung der Kontrastmarkierung führen.
2. Überprüfen Sie die Qualität des Kennzeichens — Ist die Druckmarkierung auf dem Film deutlich erkennbar und weist sie einen ausreichenden Kontrast zum Hintergrund auf? Verblasste oder uneinheitliche Druckmarkierungen des Filmherstellers können zu Erkennungsfehlern führen.
3. Einstellung der Sensorempfindlichkeit prüfen — Erfassungssensoren verfügen in der Regel über eine einstellbare Empfindlichkeit (entweder über ein Potentiometer oder digital). Ist die Empfindlichkeit zu hoch eingestellt, erfasst der Sensor Hintergrundschwankungen. Ist sie zu niedrig eingestellt, wird das Ziel völlig verfehlt.
4. Überprüfen Sie die Einbaulage des Sensors — Der Sensor muss im richtigen Abstand und Winkel zur Folienoberfläche positioniert werden. Durch Vibrationen können sich die Befestigungselemente mit der Zeit verschieben.
5. Test bei reduzierter Geschwindigkeit — Wenn die Messwerte bei niedriger Drehzahl stabil sind, bei hoher Drehzahl jedoch ungenau werden, ist die Reaktionszeit des Sensors für die jeweilige Anwendung möglicherweise zu lang.

Fehler 3: Ausfälle von Endschaltern

Endschalter sind einfache mechanische Vorrichtungen, die jedoch Vibrationen, Feuchtigkeit und mechanischem Verschleiß ausgesetzt sind, was zu Ausfällen führen kann.

Siehe auch: Faltenbildung bei Folien: Ursachen, Vorbeugung und Behebung

Symptome:
– Die Maschine lässt sich nicht starten – Endschalter erkennt die Ausgangsposition nicht
– Zeitweise auftretende Störungen, die in zufälligen Produktionsintervallen auftreten
– Der Schalter wird physisch betätigt, aber die SPS registriert keine Signaländerung
– Die Maschinenposition weicht ab, da sich der Schaltpunkt verschoben hat

Diagnoseschritte:

1. Mechanische Betätigung prüfen — Drücken Sie den Schalterhebel von Hand und achten Sie auf ein deutliches “Klicken”. Wenn kein Klicken zu hören ist, liegt ein Defekt des inneren Mechanismus vor.
2. Durchgang prüfen — Überprüfen Sie mit einem Multimeter, ob beim Drücken des Schalters ein Kontakt geschlossen wird. Liegt kein Durchgang vor, sind die Kontakte beschädigt oder oxidiert.
3. Stellen Sie den Stellantrieb und die Befestigung auf ihre ordnungsgemäße Funktion ein — Prüfen Sie, ob die Betätigungsrolle oder der Hebel verschlissen, gebrochen oder falsch ausgerichtet ist. Vergewissern Sie sich, dass sich die Halterung des Schalters nicht durch Vibrationen verschoben hat.
4. Kabelverbindungen prüfen — Lose Klemmenverbindungen sind eine häufige Ursache für zeitweise auftretende Fehler an Endschaltern. Ziehen Sie alle Klemmenschrauben fest.

Bewährte Verfahren für den Austausch:
– Achten Sie auf die genaue Schalterart (Druckschalter, Rollenhebel, Wackelhebel) und die Schaltcharakteristik (SPDT, SPST-NO, SPST-NC).
– Überprüfen Sie, ob die IP-Schutzart mit der Installationsumgebung übereinstimmt
– Stellen Sie den Schaltpunkt auf den Mittelpunkt des Schaltwegs ein (nicht auf das äußerste Ende).
– Tragen Sie auf die Befestigungsteile ein Anti-Seize-Mittel auf, um eine spätere Demontage zu erleichtern.

Fehler 4: Ausfälle des Temperatursensors

Temperatursensoren (Thermoelemente und Widerstandsthermometer) überwachen die Temperaturen der Schweißbalken, die sich direkt auf die Schweißqualität auswirken.

