Induktivsensoren – Problemlöser mit Zukunft

Für viele Konstrukteure und Maschinenbauer sind induktive Näherungsschalter nichts anderes als messende oder schaltende Schrauben. Doch dieser Vergleich hinkt, sie leisten viel mehr. Sie detektieren nahezu alle metallischen Gegenstände zuverlässig und verschleißfrei und erfassen exakt Positionen von metallischen Objekten in Anlagen.

Induktivsensoren sind aus dem Maschinenbau, aus Produktionsabläufen der Automobilbranche und aus der gesamten Automatisierungstechnik heutzutage nicht mehr wegzudenken. Sie sind einfach wie eine Schraube zu montieren, in Betrieb zu nehmen, zu warten und ermöglichen dank hoher Schaltfrequenzen Prozessabläufe mit großer Geschwindigkeit. Dabei ist ihr Funktionsprinzip so einfach wie genial: In einem elektromagnetischen Wechselfeld vor der aktiven Fläche werden durch Metallteile im Wirkungsbereich Wirbelströme induziert, woraufhin die Sensoren ihren Schaltzustand ändern. Obwohl die Technik heute bereits ein sehr hohes Niveau erreicht hat, sind aber längst noch nicht alle Möglichkeiten ausgereizt. Techniker und Ingenieure tüfteln ständig an neuen Lösungen und so gelangen Jahr für Jahr weitere Sensoren mit verbesserten Eigenschaften und weiteren Features auf den Markt. Sie werden dabei auch immer noch „intelligenter“ und damit zu immer effizienteren Problemlösern in den vielfältigsten Applikationen.

Induktiver M12-Sensor mit erhöhtem Schaltabstand

Schon lange ist das mittelständische Familienunternehmen Balluff, einer der führenden Sensorhersteller am Markt, für seine hohe Kompetenz auf dem Gebiet der induktiven Sensoren bekannt. Und so ist der Name des Unternehmens für viele auch unverrückbar mit diesem Sensortypus verknüpft, obwohl das Produkt-Portfolio noch viel mehr Innovatives zu bieten hat. Bei den Induktivsensoren bietet Balluff aus einer Hand neben zahlreichen Standardausführungen auch eigene Bauformen für spezielle Anwendungen mit den vielfältigsten Funktionen. Technische Features wie Kurzschlussfestigkeit, Überlastschutz oder auch Intelligenz auf kleinstem Raum dank ASIC-Chips sind hier schon seit geraumer Zeit selbstverständlicher Standard. Die Integration eben dieses Chips macht auch eine Vielzahl von Bauteilen überflüssig und reduziert somit nachweislich Ausfälle und Störungen.

Spezialist für raue Umgebungen. Beim M30 Steelface-Sensor besteht das komplette Gehäuse einschließlich der aktiven Fläche aus Edelstahl

Lösungen für raue Umgebungsbedingungen

Um den zahlreichen neuen Anwendungen und Anforderungen gerecht zu werden, hat der Sensorspezialist im Laufe der Zeit spezielle Sensorfamilien von großer Vielfalt geschaffen, wie z. B. die Faktor-1-Sensoren: Sie erfassen mit identischem Schaltabstand Teile aus unterschiedlichen Metallen. Dies bringt vor allem Vorteile, wenn Objekte aus variierenden Werkstoffen zu detektieren sind. Ein weiteres Plus dieser Baureihe ist ihre Störfestigkeit gegenüber magnetischen Gleich- und Wechselfeldern, was primär in Schweiß- oder Induktionshärteanlagen nötig ist. Gerade in solch schwierigen Umgebungen bietet es sich zudem an, auf Varianten der sogenannten Steelface-Sensoren zu setzen, bei denen das komplette Gehäuse einschließlich der aktiven Fläche aus Edelstahl besteht. Sie gibt es optional noch mit Teflon-Beschichtung. Dank dieser speziellen Eigenschaften können diese Näherungsschalter auch in rauen Umgebungen mit einem großen Verschmutzungsgrad durch Schweißspritzer oder Metallspäne eingesetzt werden.

Resistent gegen aggressive Reinigungsmittel

Aber auch außerhalb dieser Umgebung laufen herkömmliche Sensoren Gefahr, verschmutzt oder beschädigt zu werden. In der Lebensmittelindustrie beispielsweise müssen die zur Herstellung benutzten Anlagen meist aufwendig und mit aggressiven Mitteln gereinigt werden, was natürlich auch den verbauten Sensoren zusetzen kann. Für diese Fälle gibt es Proxinox-Sensoren, die aggressiven Reinigungsmitteln sogar in Verbindung mit Hochdruckreinigern trotzen. Sensoren mit Ecolab-Zulassung gehören ebenfalls zum Portfolio. Sind die Anforderungen noch höher, weil es Medien wie Laugen oder Säuren die Stirn zu bieten gilt, gibt es neben Teflon-Beschichtungen auch einen Voll-Teflon-Sensor für sehr extreme Bedingungen.

