Objekterkennung – Ausgereifte Sensortechnik für alle ... · Balluff Elektronika Kft. Ungarn Balluff Inc. USA Produktzulassungen werden von nationalen und internationalen Insti-tutionen

ObjekterkennungAusgereifte Sensortechnik für alle Bereiche der Automation

934

Grundlagen und Definitionen

935■ www.balluff.com

Grundlagen und DefinitionenInhalt

Allgemeine Grundlagen

Elektrisch 936

Qualität 937

Mechanisch 940

Spezifische Grundlagen

Optoelektronische Sensoren 942

Ultraschall Sensoren 952

Induktive Sensoren 954

Kapazitive Sensoren 968

Magnetische Zylindersensoren 976

936

Grundlagen und DefinitionenElektrische Eigenschaften

Kleinster Biegeradius

Spezialkabel

Kabeltypen

Das SP-Kabel ist ein strahlenvernetztes PUR-Kabel, das eine gute

Beständigkeit gegenüber Schweißspritzern aufweist. Für hohe

Umgebungstemperaturen werden spezielle temperaturfeste Kabel

verwendet.

Das zulässige Anzugsdrehmoment wird in den Datenblättern oder

auf den Sensorverpackungen angegeben.

Anzugsdrehmomente

PUR-Kabel, PUR-ummantelt

PVC-Kabel, PVC-ummantelt

bewegt unbewegt Kabelschlepp und

Rollenumlenkung

4×D 3×D 4×D...7,5×D nur

bei Leitung „SP“

Anzahl der Leiter ×

Leiterquerschnitt

Außendurchmesser

typisch

2×0,14 mm² 2,5...3,5 mm

2×0,34 mm² 4,5...5,5 mm

3×0,14 mm² 2,7...4,5 mm

3×0,25 mm² 4...5 mm

3×0,34 mm² 4,5...5,5 mm

4×0,25 mm² 4,5...5,5 mm

Anzahl der Leiter ×

Leiterquerschnitt

Außendurchmesser

typisch

2×0,08 mm² 3...4 mm

2×0,14 mm² 3...4,1 mm

2×0,34 mm² 4...5,5 mm

3×0,06 mm² 2...2,5 mm

3×0,09 mm² 2,5...3 mm

3×0,14 mm² 2,5...3,5 mm

3×0,25 mm² 3,5...4,5 mm

3×0,34 mm² 4...5,5 mm

3×0,75 mm² 6,5...7 mm

4×0,14 mm² 3...4 mm

4×0,25 mm² 4...5,5 mm

8×0,25 mm² 6...8 mm

Kabeleigenschaften


Grundlagen und DefinitionenQualität

Allgemeine GrundlagenElektrischMechanisch

Qualität


Qualität und Umwelt

Qualitätsmanagement -

System nach

DIN EN ISO 9001:2008

Umweltmanagement -

System nach

DIN EN ISO 14001:2009

Prüflabor

Balluff Produkte entsprechen

den EU-Richtlinien

Produktzulassungen

Balluff Unternehmen

Balluff GmbH Deutschland

Balluff SIE Sensorik GmbH Deutschland

Balluff Controles Elétricos Ltda. Brasilien

Balluff Sensors (Chengdu) Co., Ltd. China

Balluff Ltd. Großbritannien

Balluff Automation S.R.L. Italien

Balluff Canada Inc. Kanada

Balluff de México S.A. de C.V. Mexiko

Balluff GmbH Österreich

Balluff Sp. z o.o. Polen

Balluff Hy-Tech AG Schweiz

Balluff Sensortechnik AG Schweiz

Balluff S.L. Spanien

Balluff CZ, s.r.o Tschechische Republik

Balluff Elektronika Kft. Ungarn

Balluff Inc. USA

Produktzulassungen werden von nationalen und internationalen Insti-

tutionen vergeben. Mit deren Prüfzeichen bestätigen wir, dass unsere

Produkte den Anforderungen dieser Institutionen entsprechen.

„US Safety System“ und „Canadian Standards Association“

unter Federführung der Underwriters Laboratories Inc. (cUL).

CCC-Zeichen durch die chinesische CQC.

Für Produkte mit Kennzeichnungspflicht wird ein Konformitäts-

bewertungsverfahren entsprechend der EU-Richtlinie durchgeführt

und das Produkt mit dem CE-Zeichen gekennzeichnet.