Symptome:
– Das HMI zeigt falsche oder unregelmäßige Temperaturwerte an
– Der Temperaturwert bleibt auf einem festen Wert stehen (meist 0 °C oder Raumtemperatur)
– Maschinenalarme “Thermoelement unterbrochen” oder “RTD außerhalb des Messbereichs”
– Die Versiegelungen sind uneinheitlich – bei manchen Verpackungen sind sie gut verschweißt, bei anderen hingegen nur schwach

Diagnoseschritte:

1. Widerstand messen des Sensors:
2. RTD (Pt100): Bei 0 °C sollte der Widerstand 100 Ω betragen. Bei Raumtemperatur (~25 °C) ist mit etwa 109 Ω zu rechnen.
3. Thermoelement (Typ K): Messen Sie die Ausgangsspannung in Millivolt. Bei Raumtemperatur ist mit etwa 1 mV zu rechnen.
4. Auf Unterbrechungen prüfen — Trennen Sie den Sensor ab und prüfen Sie den Durchgang an den Sensoranschlüssen. Ein offener Messwert deutet auf ein defektes Element oder eine unterbrochene Leitung hin.
5. Überprüfen Sie, ob der richtige Sensortyp in der SPS eingestellt ist. — Ein an einen Pt100-Eingangskanal angeschlossenes Thermoelement vom Typ K liefert falsche Messwerte. Stellen Sie sicher, dass die Konfiguration des analogen Eingangs der SPS mit dem installierten Sensortyp übereinstimmt.
6. Überprüfen Sie die Befestigung des Sensors — Der Sensor muss einen guten thermischen Kontakt zur Oberfläche der Schweißleiste haben. Eine lockere Befestigung oder Luftspalten führen zu ungenauen Messwerten.

Fehler 5: Störungen am Sicherheitsverriegelungsschalter

Sicherheitsschalter an Schutztüren und Abdeckungen müssen einwandfrei funktionieren, um das Bedienpersonal zu schützen. Störungen an diesen Schaltern können den Maschinenbetrieb verhindern oder – was noch gefährlicher ist – dazu führen, dass die Maschine beim Öffnen einer Schutztür nicht angehalten wird.

Symptome:
– Die Maschine lässt sich nicht starten, obwohl alle Schutzvorrichtungen geschlossen zu sein scheinen
– Maschinenstörung, wenn eine Schutzvorrichtung nicht geöffnet wird
– Das Sicherheitsrelais zeigt einen Schalterfehler an

Wichtiger Sicherheitshinweis: Sicherheitsverriegelungsschalter dürfen niemals umgangen oder außer Kraft gesetzt werden. Ein umgangenes Sicherheitssystem kann zu schweren Verletzungen führen. Wenn ein Sicherheitsschalter häufig Fehlalarme auslöst, muss er ordnungsgemäß eingestellt oder ausgetauscht werden – er darf nicht umgangen werden.

Diagnoseschritte:

1. Überprüfen Sie den Schaltpunkt des Schalters — Die Schutzklappe muss den Schalterbetätiger vollständig betätigen. Passen Sie gegebenenfalls die Befestigung des Schalters oder die Klappenverriegelung an.
2. Testen Sie den Schalter bei geöffneter Tür:
3. Den Schalter vom Sicherheitskreis trennen
4. Durchgang prüfen – sollte offen sein (unendlicher Widerstand), wenn die Abschirmung offen ist
5. Schließen Sie die Schutzabdeckung – der Wert sollte „geschlossen“ (nahe 0 Ω) anzeigen.
6. Auf Verunreinigungen prüfen — In der Lebensmittel- und Pharmaindustrie können sich Produktreste auf Schalterbetätigern ansammeln und deren ordnungsgemäße Betätigung verhindern.
7. Überprüfen Sie das Sicherheitsrelais — Wenn der Schalter einwandfrei funktioniert, das Sicherheitsrelais jedoch weiterhin eine Störung anzeigt, muss das Relais möglicherweise ausgetauscht werden.