Hochdruckfeste Sensoren zur Endlagenerfassung von Hydraulikzylindern
Hygienegerechter induktiver Vollteflon-Sensor für extreme Bedingungen

Widerstandsfähig gegen hohen Druck

Man sieht, dass es mehr und mehr auf die Widerstandsfähigkeit in bestimmten Milieus ankommt. Die Anwendungen werden immer spezifischer und die Anforderungen auch, je nach Industrie oder Einsatzgebiet. In Hydraulikzylin- dern oder Ventilen beispielsweise ist es nötig, die Position der Kolben zu erfassen. Hier ist der Sensor ständig in direktem Kontakt mit Öl oder anderen Medien und zudem noch sehr hohem Druck ausgesetzt. Die hierfür erhältlichen Hochdrucksensoren werden direkt im Zylinder eingesetzt und ermöglichen durch spezielle Abdichtungsverfahren sogar extreme Druckfestigkeiten bis zu 500 bar. Eine weitere Herausforderung für Sensoren können sehr hohe Umgebungstemperaturen sein, wie sie häufig in der Stahlproduktion oder bei der Glasherstellung vorkommen. Hochtemperaturfeste Sensoren von Balluff halten sogar Temperaturen bis zu 160 °C stand und sind somit bestens für Schmiede- und Gießereiprozesse geeignet.

Trotz des sehr begrenzten Raums finden alle induktiven Miniatur-sensoren zur Schrittüberwachung im pneumatischen Mini-Schrittmotor Platz

Fit für explosionsgefährdete Bereiche

Zusätzlich zu den schon schwierigen äußeren Umständen können auch noch spezielle Zulassungen für besonders gefahrbringende Umgebungen erforderlich sein. So muss beispielsweise in explosionsgefährdeten Bereichen ge- währleistet sein, dass jegliche Funkenentstehung, sei es durch Defekte oder elektrostatische Aufladung, unterbunden wird. Auch dafür gibt es bei Balluff ein breites Spektrum an Sensoren für die meisten Ex-Kategorien. Besondere Vorteile ergeben sich für den Nutzer mit steigender „Sensorintelligenz“. Diese hilft, Herstellungsprozesse und Abläufe mit weniger Standzeiten und Fehlerbehebungen zu realisieren. Einen großen Beitrag dazu leistet die Implementierung von IO-Link. Die nach IEC 61131-9 zertifizierte vielseitige Punkt-zu-Punkt Verbindung steht für ungehinderten Datenaustausch und hohe Funktionalität unterhalb der Bus-Ebene. Induktivsensoren mit IO-Link-Schnittstelle können quasi per Plug-and-Play über einen IO-Link-Master in ganzheitliche Anlagenkonzepte integriert werden. Neben dem Schaltsignal lassen sich so Zusatzinformationen wie die Geräteidentität, Parameterdaten und Diagnosedaten einfach übertragen. Dies ist im Zuge von Industrie 4.0 besonders interessant, schließlich gewinnt Condition Monitoring immer mehr an Bedeutung und hat sich zum Trend entwickelt.

Neue Generation mit großem Schaltabstand

Ein weiterer Innovations-Beleg ist die neue Tripleprox-Baureihe mit großem Schaltabstand – wenn man so will „Schrauben mit Weitblick“. Neben einem erweiterten Temperaturbereich von bis zu +85 °C und einer erhöhten Schaltfrequenz gibt es nun auch zusätzlich Varianten mit Schutzklasse II und IP68. Durch den erhöhten Schaltabstand sinkt nicht nur das Risiko von mechanischen Beschädigungen, sondern es vereinfachen sich auch der Einbau und die Einstellung, da sich dadurch auch größere Toleranzen ergeben. Variierende Abstände zwischen den zu detektierenden Objekten und Sensoren, sowie die Erkennung von unregelmäßig geformten Teilen, sind nun kein Problem mehr. Auch der Trend zur Miniaturisierung wird mithilfe solcher Weiterentwicklungen weiter vorangetrieben, da schon kleinere Schalter ausreichend große Schaltabstände aufweisen. Als Anwendungen sind neben Standardapplikationen sowohl die Erkennung von wechselnden Teilen als auch das Detektieren durch dicke Beschichtungen oder Verbundstoffe denkbar. Fasst man dies alles zusammen, so sind heutige Induktivsensoren als kleine Multitalente zu sehen. Mit „Intelligenz“ ausgestattet und vernetzt regeln sie Abläufe und sorgen für ein hohes Maß an Automation, das sich durch Features wie Condition Monitoring immer weiter steigern lässt. Das Bild vom Induktivsensor als schaltender „Schraube“ hat endgültig ausgedient. ■ Autor: Henry Mischler, Produktmanager Objekterkennung bei Balluff

Einsatz von Induktivsensoren in der Automobil-Fertigung