Balluff Produkte fallen unter folgende EU-Richtlinie:

Balluff Unternehmen

Balluff GmbH Deutschland

Balluff Sensors (Chengdu) Co., Ltd. China

Balluff Elektronika KFT Ungarn

2004/108/EG EMV-Richtlinie

2006/95/EG Niederspannungsrichtlinie gültig für

Produkte mit Versorgungsspannung

≥ 75 V DC/≥ 50 V AC

94/9/EG ATEX-Richtlinie gültig für Produkte

mit Ex-Kennzeichnung

Das Balluff Prüflabor arbeitet nach ISO/IEC 17025 und ist von der

DAkks für Prüfungen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV)

akkreditiert.

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Elektromagnetische

Verträglichkeit (EMV)

Umweltsimulation

Ex-Bereich

Normen

Niederspannungsschaltgeräte EN 60947-5-2/IEC 60947-5-2

NAMUR-Sensoren EN 60947-5-6/IEC 60947-5-6

Schwingen, sinusförmig EN 60068-2-6/IEC 60068-2-6

Schocken EN 60068-2-27/IEC 60068-2-27

Dauerschocken EN 60068-2-29/IEC 60068-2-29

Elektrische Betriebsmittel für explosionsgefährde-

te Bereiche – allgemeine Bestimmungen.

EN 50014

Nachfolger:

Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsge-

fährdete Bereiche – allgemeine Anforderungen.

EN 60079-0

Elektrische Betriebsmittel für explosionsfähige

Bereiche – Eigensicherheit „i“.

EN 50020

Konformität siehe Produktkennzeichnung.

Störaussendungen (Emissionen),

Funkstörspannung und Funkstörstrahlung

von elektrischen Betriebsmitteln

EN 55011

Störfestigkeit gegen Entladung statischer

Elektrizität (ESD)

EN 61000-4-2/IEC 61000-4-2

Störfestigkeit gegen hochfrequente

elektromagnetische Felder (RFI)

EN 61000-4-3/IEC 61000-4-3

Störfestigkeit gegen schnelle transiente

Störgrößen (Burst)

EN 61000-4-4/IEC 61000-4-4

Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Störgrößen,

induziert durch hochfrequente Felder

EN 61000-4-6/IEC 61000-4-6

Störfestigkeit gegen Spannungseinbrüche

und Spannungsunterbrechungen

EN 61000-4-11/IEC 61000-4-11

Stoßspannungsfestigkeit EN 60947-5-2/IEC 60947-5-2

II � EN 60947-5-2/IEC 60947-5-2

IP 60...67 EN 60529/IEC 60529

IP 68 nach BWN Pr. 20 Balluff Werksnorm (BWN): Temperaturlagerung

48 h bei 60 °C, 8 Temperaturzyklen nach

EN 60068-2-14/IEC 60068-2-14 zwischen

den Ecktemperaturen nach Datenblatt,

1 h Wasserlagerung, Isolationsprüfung,

24 h Wasserlagerung, Isolationsprüfung,

8 Temperaturzyklen nach EN 60068-2-14 IEC

60068-2-14 zwischen den Ecktemperaturen nach

Datenblatt, 7 Tage Wasserlagerung, Isolationsprüfung.

P 68 nach BWN Pr. 27 Balluff Werksnorm (BWN): Prüfung für Produkte

zum Einsatz in der Lebensmittelindustrie.

IP 69K DIN 40050 Teil 9: Schutz gegen Eindringen

von Wasser bei Hochdruck- bzw. Dampfstahl-

reinigung.

Sensoren

Schutzklasse

Schutzart



Befestigungsdrehmomente

Gehäusetoleranzen

zylindrischer Sensoren

ohne Gewinde

Baugröße Material Drehmoment

M5×0,5 Edelstahl, rostfrei 3 Nm

M8×1 Edelstahl, rostfrei 15 Nm


M18×1 PBT 1 Nm


M30×1,5 PBT 3 Nm

M30×1,5 Edelstahl, rostfrei 90 Nm

Durchmesser Toleranz

Ø 3 mm –0,1

Ø 4 mm –0,1

Ø 6,5 mm –0,15

Ø 8 mm –0,15

Schutzart

Damit die Sensoren beim Einbau mechanisch nicht zerstört werden,

sind die nachfolgenden Drehmomente zu beachten, soweit keine

anderen Angaben auf dem Datenblatt oder der Sensorverpackung

angegeben sind.

Die Schutzarten werden

nach IEC 60529 angegeben.

Kennbuchstaben IP (International

Protection), Berührungs-,

Fremdkörper- und Wasserschutz

für elektrische Betriebsmittel.

IP 69K

Schutz gegen Eindringen

von Wasser bei Hochdruck-

bzw. Dampfstrahlreinigung

nach DIN 40050 Teil 9.

