Ratgeber
Ob Drehzahl- oder Abstandsmessung, Qualitäts- oder Positionskontrollen, ob in der Automobilindustrie, beim Maschinen- und Anlagenbau oder der Fabrikautomation: Induktive Sensoren und Näherungsschalter sind Alleskönner, die für reibungslose Produktionsprozesse sorgen. Worauf beim Kauf des Universal-Bauteils geachtet werden muss, erklären wir in unserer Kaufberatung.
Was sind Induktive Näherungsschalter?
Ein induktiver Näherungsschalter ist ein Sensor, der bereits bei der Annäherung eines Objektes, also ohne direkten Kontakt, ein binäres Signal abgibt.
Ob Automobilindustrie, Anlagenbau oder sogar Papierindustrie: Anwendung finden Induktive Sensoren überall, wo eine Automation des Produktionsablaufes stattfindet. Sie eignen sich perfekt für Messaufgaben im Maschinenbau, zur Positionierung von Werkzeugen oder auch in Robotervorrichtungen
Was ist die Funktionsweise von Induktiven Näherungsschaltern?
Durch einen Oszillator und eine Spule, die zur Hälfte von einem Ferritkern ummantelt ist, wird ein elektrisches Feld erzeugt. Dieses tritt aufgrund der Ummantelung der Spule nur auf einer Seite des Induktiven Sensors aus. So entsteht die sogenannte "aktive Fläche".
Bewegt sich nun ein Metallobjekt in dieses Feld, erzeugt es Wirbelströme, die dem Oszillator Energie entziehen und die Frequenz des Feldes ändern. Dies wird von einem Komparator wahrgenommen, der daraufhin das analoge Ausgangssignal auslöst.
Induktive Endschalter bringen einige Vorteile gegenüber mechanischen Endschaltern. Zum einen zeichnen sie sich durch ihre geringe Größe aus, zum anderen bestechen sie mit einer langen Lebensdauer und Robustheit. Das liegt unter anderem daran, dass durch das kontaktlose Auslösen Verschleißerscheinungen durch Kontaktabbrand und auch Kontaktverschmutzung vermieden werden.
Anschluss
Grundsätzlich gibt es bei Induktiven Näherungsschaltern zwei Anschluss-Formen. Bei der ersten werden die Schalter mit einem Kabel mit offenem Ende angeschlossen, bei der zweiten werden die Sensoren per Steckverbindung (vorwiegend 3- oder 4-polige Standard-Stecker M5, M8, M12 oder M18).
Steckverbindungen bieten den Vorteil, dass die Schalter ganz einfach ersetzt werden können und auch die Erstmontage einfacher ist. Auf der anderen Seite schließen Kabelanschlüsse Fehlerquellen wie beispielsweise eine undichte Steckverbindung aus.
Ausgang
Hier wird zwischen NPN- und PNP-Ausgängen unterschieden. Zu großen Teilen ist die Wahl eine Standortfrage: In Europa sind PNP-Sensoren die Norm, im asiatischen Raum NPN.
Der Unterschied liegt darin, dass bei PNP-Schaltungen "Plus" der Schaltdraht ist, bei NPN-Schaltungen ist es dementsprechend "Null".
Kontaktart
Die Kontaktarten unterscheiden sich zwischen Schließer und Öffner. Wird ein Schließer ausgelöst, verbindet er den vorher offenen Stromkreis und sorgt für einen Stromfluss. Ein Öffner hingegen wird bei Auslösung einen bestehenden Stromkreis unterbrechen. Die dritte Form, der Wechsler, kann sowohl schließen als auch öffnen - er sorgt beim Auslösen jeweils für eine Änderung des bestehenden Zustandes
Schaltabstand/Material
Als Schaltabstand wird der Abstand zwischen der aktiven Fläche des Schalters und dem in das elektromagnetische Feld eindringende Objekt bezeichnet, bei dem der Induktive Sensor auslöst.
Achtung: Die angegebenen Schaltabstände werden in der Regel mit einer genormten Platte (Eisen, ST38) gemessen. Sollten andere Metalle als Auslöser fungieren, muss der Reduktionsfaktor mit einberechnet werden, der meistens im Datenblatt des Induktiven Sensors angegeben ist. Als Richtwert kann auch diese Tabelle dienen:
| Metall | Faktor |
|---|---|
| Stahl | 1 |
| Kupfer | 0,25 - 0,45 |
| Messing | 0,35 - 0,50 |
| Aluminium | 0,30 - 0,45 |
| Edelstahl | 0,60 - 1,00 |
| Nickel | 0,65 - 0,75 |
| Gusseisen | 0,90 - 1,05 |
Einbauart
Man unterscheidet zwischen bündig und nicht bündig einbaubaren Schaltern. Bündig bedeutet, dass das Gerät nach der Montage glatt mit umliegender Oberfläche abschließt. Nicht bündige Ausführungen hingegen brauchen seitlich der aktiven Fläche einen freien Raum, da es sonst zu einer Störung des Sensors kommen kann. Diese Freiräume werden durch die Richtlinie EN 60947-5-2 festgelegt. "Quasi bündige" Schalter benötigen zwar ebenfalls einen Freiraum an den Seiten, dieser bewegt sich jedoch im Millimeter-Bereich.
Expertentipp
Bei der Frage nach der Bündigkeit unbedingt den Schaltabstand beachten, denn bei gleicher Bauform haben bündige Näherungsschalter bis zu 50 Prozent geringere Schaltabstände als unbündige.
Bauform und Größe
Näherungsschalter gibt es in runder (M4, M5, M8, M12, M18, M30 und M50) oder in quaderförmiger Bauart. Beliebt sind zylindrische Schalter mit Gewinde, da sich diese leicht an einem Haltewinkel oder an einem einfachen Bohrloch anbringen lassen. Für eine Montage ohne Gewinde sind gewöhnliche Sensorhalter nützlich.
Grundsätzlich gilt: Quaderförmige Geräte haben eine größere Reichweite als ihre runden Gegenparts. Bei der Größe der Induktiven Abstandssensoren sollte beachtet werden, dass mit einem großen Sensor kleine Zielobjekt nur schwer erkennbar sind. Faustregel: Je größer der Sensor, desto größer der Schaltabstand.
Einige Näherungsschalter bieten die Möglichkeit, anhand einer LED-Leuchte sehen zu können, ob beziehungsweise wann der Schalter auslöst.
Fazit
Wenn Sie sich vor dem Kauf bewusst machen, in welchem Umfeld der Induktive Näherungsschalter eingebaut werden soll, finden auch Sie durch die Vielfalt der Bauformen, Größen, Anschluss- und Kontaktarten garantiert einen Sensor, der ihren Bedürfnissen entspricht. Aufgrund der Langlebigkeit und der einfachen Montage ist der Induktive Sensor in allen Branchen eine gelungene Wahl.