Vierfacher Standardschaltabstand – eine technische Herausforderung

Mehrstufige Temperaturkompensation bei induktiven Sensoren

23. September 2006, 14:24 Uhr | Manfred Jagiella, Dr. Sorin Fericean, Michael Friedrich und Albert Dorneich
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Industriegerechte Sensoren mit breitem Einsatzbereich

Dank moderner Fertigungstechnik und ausgereifter, modular einsetzbarer ASICs lassen sich die Näherungssensoren mit vierfachem Standardschaltabstand unter Serienbedingungen herstellen. Angeboten werden zur Zeit Ausführungen im M12-, M8- und D6,5-Gehäuse. Einsatzgebiete dieser Sensoren sind schwerpunktmäßig Applika-tionen mit geringem Platzangebot bei geforderten hohen Schaltabständen. Diese Baureihe realisiert den so genannten „doppelten Schaltabstand“ des Standardschaltabstandes der jeweils nächsthöheren Sensorbauform. Das heißt beispielsweise, dass ein M12-Sensor der Sensorfamile „HyperProx“ denselben Schaltabstand (8 mm) wie ein M18-Sensor der Reihe „DoubleProx“ hat.

Der fast bei allen induktiven Standardsensoren aufgrund der elektromagnetischen Eigenschaften des Bedämpfungsmaterials (nicht ferromagnetisch) gegebene Reduktionsfaktor, der bei Kupfer den Schaltabstand auf ca. 35 % des Nennschaltabstandes reduziert, kann hier teilweise ausgeglichen werden. Auch hier erreicht ein M12-„HyperProx“-Sensor immer noch ca. 3 mm und übertrifft damit deutlich den entsprechenden Sensor der Standardbaureihe.

Das Sensorsystem „HyperProx“ ist robust ausgelegt und damit für den Einsatz in rauher industrieller Umgebung geeignet. Der zulässige Temperaturbereich, die Schutzart IP 67, EMV-Eigenschaften, Schaltfrequenz und Eigenschaften der Ausgangsstufen entsprechen denen eines Standard-Näherungssensors. Die HyperProx-Sensoren sind sowohl mit PNP- als auch mit NPN-Ausgangsstufe lieferbar. Der Steckverbinder erleichtert den elektrischen Anschluss.

Eine Aufgabenstellung, die nur durch den Einsatz eines M12-„HyperProx“-Sensors gelöst werden konnte, gibt es an einem Handlingautomaten. Dort werden Stahlkugeln (d = 3 mm) durch einen Schlauch zugeführt. Es sollte trotz beengter Einbaubedingungen eine Materialstau-Erkennung realisiert werden. Da der Schlauch aber beim Produktionsablauf vibriert, wurden mit einem induktiven Näherungsschalter mit Standardschaltabstand häufig zuviel geförderte Kugeln nicht erkannt. Der Einsatz eines „HyperProx“-M12-Sensors dagegen führte zu einer störungsfreien Erkennung und Zählung aller Kugeln.

Die Entwicklung und das Potential dieser Sensorfamilie sind damit jedoch noch keineswegs am Ende. Für die Zukunft sind noch kleinere Sensoren zu erwarten, die ebenfalls in den Bereich „4-facher Normschaltabstand“ vorstoßen sollen. Induktive Näherungssensoren, die bei 27 mm Länge und nur 3 mm Durchmesser für 1 mm Schaltabstand ausgelegt sind, gibt es bereits heute. Der Außendurchmesser des Sensors ist dabei unwesentlich größer als der des Anschlusskabels, der Schaltabstand fast doppelt so groß wie sonst bei solchen Schaltern üblich. Trotz der geringen Abmessungen sind die gesamte Auswerteelektronik und sogar eine Leuchtdiode zur Anzeige des Schaltzustands integriert. Der Trend zu hohen Schaltabständen bei gleichzeitiger Reduktion der Sensorabmessungen wird sich auch in Zukunft weiter fortsetzen.

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Bild 5. Darstellung des durch TEMPKO 1 und 2 bereits kompensierten Oszillatorausgangssignals UOSZ bei drei signifikanten Temperaturen. TEMPKO 3 korrigiert die Schaltschwelle USCH derart, dass die Schnittpunkte und damit der Schaltabstand sr temperatu

Literatur

[1] DIN EN 60947-5-2: Niederspannungsschaltgeräte, Teil 5 – 2: Steuergeräte und Schaltelemente: Näherungsschalter, 1999.
[2] Balluff Wordwide: Das Sensorprogramm 2001.
[3] Internetseiten über Balluff-Sensoren: www.balluff.de
[4] Fericean, S.; Friedrich, M.; Fritton, M.; Reider, T.: Moderne Wirbelstromsensoren – linear und temperaturstabil. Elektronik 2001, Heft 8, S. 98 bis 103.
[5] Balluff-Patent: Hochempfindlicher Näherungssensor sowie Verfahren zu seinem Abgleich. DE 100 46 147 C1, 2002.
[6] Kurz, G.: Oszillatoren. Hüthig-Verlag, Heidelberg 1994. ISBN 3-7785-2251-5.
[7] Tränkler, H.R.; Obermeier, E. (Hrsg.): Sensortechnik. Springer-Verlag, Berlin 1998. ISBN 3-540-58640-7.
[8] Balluff-Patent: Berührungslos arbeitender Näherungsschalter. DE 41 23 828 C2, 1997.
[9] Balluff-Patent: Proximity Switch Operating in a non-contacting Manner. USA 5, 408, 132, 1995.
[10] Fericean, S.; Friedrich, M.; Reider, T.: Kalibrierung und Kompensation von Näherungsschaltern durch integriertes Teach-in-Verfahren. VDI-Berichte 1530 – Sensoren für Messsysteme, Ludwigsburg 2000.
[11] Balluff-Patent: Berührungslos arbeitender Nährungssensor und Verfahren zu seiner Programmierung. DE 195 27 174 C2, 2002.
[12] Balluff-Patent: Non Contact Proximity Switch and rested Method for Programming it. USA 5,818,129, 1998.
[13] Balluff-Patent: Fühler. EP 0 626 595, 1998.
[14] Balluff-Patent: Inductive Sensor Responsive to the Distance to a Conductive or Magnetizable Object. USA 5,504.425, 1996.
[15] Ansoft Corporation: Maxwell-Simulator. Technical Manuals, 2002.

Autoren

Manfred Jagiella leitet den Geschäftsbereich Sensoren bei der Balluff GmbH in Neuhausen und ist der Initiator des HyperProx-Entwicklungsprojektes.

Dr. Sorin Fericean leitet bei der Balluff GmbH die Abteilung Grundlagenentwicklung des Geschäftsbereichs Sensoren. Dort wurden die theoretischen Grundlagen, das Design und die Optimierung der elektromagnetischen Sensorkomponenten sowie die Entwicklung der neuen Sensorelektronik erarbeitet. Die industrielle Umsetzung in die HyperProx-Sensorfamilie erfolgte danach in der Abteilung Serienproduktentwicklung.

Dipl.-Ing (FH) Michael Friedrich arbeitet bei der Balluff GmbH in der Grundlagenentwicklung des Geschäftsbereichs Sensoren.

Albert Dorneichist in der Grundlagenentwicklung des Geschäftsbereichs Sensoren der Balluff GmbH beschäftigt.

Alfred Goldbacher, Elektronik


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