Erste Kennziffer

2 Schutz gegen Eindringen von

festen Fremdkörpern größer

12 mm, Fernhalten von

Fingern und Gegenständen

4 Schutz gegen Eindringen

von festen Körpern größer

1 mm, Fernhalten von

Werkzeugen und Drähten

5 Schutz gegen schädliche

Staubablager ungen, voll-

ständiger Berührungsschutz

6 Schutz gegen Eindringen von

Staub, vollständiger Berühr-

ungsschutz

Zweite Kennziffer

0 Kein besonderer Schutz

4 Schutz gegen Wasser, das

aus allen Richtungen gegen

das Betriebsmittel spritzt

5 Schutz gegen einen Wasser-

strahl aus einer Düse, der aus

allen Richtungen gegen das

Betriebsmittel gerichtet wird

7 Schutz gegen Wasser, wenn

das Betriebsmittel (Gehäuse)

zeitweilig untergetaucht wird

8 Schutz gegen Wasser beim

dauernden Untertauchen

Allgemeine GrundlagenElektrischMechanisch

Qualität


940

Grundlagen und DefinitionenMechanische Eigenschaften

Werkstoff Verwendung und Eigenschaften

Kunststoffe

ABS Acrylnitril-Butadien-Styrol Schlagzäh, steif, eingeschränkte Chemiekalienbeständigkeit.

Manche Typen flammhemmend. Werkstoff für Gehäuse.

AES/CP Acrylnitril-Ethylen-Propylen-Styrol Schlagzäh, steif, eingeschränkte Chemiekalienbeständigkeit. Werkstoff für Gehäuse.

EP Epoxidharz Duromer, Pressmasse, höchste mechanische Festigkeit und Temperaturbeständigkeit.

Sehr gute Maßhaltigkeit. Unschmelzbar.

Epoxidharz-Glashohlkugel Glashohlkugeln können mit Epoxidharzen verarbeitet werden. Sie werden zur Herstellung

von Wandlern mit geringer Dichte und hoher Druckfestigkeit verwendet.

FEP Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen Hohe Temperaturbeständigkeit bis 180 °C, Isolationswerkstoff für Kabel.

LCP Liquid Crystalline Polymer Hohe mechanische Festigkeit und Temperaturbeständigkeit.

Sehr gute Chemikalienbeständigkeit. Inhärent flammwidrig.

PA Polyamid Hohe Schlagzähigkeit, gute Chemikalienbeständigkeit.

PA 6, PA 66, PA mod., PA 12 Polyamid Gute mechanische Festigkeit. Temperaturbeständigkeit.

PA 12 ist im Lebensmittelbereich zugelassen.

PA transp. Polyamid transparent Transparent, hart, steif. Gute Chemikalienbeständigkeit.

PBT Polybutylenterephtalat Hohe mechanische Festigkeit und Temperaturbeständigkeit. Manche Typen

flammhemmend. Gute Chemikalienbeständigkeit. Gute Ölbeständigkeit.

PC Polycarbonat Klar, hart, elastisch und schlagzäh. Gute Temperaturbeständigkeit.

Eingeschränkte Chemikalienbeständigkeit.

PEEK Polyetheretherketon Thermoplast. Sehr hohe Festigkeit und Temperaturbeständigkeit. Gute Chemikalien-

beständigkeit. Sterilisierbar und gute Beständigkeit gegen ionisierende Strahlung.

PEI Polyetherimid Hohe mechanische Festigkeit bei sehr guter Temperaturbeständigkeit.

Gute chemische Beständigkeit auch bei vielen Lösungsmitteln.

Transparent mit bernsteingelber Eigenfarbe (nicht pigmentiert).

PET Polyethylenterephtalat Hohe Bruchfestigkeit, gute Formbeständigkeit.

Einsatz häufig im Lebensmittelbereich.

PMMA Polymethylmethacrylat Klar, transparent, hart, kratzfest, UV-beständig, vorwiegend für optische Anwendungen.

POM Polyoxymethylen Hohe Schlagzähigkeit, gute mechanische Festigkeit. Gute Chemikalienbeständigkeit.

Werkstoffe


Grundlagen und DefinitionenMechanische Eigenschaften

Werkstoff Verwendung und Eigenschaften

Kunststoffe

PP Polypropylen Sehr gute elektrische Eigenschaften. Schlagfest, zäh, mechanisch belastbar.

Sehr niedrige Wasseraufnahme. Gute bis sehr gute Chemikalienbeständigkeit.

