Induktiver Näherungsschalter

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Ein induktiver Näherungsschalter (Initiator, Annäherungsschalter, Näherungssensor, Positionssensor) ist ein Sensor, der sicher und berührungslos metallische Objekte erfasst. Das heißt, ohne direkten Kontakt zu dem detektierenden Objekt (Target) wird am Ausgang ein binäres Signal, „Objekt erkannt/nicht erkannt“, zur Verfügung gestellt.

Induktive Näherungsschalter gibt es seit Ende der 50er Jahre. Pepperl+Fuchs hat in Mannheim im Jahre 1958 den induktiven Näherungsschalter erfunden. Die Firma BASF wollte damals einen mechanischen Kontakt ersetzen. Gesucht war etwas, was sich wie ein solcher Kontakt verhält, jedoch ohne Korrosions- und Abrasionseigenschaften - also ohne Verschleiß und berührungslos. Herr Pepperl wusste als Radiotechniker, was passiert, wenn sich ein metallisches Objekt an ein Spulensystem annähert. Er baute einen Schwingkreis auf, der durch ein sich näherendes Metall gedämpft wird. Die Veränderung der Schwingung wurde in ein Schaltsignal umgesetzt und die Stunde des ersten induktiven Näherungsschalters hatte geschlagen.

Ein induktiver Näherungsschalter besteht hauptsächlich aus drei Funktionseinheiten: einem Oszillator, einer Auswerteeinheit und einer Ausgangsstufe. Sobald an den induktiven Näherungsschalter eine Speisespannung angelegt wird, beginnt der Oszillator zu schwingen. Das dabei entstehende elektromagnetische Feld wird mittels Ferritkern, in welchem sich die Spule befindet, nach vorne zur aktiven Fläche gerichtet. Ein sich annäherndes Objekt (Betätigungselement) entzieht dem Schwingkreis Energie, worauf seine Oszillatorspannung kleiner wird. Der nachgeschaltete Komparator detektiert das und schaltet exakt beim eingestellten Schaltabstand den Ausgangsverstärker aktiv. Das Objekt ist erkannt.

Der induktive Näherungsschalter ist mit einem Reduktionsfaktor behaftet, der die Reduktion des Schaltabstandes bei geändertem Objekt-Material angibt. Dieser ist sowohl von den konstruktiven Gegebenheiten des Näherungsschalters (z. B. Gehäusematerial) als auch vom Material des Bedämpfungselements (Objekt) abhängig. Zum Beispiel reduziert sich der Schaltabstand bei einem Messing-Objekt auf ca. 40 %. Dieses Verhalten kann in bestimmten Applikationen störend wirken und hat dazu geführt, dass die sogenannten Reduktionsfaktor-1-Sensoren, Faktor-1 (Allmetallschalter) entwickelt wurden.

Die vielfälltige Bauformvielfalt beginnt bei den zylindrischen Sensoren von 3 mm Durchmesser Glattrohr bis zu den quadratischen Sensoren mit 180x180 mm Kantenlänge. Den induktiven Näherungsschalter gibt es mit potentialfreien mechanischen Schaltkontakt, mit Schalttransistoren, mit Gegentaktausgang. Darüber hinaus wechselspannungstaugliche Näherungsschalter, Varianten mit Feldbusschnittstelle oder mit analogem Ausgang (0 bzw. 4 … 20 mA).

Der Normschaltabstand von induktiven Näherungsschaltern ist physikalisch begrenzt.

Die für den induktiven Näherungsschalter geltenden Normen werden in der EN 60947-5-2/IEC 60947-5-2 Norm für Niederspannungsschaltgeräte genau beschrieben.

Der Anwendungsbereich für den induktiven Näherungsschalters umfasst Branchen wie den Maschinen- und Anlagenbau, die Fabrikautomation, die Automobilindustrie, die Lager- und Fördertechnik, die Verpackungstechnik, die Druck- und Papierindustrie und die die Chemie- und Verfahrenstechnik.

[Bearbeiten] Literatur

Balluff Sensor