Der induktive Näherungssensor

Aufbau und Funktion induktiver Näherungsschalter

Die Schalter bestehen aus einem Oszillator mit einer Spule und einem Ferritkern, einem Demodulator, einem Komparator und einer Endstufe. In der Industrie kommen die Schalter bei automatisierten Prozessen zum Einsatz, zum Beispiel um an automatischen Fräsmaschinen die Position von Werkstücken zu erkennen. Die Schalter steuern außerdem Fließbänder und Zählwerke.

• Oszillatoren sind Bauteile, die Schwingungen erzeugen. Im Näherungssensor erzeugt er ein elektromagnetisches Feld, dessen Stärke sich rhythmisch verändert, sobald eine Spannung anliegt. Über die Spule und den Eisenkern wird das Feld in eine Richtung gelenkt.
• Wenn ein elektrisch leitender Gegenstand in das Feld eindringt, entzieht er ihm Energie. Der Fachmann spricht von einer Bedämpfung des Feldes. 
• Der Demodulator fängt die Schwingung des Feldes auf und leitet diese an den Komparator. Er wirkt wie ein Ohr und leitet das empfangene Signal zum Komparator weiter.
• Der Komparator vergleicht die gesendete Schwingung mit der empfangenen. Dadurch registriert er die Änderung im elektrischen Feld. Er bemerkt die Annäherung von Metallen und sendet ab einer bestimmten Stärke der Veränderung des Feldes ein Signal aus.


Elektromagnetische Schwingungen - Informationen zur Rückkopplungsschaltung

Die Eigenschaften von Kapazitäten und Induktivitäten ermöglichen es, in einem Stromkreis, der aus …

Ein induktiver Näherungssensor gibt keine Werte oder Abstände aus. Er reagiert lediglich auf eine Änderung des Feldes, sobald diese eine bestimmte Größe erreicht. Es handelt sich um eine typische Ja-Nein-Schaltung.

Schaltabstand beim Näherungssensor

Die Stärke der Änderung ist vom Material des Gegenstandes und von seiner Nähe zum Sensor abhängig. Sie müssen bei diesen Schaltern einiges beachten, damit sie, sobald ein Gegenstand eine bestimmte Nähe erreicht, die Annäherung melden. Der sogenannte Schaltabstand hängt in der Praxis von vielen Faktoren ab. Zur Verdeutlichung ein Beispiel: Angenommen Sie wollen, dass eine Maschine stoppt, sobald sich ein Gegenstand bis auf einen Zentimeter genähert hat. Damit ein induktiver Näherungssensor korrekt reagiert, müssen Sie auf folgende Faktoren beachten:

• Die Schalter sind je nach Baugröße und Bauart auf verschiedene Weise einbaubar. Der Anschluss an den Stromkreis erfolgt über Steckverbindungen, die Einbautiefe ist daher oft nicht variabel. Wenn der Schalter nicht bündig im Material sitzt, ist es nötig, den Messabstand zu verändern. Angenommen er ist zwei Millimeter tief versenkt, dann muss er bei einer Annäherung von 1,2 Zentimetern schalten.
• Die Änderung der Feldstärke ist vom Material eines Gegenstandes abhängig. Angenommen Ihr induktiv arbeitender Sensor hat einen Nennschaltabstand für ST37-Stahl von einem Zentimeter: Nähert sich ein Gegenstand aus Kupfer, ändert sich die Feldstärke stärker. Der Schalter meldet ihn, wenn er ihn in 2,2 Zentimeter Entfernung "bemerkt". Sie müssen einen Reduktionsfaktor von 45% berücksichtigen, damit das System erst bei einer Annäherung von einem Zentimeter stoppt.
• Zu den Schaltern bekommen Sie Kennlinien, denen Sie die Reduktionsfaktoren entnehmen können. Diese sind nicht nur vom Material der Gegenstände abhängig, sondern auch von der Temperatur und der Größe der Gegenstände.

Neue Entwicklungen der Technologie

Ein induktiver Näherungssensor hat gegenüber anderen Schaltern einige Vorteile, da sie keine mechanischen Bauteile haben. Sie arbeiten zuverlässig ohne Verschleiß.

• Ein Nachteil ist das umständliche Kalibrieren und die Abhängigkeit vom Material. Um einen gleichen Schaltabstand bei der Annäherung verschiedener Metalle zu erreichen, werden oft Reihen mit verschieden eingestellten Sensoren verbaut.
• Neuere induktive Näherungsschalter enthalten mehrere Spulen und können verschiedene Metalle erkennen und die jeweiligen Reduktionsfaktoren automatisch berücksichtigen. Sie reagieren bei allen Metallen im gleichen Schaltabstand. Diese bekommen Sie unter dem Namen Reduktionsfaktor-1-Sensoren.

Über elektrische Induktion eine Annäherung zu registrieren, hat Vorteile. Das Messen erfolgt berührungsfrei. Der Einsatz ist aber auf elektrisch leitende Materialien beschränkt. Menschen oder Kunststoffe können diese Sensoren nicht erfassen.