PPE Polyphenylenether Zäh, steif, hohe mechanische Festigkeit über einen weiten Temperaturbereich.

Gute chemische Beständigkeit. Gute Heißwasserbeständigkeit.

PSU Polysulfon Hohe Temperaturbeständigkeit, hohe Schlagzähigkeit, gute Chemikalienbeständigkeit,

FDA-zugelassen (lebensmittelecht).

PTFE Polytetraflourethylen Beste Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit, FDA-zugelassen (lebensmittelecht).

PUR Polyurethan Elastisch, verschleißfest, schlagzäh. Gut beständig gegenüber Ölen, Fetten,

Lösungsmitteln (Dichtungen und Kabelmäntel).

PVC Polyvinylchlorid Gute mechanische Festigkeit und Chemikalienbeständigkeit (Kabel).

PVDF Polyvinylidenfluorid Thermoplast. Hohe Temperaturbeständigkeit und mechanische Festigkeit.

Gute Chemikalienbeständigkeit (ähnlich PTFE).

Metall

Al Aluminium Knetlegierung Standard-Aluminium für spanende Formgebung. Eloxierbar.

Werkstoff für Gehäuse und Befestigungsteile.

CuZn Messing Standard-Gehäusematerial mit Oberflächenschutz.

Edelstahl rostfrei Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit. Qualität 1.4034, 1.4104:

Standard-Werkstoff; Qualität 1.4305, 1.4301: Standard-Werkstoff für den Lebensmittel-

bereich; Qualität 1.4401, 1.4404, 1.4571: Für den Lebensmittelbereich mit erhöhten

Anforderungen an Chemikalienbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen.

GD-Al Aluminium-Druckguss Geringes spezifisches Gewicht. Gute Festigkeit und Beständigkeit.

Manche Typen eloxierbar.

GD-Zn Zink-Druckguss Gute Beständigkeit und Festigkeit. Meistens mit Oberflächenschutz.

Sonstige

Glas Gute chemische Beständigkeit und Festigkeit. Vorwiegend

für optische Anwendungen (Linsen, Abdeckscheiben).

Keramik Sehr gute Festigkeit und chemische Beständigkeit.

Elektrisch isolierend. Ausgezeichnete Temperaturbeständigkeit.

Allgemeine GrundlagenElektrisch

MechanischQualität


942

Grundlagen und DefinitionenOptoelektronische Sensoren

Der Alarmausgang am Empfänger (PNP open collector – 30 mA)

löst ein Warnsignal bei Funktionsstörungen aus, die durch Ver-

schmutzung oder mechanische Dejustierung verursacht werden

können. Der Alarmausgang ist aktiviert, wenn das Empfangssignal

für eine definierte Zeit im Alarmbereich liegt.

stabil

instabil

stabil

Schalt-

schwelle

Stabilität (grüne LED)

Alarm

Alarmausgang

Bei den Baureihen BOS 18M Teach-in und BOS 65K ist die komplet-

te Familie, auch Lichttaster und Reflexionslichtschranke, mit einem

Alarmausgang ausgestattet.

Der Ausschaltverzug ist die Dauer, die ein Sensor zum Ansprechen

benötigt, wenn die Messplatte bei Faktor 0,5 der Strahlungsleistung

den Erfassungsbereich verlässt.

Ausschaltverzug

Empfänger

Sender

Strahlteilerspiegel

Erfassungs-

bereich

LinseReflektor

Sender und Empfänger arbeiten mit einer gemeinsamen Linse. Das

Sendelicht geht durch den Strahlteiler und die Linse zum Reflektor.

Der Reflektor wirft das Sendelicht in sich zurück zur Linse. Dadurch

haben Reflexionslichtschranken, die mit Autokollimation arbeiten, ein

kleines und rundes Strahlprofil. Weitere Vorteile: kein Totbereich für

die Abtastung bzw. für den Reflektor, bessere Kleinteileerkennung,

Schaltverhalten unabhängig von der Anfahrrichtung.

Autokollimation

Dunkelschaltung

nach DIN 44030

Lichtempfänger Verstärker Verbraucher

unbeleuchtet durchgesteuert eingeschaltet

beleuchtet nicht durchgesteuert ausgeschaltet

Der Einschaltverzug ist die Dauer, die ein Sensor zum Ansprechen

benötigt, wenn die Messplatte bei Faktor 2 der Strahlungsleistung in

den Erfassungsbereich eindringt.

