10-2012

Sensoren
Induktive Sensoren
müssen hart im Nehmen sein
Induktive Näherungsschalter gelten im Einsatz zu Recht als sehr zuverlässig und
unproblematisch. Wie bei jedem technischen Produkt gilt dies allerdings nur bei
bestimmungsgemäßer Beanspruchung. Andernfalls kann es zu Ausfällen mit teils
beträchtlichen Folgeproblemen und -kosten kommen.
Dabei ist der Preis des Geräts
selbst in der Regel fast zu vernachlässigen.
Zusätzlich zu den
nicht geringen Beträgen, die für
den Wartungsdienst eingerechnet
werden müssen, entstehen durch
Stillstand der Anlagen mit entsprechendem
Produktionsausfall
und Ausschuss beim Wiederanlauf
erhebliche Verluste.
Als Faustregel gilt, dass 80 %
der Ausfälle induktiver Näherungsschalter
die Folge mechanischer
Beschädigung sind. Die
mechanisch empfindlichste Stelle
ist dabei funktionsbedingt die
Stirnseite mit der aktiven Fläche.
Genau dort befinden sich aber die
zu erfassenden bewegten Teile.
Konkret wird der Ausfall typischerweise
durch ungewollten
Kontakt, d.h. Schlag, Verformung,
Schleifen etc. solcher Teile mit
der Stirnfläche hervorgerufen.
In der Praxis werden sich solche
Ereignisse nie ganz verhindern
lassen. Es ist deshalb von
erheblichem Interesse, möglichst
beschädigungstolerante Geräte
einsetzen zu können.
Klassische Technik
Klassische induktive Näherungsschalter
reagieren auf die
Bedämpfung des magnetischen
Wechselfelds eines Schwingkreises,
das von der Schwingkreisspule
erzeugt wird. Die
Spule wiederum befindet sich
direkt hinter der Stirnseite des
Sensors. Das magnetische Wechselfeld
kann, von Spezialfällen
abgesehen, metallische Flächen
nicht durchdringen. Aus diesem
Grund besteht die Stirnseite aus
Kunststoff und bildet damit eine
potenzielle Schwachstelle bei
mechanischer Beanspruchung.
Eine naheliegende Alternative
ist es, die aktive Fläche statt
mit Kunststoff mit metallischen
Werkstoffen zu ummanteln, da
metallische Flächen für magnetische
Wechselfelder nicht grundsätzlich
undurchdringlich sind.
Wenn die Metallfläche dünn
genug ist und die Arbeitsfrequenz
viel tiefer als üblich gewählt wird,
gelingt eine Erfassung durchaus
auch durch Metallflächen hindurch.
Nur hat diese „Verbesserung“
entscheidende Nachteile:
• Damit eine Erfassung überhaupt
möglich ist, muss die
Metallwand an der Stirnfläche
dünn ausgeführt sein. Somit ist
der erwünschte mechanische
Schutz entsprechend gering.
• Die Reduktion der Arbeitsfrequenz
hat Konsequenzen: Die
Schwingkreisgüte wird stark
reduziert. Damit sinkt tendenziell
der Nutzschaltabstand,
die Empfindlichkeit auf Temperatur
und Störungen (EMV)
nimmt zu und Buntmetalle lassen
sich überhaupt nicht erfassen.
Zudem verringert sich die
nutzbare Schaltfrequenz deutlich.
• Kernbruch ist ein Problem:
Erfolgt durch mechanische
Überbeanspruchung eine Verformung
des Gehäuses, durch
die der empfindliche Ferritkern
unmittelbar unter der Stirnfläche
Schaden erleidet, sind die Konsequenzen
einschneidend. Die
Schwingkreisverluste werden
irreversibel erhöht, was einer Vorbedämpfung
des Geräts gleichkommt.
Je nach deren Ausmaß
verändert sich der Schaltabstand
des Näherungsschalters oder er
schaltet permanent durch. In beiden
Fällen aber muss das Gerät
letztendlich ersetzt werden.
Condist-Verfahren
Der praktische Nutzen der dünnen
Metallschicht ist also sehr
fraglich. Daher hat Contrinex
schon vor mehr als 20 Jahren
das Condist-Verfahren entwickelt,
mit dem die Sensoren bis zu
dreifach höhere Schaltabstände
erreichen. Beim Condist-Verfahren
wird durch einen Schwingkreis-Oszillator
ein hochfrequentes
Magnetfeld erzeugt, das
an der aktiven Fläche austritt.
Der patentierte Condist-Oszillator
und die nachgeschaltete
Signalauswertung sind jedoch
im Gegensatz zu herkömmlichen
Verfahren völlig anders
ausgeführt. Dadurch ergibt sich
eine wesentlich verbesserte Stabilität
gegenüber Umwelteinflüssen,
vor allem Temperaturschwankungen.
Durch den erheblich größeren
Schaltabstand können die
Geräte entsprechend weiter von
bewegten Teilen entfernt montiert
werden, was die Gefahr
mechanischer Beschädigung
stark reduziert. Allerdings reagieren
auch diese Geräte empfindlich
auf Kernbruch. Hingegen
werden Temperaturverhalten,
EMV-Eigenschaften und andere
Kenngrößen nicht vermindert.
Daraus resultiert bereits ein großer
Gewinn an Betriebszuverlässigkeit.
Die Entwicklung geht
aber weiter: heute sind Sensoren
12 PC & Industrie 10/2012