Bewährte Verfahren für den Austausch von Sensoren

Beim Austausch eines defekten Sensors gewährleistet die Einhaltung der richtigen Vorgehensweise die Zuverlässigkeit und beugt wiederholten Ausfällen vor:

1. Schalten Sie das Gerät aus bevor Sie Sensoren abklemmen oder anschließen (es sei denn, es handelt sich um einen Plug-and-Play-Sensor, der einen Hot-Swap ermöglicht)
2. Die Verkabelung des Sensors dokumentieren Vor dem Trennen der Verbindung — die Anschlüsse fotografieren
3. Halten Sie sich genau an die Spezifikationen — Nennspannung (12 V DC, 24 V DC), Ausgangstyp (NPN/PNP), Schaltart (NO/NC) und Schutzart nach IP
4. Stellen Sie den neuen Sensor auf dieselbe Konfiguration ein — Empfindlichkeit, Erfassungsreichweite, Reaktionszeit
5. Korrekten Betrieb überprüfen Bevor Sie den Betrieb wieder aufnehmen – lösen Sie den Sensor über seinen gesamten Messbereich aus und vergewissern Sie sich, dass der SPS-Eingang korrekt reagiert.
6. Den Austausch dokumentieren in Ihrem Wartungsprotokoll – Sensortyp, Standort, Datum und Grund für den Austausch

Empfohlener Bestand an Ersatzsensoren

Aufgrund unserer Erfahrungen bei der Unterstützung von Flow-Wrap-Anlagen sollten die folgenden Sensoren vor Ort als Ersatzteile vorrätig gehalten werden:

Häufig gestellte Fragen

Woran erkenne ich, ob ein Sensor NPN oder PNP ist?

Überprüfen Sie die Artikelnummer und das Datenblatt des Sensors – dort ist der Ausgangstyp immer angegeben. Falls keine Dokumentation verfügbar ist, können Sie den Sensor testen: Versorgen Sie den Sensor mit 24 V Gleichspannung und schließen Sie ein Multimeter zwischen dem Ausgangsleiter und Masse (0 V) an. Wenn der Ausgang bei Aktivierung auf High (~24 V) geht, handelt es sich um einen PNP-Sensor. Wenn der Ausgang auf Low (~0 V) geht, handelt es sich um einen NPN-Sensor. Alternativ können Sie das Multimeter zwischen Ausgang und 24 V anschließen – NPN-Sensoren ziehen bei Aktivierung auf Low. Das Verwechseln von NPN- und PNP-Sensoren mit inkompatiblen SPS-Eingängen ist ein häufiger Installationsfehler.

Kann ich fotoelektrische Sensoren mit Wasser reinigen?

Nein. Verwenden Sie ausschließlich Isopropylalkohol (IPA) und ein sauberes, fusselfreies Tuch. Wasser kann Mineralablagerungen auf der Linse hinterlassen, und Druckluft allein reicht möglicherweise nicht aus, um hartnäckige Verschmutzungen zu entfernen. In Lebensmittelbereichen, in denen die Verwendung von IPA eingeschränkt ist, verwenden Sie vom Hersteller zugelassene Sensor-Reinigungslösungen. Verwenden Sie niemals scheuernde Materialien auf Sensorlinsen, da Kratzer die Erkennungsleistung dauerhaft beeinträchtigen.

Warum funktioniert mein Registrierungssensor nur zeitweise?

Probleme mit dem Registrierungssensor, die sporadisch auftreten, haben in der Regel drei Ursachen: (1) verschmutzte Linse – gründlich reinigen; (2) uneinheitliche Qualität der Druckmarkierungen seitens des Folienlieferanten – Folienrollen auf gleichbleibende Druckqualität prüfen; (3) Vibrationen an der Sensorhalterung – prüfen, ob die Befestigungselemente fest sitzen und sich die Sensorhalterung nicht verbiegt. Sollte das Problem weiterhin bestehen, sollten Sie ein Upgrade auf einen Kontrastsensor mit höherer Auflösung und digitaler Einlernfunktion in Betracht ziehen.

