Erkennungsmethode und Funktion

Für verschiedene Detektionsaufgaben kommen unterschiedliche Sensorfunktionsprinzipien in Frage. Welches Sensorfunktionsprinzip am besten geeignet ist, ergibt sich für den konkreten Anwendungsfall aus verschiedenen Aspekten: Dazu zählen das Material des zu erfassenden Objekts, die Anwendungsumgebung und die Entfernung, aus der die Erfassung erfolgen soll.

Wenn das zu detektierende Objekt elektrisch leitfähig ist, z. B. aus Metall besteht, und aus nächster Nähe erfasst werden kann, empfiehlt sich ein induktiver Sensor.

Induktive Sensoren funktionieren so, dass der Sensor ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld aussendet. Wenn sich diesem Magnetfeld eine metallische Schaltfahne nähert, wird dem Wechselfeld durch Wirbelstromverluste Energie entzogen. Ferromagnetische Schaltfahnen bewirken zusätzlich Ummagnetisierungsverluste. Diese Verluste werden ausgewertet und der Sensor schaltet bei Erreichen einer definierten Schwelle.

Zu den typischen Anwendungen zählen etwa Positionsüberwachungen aller Art, die Überwachung von Ventilstellungen oder auch die Erfassung von Bandlaufgeschwindigkeiten. Aufgrund der vielfältigen Einsetzbarkeit des physikalischen Wirkprinzips finden sich am Markt entsprechend viele verschiedene Bauformen und Sensorausführungen für spezielle Einsatzbedingungen wieder – etwa Reduktionsfaktor-1-, NAMUR- und Metal-Face-Sensoren oder auch Sensoren mit E1-Typengenehmigung für den Einsatz in Fahrzeugen.

Alternativ einsetzbar sind, abhängig von der Anwendung, z. B. auch folgende Sensorfunktionsprinzipien:

• Kapazitiver Sensor: für die Erfassung von Objekten aus Kunststoff bzw. Papier sowie Flüssigkeiten (ölig oder wässrig), Granulate oder Puder
• Magnetfeldsensor: Objekte, die magnetisch sind oder mit einem Magneten bestückt werden können

Induktive Sensoren arbeiten berührungslos. Sie detektieren Metallobjekte, die sich in ihrem Messfeld befinden, indem sie die Wechselwirkung des Metallobjekts als elektrischem Leiter mit dem ausgesendeten magnetischen Wechselfeld des Sensors nutzen. Im elektrischen Leiter werden Wirbelströme induziert, die dem Feld Energie entziehen und dadurch die Höhe der Schwingungsamplitude beeinflussen.

Das Kernstück des induktiven Sensors ist eine Spule, meist mit einem Ferritkern, der den Austritt des Magnetfelds in eine gezielte Richtung ermöglicht. Der dahinter befindliche Oszillator im Sensor erzeugt mittels Schwingkreis ein magnetisches Wechselfeld, das aus der aktiven Fläche des Sensors austritt. In dem Metallobjekt, das sich im Messfeld befindet, werden Wirbelströme induziert, die dem Oszillator Energie entziehen. Dadurch ändert sich der Signalpegel am Oszillator. Diese Veränderung des Signalpegels schaltet bei binären Sensoren über einen Schmitt-Trigger die Ausgangsstufe. Bei messenden Sensoren beeinflusst diese Veränderung des Signalpegels das analoge Ausgangssignal abhängig von der Objektdistanz. 

Der erste industrietaugliche induktive Näherungsschalter wurde 1958 von Walter Pepperl und Wilfried Gehl entwickelt und in den Markt eingeführt. Die Entwicklung war seinerzeit von der nahegelegenen BASF getrieben. Die BASF wollte die sich für die Erfassung von Gütern damals im Einsatz befindlichen mechanischen Schaltkontakte durch berührungslos schaltende Sensoren ersetzen, die keine Schaltfunken verursachten. Dadurch sollte die Explosionsgefahr maßgeblich reduziert werden. Bereits der erste induktive Näherungsschalter war eigensicher nach NAMUR aufgebaut.

Alle Näherungsschalter bzw. induktiven Sensoren von Pepperl+Fuchs wurden und werden gemäß der einschlägigen Norm IEC / EN 60947 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 5-2: Steuergeräte und Schaltelemente – Näherungsschalter entwickelt, hergestellt und vermarktet.  

Für sicherheitsgerichtete Sensoren von Pepperl+Fuchs gilt zusätzlich die einschlägige Norm Niederspannungsschaltgeräte – Teil 5-3: Steuergeräte und Schaltelemente – Anforderungen für Näherungsschalter mit definiertem Verhalten unter Fehlerbedingungen (PDDB).