Näherungsschalter für die CNC Fräse

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Was ist ein Näherungsschalter? Nun ein normaler Schalter besitzt in der Regel zwei Zustände: An und Aus.

Im Gegensatz zum üblichen mechanischen Schalter aus dem Alltag (wie z.B. dem Lichtschalter), beschreibt ein Näherungsschalter einen berührungslosen elektrischen Schalter.

Dieser Sensor erkennt also Objekte ohne kraftgebundenen physischen Kontakt.

In der Regel erfolgt die Erkennung über die Sensierung einer Spannungs- oder Widerstandsänderung im nachgeschalteten Schaltkreis.

Für eine CNC Fräse kann der Näherungssensor sinnvoll als Referenzschalter der Nullposition eingesetzt werden.

Näherungssensoren können je nach Bauart sowohl leitende als auch nichtleitende Objekte erkennen.

Welche Arten von Näherungschaltern gibt es?

Folgende Typen, eingeteilt nach dem physikalischen Wirkprinzip gibt es:

• Kapazitiver Näherungsschalter
• Induktiver Näherungsschalter
• Magnetischer Näherungssensor
• Optischer Näherungsschalter (z.B. Laser Lichtschranke, Kamera)
• Ultraschallsensoren

Wie wird ein Näherungsschalter angeschlossen?

Elektrischer Anschluss

Näherungssensoren besitzen üblicherweise die folgenden drei Anschlüsse:

• Anschluss für die Versorgungsspannung (U+)
• Anschluss für die Masse (GND)
• Anschluss für das Signal

Sensoren dieser Art sind als PNP oder NPN Sensoren ausgeführt. Beim NPN Sensor wird das Signal beim Schalten an Masse gelegt, beim PNP Sensor wird gegen + geschalten. Je nach Anwendungsfall kann die NPN oder die PNP Transistorschaltung geeigneter sein.

Mechanischer Anschluss

Weiterhin erfolgt der mechanische Anschluss je nach Bauform (Quaderförmig, blockförmig) über mehrere Schrauben durch das Gehäuse. Alternativ geschieht die Befestigung über das Einschraubgehäuse (zylinderförmig) durch ein direktes Einschrauben des Sensors.

Beim Einbau mehrerer Sensoren muss der im Datenblatt angegebene Mindestabstand eingehalten werden, um eine gegenseitige Beeinflussung der Sensoren zu verhindern.

Wie kann ein Näherungsschalter ausgelesen werden?

Einfache Aufbauten wie z.B. eine Infrarotdiode in Kombination mit einem Infrarotsensor können relativ mühelos mit einem Mikrocontroller erstellt werden. Meine Wahl des Controllers für diese Aufgabe wäre ein Arduino oder Atmega Mikrocontroller.

In folgendem Video siehst du noch besser, wie eine Schaltung mit einem berührungslosen Sensor funktionieren könnte:

Ein weiteres Beispiel für einen einfachen Aufbau eines Näherungsschalters habe ich auf Instructables gefunden:

http://www.instructables.com/id/Simple-IR-proximity-sensor-with-Arduino/

Was muss beim Einsatz berührungsloser Sensoren beachtet werden?

Achtung: Falls der Näherungsschalter für die Endpositionen einer CNC Maschine eingesetzt wird, sollten aus Sicherheitsgründen auch mechanische Endschalter verbaut werden.

Lies auch: Sicherheit bei CNC Maschinen

Falls nämlich eine Verschmutzung zum Ausfall des kontaktlosen Sensors führt, würde sonst die Maschine die Endpositionen überfahren. Es gibt jedoch berührungslose Sensoren, die eine höhere Robustheit gegenüber Verschmutzung aufweisen, wie z.B.:

• Induktiver Näherungsschalter: für leitfähige Objekte
• Kapazitiver Näherungsschalter: erkennt auch nichtleitfähige Gegenstände

6 Punkte Plan zur Auswahl geeigneter Näherungssensoren

Diese 6 Punkte solltest du dir vor der Auswahl des richtigen Näherungsschalters gut überlegen:

1. Wie groß soll mein Schaltabstand sein? Was ist der Abstand zum erkennenden Objekt?
2. Wie groß soll die Wiederholgenauigkeit sein? Muss der Schalter z.B. auf 0,01 mm genau schalten?
3. Was ist die geeignete Gehäuseform? Wieviel Bauraum ist vorhanden
4. Welche Umgebungseinflüsse sind vorhanden?  (Temperatur, Dichtheitsklasse, Chemikalienbeständigkeit)
5. Handelt es sich um eine sicherheitskritische Anwendung bei der zusätzlich mechanische Schalter verwendet werden sollen?
6. Welche Spannungsversorgung und Auswerteelektronik ist realisierbar?

Weitere Anwendungsbeispiele für Näherungsschalter

Näherungsschalter werden im Maschinenbau in der Fertigung verwendet, um Zustände der Produktionsmaschine (z.B. Klappe auf/zu) oder das Vorhandensein von Werkstücken zu detektieren.

Häufig wird ein Gefahrenbereich durch Lichtschranken vom Bediener abgetrennt. Sobald der Bediener während dem Betrieb der Maschine die Lichtschranke unterbricht, erfolgt ein Notstop der Anlage.

An vielen Consumer Geräten (Handy) und Küchenmaschinen (Elektroherd) befinden sich bereits viele berührungslose Sensoren, welche das Vorhandensein des Fingers detektieren.