Wie oft sollten Sensoren ausgetauscht werden?

Sensoren haben kein festes Austauschintervall wie Ölfilter. Ersetzen Sie sie stattdessen je nach Zustand: Wenn ein Sensor bereits mehrfach gereinigt wurde und die Erkennungszuverlässigkeit weiterhin nachlässt, ist es Zeit für einen Austausch. Als allgemeine Richtlinie gilt, dass optoelektronische Sensoren in sauberen Umgebungen eine Lebensdauer von 5–8 Jahren haben, während Sensoren in Umgebungen mit Hochdruckreinigung oder rauen Bedingungen möglicherweise alle 2–3 Jahre ausgetauscht werden müssen. Führen Sie ein Austauschprotokoll, um Sensoren zu identifizieren, die häufiger als erwartet ausfallen – dies kann auf ein umgebungsbedingtes oder mechanisches Problem hinweisen, das behoben werden muss.

Was passiert, wenn ich den falschen Sensortyp einbaue?

Der Einbau eines nicht kompatiblen Sensors kann zu sofortigen Störungen (die Maschine lässt sich nicht starten), zu einem unregelmäßigen Betrieb oder – im schlimmsten Fall – zu unerkannten Fehlern führen, bei denen die Maschine zwar scheinbar funktioniert, das Zielobjekt jedoch nicht tatsächlich erkennt. Dies ist insbesondere bei Sicherheitssensoren gefährlich. Vergewissern Sie sich vor dem Einbau stets, dass die Sensorspezifikationen den Anforderungen der Maschine entsprechen. Wenn Sie sich nicht sicher sind, wenden Sie sich an den Maschinenhersteller. Path Pack stellt für jede von uns gelieferte Maschine detaillierte Sensorspezifikationsblätter und Schaltpläne zur Verfügung.

Fazit

Sensor- und Schalterausfälle gehören zu den häufigsten und am einfachsten zu behebenden Ursachen für Stillstandszeiten bei Schlauchbeutelmaschinen. Entscheidend ist dabei eine genaue Diagnose – die Unterscheidung zwischen einem echten Sensorausfall und einem Problem mit der Verkabelung, der Installation oder der SPS. Die Drei-Schritte-Methode (Überprüfung des SPS-Eingangs, Test am E/A-Modul, unabhängiger Test des Sensors) bietet hierfür einen zuverlässigen Rahmen.

Vorbeugende Wartung – regelmäßige Reinigung, Sichtprüfung und Ersatzteilbestand – kann den Großteil der durch Sensoren verursachten Ausfallzeiten vermeiden. Wenn ein Austausch erforderlich ist, halten Sie sich genau an die im Schaltplan Ihrer Maschine dokumentierten Spezifikationen und befolgen Sie die entsprechenden Austauschverfahren.

Path Pack entwickelt jede horizontale Schlauchbeutelverpackungsmaschine unter Berücksichtigung von Zugänglichkeit und Wartungsfreundlichkeit. Unsere Maschinen sind mit Sensoren von bewährten Marken wie Keyence, Sick und IFM ausgestattet, und wir stellen eine vollständige Sensordokumentation mit Teilenummern, Schaltplänen und Einstellanleitungen zur Verfügung. In Kombination mit unserer 12-monatigen Garantie und unserem Ferndiagnose-Support stellen wir sicher, dass Sensorprobleme niemals zu langwierigen Produktionsausfällen führen. Kontaktieren Sie unser Team, um mehr über unsere Maschinen und die dahinterstehende Support-Infrastruktur zu erfahren.

Vom Path Pack-Technikteam

Benötigen Sie die passenden Ersatzsensoren für Ihre Maschine? → Fragen Sie Path Pack nach einer Liste empfohlener Sensoren auf Ihr Modell abgestimmt.