Kapazitive Näherungsschalter einfach erklärt

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In diesem Beitrag erfährst Du alles was Du schon immer über kapazitive Näherungsschalter wissen wolltest. Lies jetzt schnell weiter und lerne wie dieses Schaltelement funktioniert und wo man es häufig einsetzt.

Was ist ein Kapazitiver Näherungsschalter?

Kapazitiver Näherungsschalter - User Lucasbosch at the German language Wikipedia [GFDL (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/], via Wikimedia Commons

Kapazitiver Näherungsschalter
[Quelle: Wikipedia]

Näherungsschalter sichern Gefahrenbereiche, arbeiten als Signalgeber innerhalb verschiedener Steuerungsprozessen oder üben andere entscheidende Kontrollfunktionen aus.

Sie können induktiv oder photoelektrisch arbeiten, mit Ultraschall funktionieren oder kapazitiver Natur sein. Grundsätzlich arbeiten zwar alle Modelle quasi verschleißfrei bzw. kontaktlos und werden von Umgebungseinflüssen kaum beeinträchtigt, aber ein kapazitiver Näherungsschalter bietet durch seinen Aufbau und seine Funktionalität einige Vorteile.

Kapazitive Näherungsschalter kennt man aus verschiedenen Anwendungen: Im Alltag als Türöffner an der Ubahn und als Eingabegerät beim Induktionsherd oder eben auch in der CNC Technik als Referenzschalter.

Wesentlicher Vorteil: Ein Kapazitiver Näherungsschalter kann auch bei Nichtmetallen verwendet werden.

Wie funktioniert ein kapazitiver Näherungsschalter?

Das Funktionsprinzip eines kapazitiven Näherungsschalters basiert darauf, dass die Kapazität oder die Änderung der Kapazität eines Kondensators gemessen wird.

Im Detail basiert der kapazitive Sensor auf einem RC-Schwingkreis sowie einer zur Auswertung der Schwingung notwendigen elektronischen Schaltung. Diesbezüglich baut sich zwischen der Masse-Elektrode des Kondensators und der aktiven Elektrode ein elektrostatisches Feld auf, wobei sich auf der Stirnseite des Sensors ein Streufeld bildet.

Wenn Du jetzt einen Gegenstand respektive ein Objekt in dieses Streufeld bringst, verändert sich zeitnah die Kapazität des Kondensators. Im Folgenden wird der Schwingkreis gedämpft und der entsprechende Ausgang von der nachgeschalteten Elektronik betätigt.

Ein Kapazitiver Näherungsschalter reagiert dabei aber nicht nur ausschließlich auf Materialien wie zum Beispiel Metalle, die über eine hohe elektrische Leitfähigkeit verfügen, sondern Du kannst sie auch hervorragend bei zum Beispiel Holz, Keramik, Glas, Kunststoffe und Flüssigkeiten einsetzen.

Kapazitiver Näherungsschalter: Alternatives Schaltungskonzept arbeitet mit drei Elektroden

Ein kapazitiver Näherungsschalter reagiert grundsätzlich auf sämtliche Isolatoren, die eine große Permittivität aufweisen. Die Permittivität, die auch dielektrische Funktion oder dielektrische Leitfähigkeit genannt wird, gibt die Durchlässigkeit des jeweiligen Materials für elektrische Felder an.

Der kapazitive Näherungsschalter kann aber auch innerhalb eines alternativen Schaltungkonzeptes mit drei Elektroden arbeiten. In diesem Fall wird eine zusätzliche Anregungselektrode verwendet. Bei dieser Variante wird eine geringere Störanfälligkeit und eine höhere Empfindlichkeit mit einhergehenden höheren Schaltabständen generiert.

Da sich ein Kapazitiver Näherungsschalter im Rahmen der Detektion sowohl für nichtmetallische als auch metallische Objekte eignen, kannst Du Dich bei der Nutzung eines Näherungsschalters auf seine Robustheit sowie seine vielfältigen Einsatzmöglichkeiten verlassen.

Ein kapazitiver Näherungsschalter eignet sich dabei besonders gut zur Füllstandsüberwachung von Schuttgütern, Pasten oder Flüssigkeiten. Du kannst Sie aber auch vorzugsweise als Endschalter zum Beispiel bei CNC Maschinen einsetzen, um die Endlage zu sensieren und die Nullposition deiner Achsen anzufahren.

Einsatzmöglichkeiten für Kapazitive Näherungsschalter

Zudem sind sie dank ihrer Funktionalität die richtige Wahl beispielsweise als Impulsgeber für Zählaufgaben oder als Grenztaster im Maschinen- und Anlagenbau.

Dank dieser variablen Einsatzmöglichkeiten hat inzwischen nahezu jeder Fachhandel oder auch Sensorik-Spezialist kapazitive Näherungsschalter in seinem Produktportfolio integriert. Die Sensoren sind meist in zylindrischen Gehäusen aus Metall oder widerstandsfähigem Kunststoff untergebracht, wobei das elektronische Innenleben vollkommen vergossen ist.

Dies hat den Vorteil, dass die Funktionalität von Erschütterungen nicht beeinträchtigt werden. Je nach Typus variieren die maximalen Schaltabstände dabei zwischen 4 und 15 Millimeter. Zusätzlich kannst Du Dich je nach Bedarf für 2-Draht- oder 4-Draht-Varianten entscheiden und auch zwischen verschiedenen Ausführungen für den nichtbündigen oder den bündigen Einbau entscheiden. Anbei ein kurzes Video, welches eine mögliche Anwendung dieser Sensortechnologie veranschaulicht:

Gerade die Vorteile in Bezug auf die Robustheit und Flexibilität lassen kapazitive Näherungsschalter gegenüber der induktiven, photoelektrischen oder mit Ultraschall arbeitenden Sensoren praktisch für jede Aufgabenstellung in der CNC Technik eine maßgeschneiderte Lösung anbieten. Auf der Seite wikipedia.org/wiki/Kapazitiver_Näherungsschalter findest Du diesbezüglich weiterführende Informationen.

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