Induktiver Näherungsschalter

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Bild 1: Induktiver Näherungsschalter [Quelle: Wikipedia]

Ein induktiver Näherungsschalter ist ein elektronisch gesteuerter, sensorisch arbeitender Schalter, der unter anderem bei CNC-Maschinen zum Einsatz kommt (s. Bild 1). Er wird dort als Endschalter eingesetzt, der auf die Annäherung elektrisch leitfähiger Materialien reagiert, noch bevor eine Berührung stattfindet – er arbeitet also berührungslos sensorisch und der Schaltvorgang wird aktiviert, ohne dass ein direkter Kontakt stattfindet.

Aufbau und Funktionsweise

Ein induktiver Näherungsschalter arbeitet mit einem Oszillator, einer Ausgangsstufe, einem Komparator und einem Ausgangsverstärker (s. Bild 2). Über die Ausgangsstufe wird dem Oszillator Energie zugeführt, die integrierte Spule beginnt zu schwingen, es entsteht ein elektromagnetisches Spannungsfeld. Die Spannung nimmt ab, sobald sich ein elektrisch leitfähiges Objekt nähert, denn dieses nimmt einen Teil der Energie auf. Ein nachgeschalteter Komparator registriert die Spannungsabnahme.

Bild eines induktiven Näherungssensors bzw. Näherungsschalters

Bild2: Prinzipschaltbild des induktiven Näherungsschalters

Nun ist der festgelegte Schaltabstand ausschlaggebend: Sobald das Objekt den definierten, über die Oszillatorspannung erkennbaren Abstand erreicht, reagiert der Komparator und informiert über ein binäres Signal den Ausgangsverstärker. Dieser wird aktiviert, der Schaltvorgang wird ausgelöst. Das binäre Signal erfolgt nach dem Ja-Nein-Prinzip, ein induktiver Näherungsschalter arbeitet also schlicht mit den Informationen, ob ein Objekt erkannt oder kein Objekt erkannt wurde.

Materialien und Schaltabstand

Bei welchem Schaltabstand ein induktiver Näherungsschalter idealerweise reagiert, ist einerseits von dessen Konstruktion und andererseits von dem Material des sich nährenden Objekts abhängig. Grundsätzlich ändert sich die elektromagnetische Spannung nur bei Objekten, die das Energiefeld schwächen. Es muss daher elektrisch leitfähig, also aus Metall sein.

„Der sensierte Körper muss im Gegensatz zum kapazitiven Näherungsschalter aus einem elektrisch leitfähigen Material (Metall) sein.“

Die Leitfähigkeit variiert mit den verschiedenen Metallen, weshalb Du den Schaltabstand für eine zuverlässige Funktionsweise auf das Material abstimmen musst. Tipp: EN 60947-5-2 regelt die Bemessungsschaltabstände für zahlreiche Bauformen induktiver Näherungsschalter, für Niederspannungsgeräte gilt IEC 60947-6-1. Wikipedia (http://de.wikipedia.org/wiki/Induktiver_Näherungsschalter) liefert weitere hilfreiche Informationen.

Vorteile des induktiven Näherungsschalters

Gegenüber dem mechanischen Endschalter hat ein induktiver Näherungsschalter Vorteile: Ungenauigkeiten aufgrund von Kontaktverschmutzungen entfallen ebenso wie ein Verschleiß mechanischer Teile. Erschütterungen, wie sie beim Arbeiten mit CNC-Maschinen auftreten können, sowie Rückwirkungen durch die mechanische Berührung beeinflussen die Funktionalität ebenfalls nicht.

Anwendungsgebiete induktiver Sensoren

Neben Anwendungen in der CNC Technik werden induktive Sensoren üblicherweise bei Ampelschaltungen im Fahrbahnbelag, Metalldetektoren und generell in der Automatisierungstechnik verwendet.

End- und Referenzschalter bei CNC-Maschinen

Bei CNC-Maschinen kommt ein induktiver Näherungsschalter vor allem zum Einsatz, da die Funktionalität nicht durch Umwelteinflüsse eingeschränkt wird, nicht mit mechanischen Verschleißteilen gearbeitet wird und die Genauigkeit sehr hoch ist. Er eignet sich sowohl als sensorischer Endschalter, um einen Arbeitsvorgang anzuhalten und umzukehren, wie auch als Referenzschalter.

Fazit: Für CNC-Maschinen ist der induktive Näherungsschalter ideal. Seine Einsatzmöglichkeiten sind jedoch eingeschränkt, da er nur elektrisch leitende Objekte erkennt. Eine Alternative ist der kapazitive Näherungsschalter, der auch auf nicht leitende Materialien reagiert und daher beispielsweise zur Flüssigkeitsstandskontrolle eingesetzt werden kann.

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