Einschaltverzug

Ein Sensor mit analogem Ausgang schaltet nicht bei einer bestimm-

ten Tastweite. Sein analoger Ausgang gibt ein abstandsabhängiges

Ausgangssignal aus. Die Ausgangsspannung steht in Relation zum

Objektpunkt im Tastbereich. Messsysteme arbeiten mit dem gleichen

Prinzip wie Sensoren mit Hintergrundausblendung.

In einem bestimmten Bereich (Messbereich) erzeugen sie ein lineares

Ausgangssignal.

Distanzsensoren

mit analogem Ausgang



Das Fremdlicht ist der Lichtanteil, der vom Empfänger empfangen

wird, jedoch nicht vom zugehörigen Sender stammt.

Fremdlicht

Einweglichtschranken bestehen aus getrennten Sender- und Emp-

fängereinheiten, die zu beiden Seiten der Taststrecke gegeneinan-

der ausgerichtet sein müssen. Ein Tastgegenstand unterbricht den

Lichtstrahl und bewirkt im Empfänger, unabhängig von der Beschaf-

fenheit der Oberfläche, eine Umschaltung, d. h. eine Änderung des

Ausgangssignals. Bei ungünstigen Bedingungen (z. B. Staub, Nässe,

Öl) erzielt man mit Einweglichtschranken die besten Ergebnisse.

Reichweiten bis zu 50 m können erzielt werden.

Tastobjekt

Sender Empfänger

Einweglichtschranke

Sensoren zur Farberkennung detektieren Objekte anhand ihrer

Farbe. Der Sensor wird so eingestellt, dass er ein Objekt mit einer

bestimmten Farbe erkennt. Andersfarbige Objekte erzeugen dann

kein Schaltsignal.

Farberkennung

Polyurethanmantel

■ Temperatur T = +85 °C

■ ausgezeichnete

chemische Beständigkeit

■ flexibel

■ keine Versprödung durch

Öle und Kühlemulsionen

Metallwellschlauch,

silikongemantelt


■ sehr flexibel

■ trittfest

■ sterilisierbar

Metallschlauch


■ beständig gegen heiße Späne

■ flexibel

■ trittfest

Faseroptiken werden aus Glas oder Kunststoff mit einem Durchmes-

ser bis unter 50 μm hergestellt und in Bündeln von mehreren hundert

Einzelfasern zu sogenannten Faseroptiken zusammengefasst. Die

Faserenden sind entsprechend den Qualitätskriterien der optischen

Industrie geschliffen und poliert.

Die Einzelfasern sind mit einem festhaftenden Gleitmittel, einer

"Schliche", hauchdünn beschichtet. Sie vermindert die Reibung zum

Außenmantel und zwischen den Fasern, sodass auch bei dauernder

Biegebelastung Faserbrüche so gut wie nicht mehr auftreten. Die

Übertragungs eigen schaften sind dadurch über eine lange Zeitspan-

ne garantiert.

Die Enden der Bündel sind mit der Anschlusshülse und dem Mantel

vergossen. Balluff Faseroptiken entsprechen da durch der Schutz-

art IP 67 (Metallschutzschlauch IP 65). Feuchtigkeit und aggressive

Medien können deshalb weder Fasern noch Schliche beschädigen

und daher die optischen Eigenschaften nicht verschlechtern.

Axiale Zugkräfte werden so auf alle Fasern gleichmäßig verteilt und

die Einzelfasern vor unzulässigen Zugbelastungen geschützt.

Faseroptiken

Um einen kleineren Lichtfleck zu erreichen, wird der Lichtstrahl des

Senders durch Linsen fokussiert. Durch die Fokussierung und den

daraus entstehenden Lichtspot sind die Schalter besser zur Erken-

nung von kleinen Teilen und von Details geeignet. Die Fokussierung

wird häufig bei Lichttastern mit Hintergrundausblendung und bei

Reflexionslichtschranken verwendet.

Fokussierung


Spezifische GrundlagenOpto- elektronische SensorenUltraschall Sensoren

Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren

Magnetische Zylindersensoren

944


Hellschaltung

nach DIN 44030

Lichtempfänger Verstärker Verbraucher

beleuchtet durchgesteuert eingeschaltet

unbeleuchtet nicht durchgesteuert ausgeschaltet

Die Hysterese ist der Abstand zwischen den Schaltpunkten bei einer

sich dem Optoschalter nähernden und sich wieder entfernenden

Messplatte.

Hysterese

Hintergrundausblendung

(HGA)

Durch die HGA werden Objekte innerhalb eines eingestellten

Schaltabstandes erkannt, ohne vom reflektierenden Hintergrund

beeinträchtigt zu werden und nahezu unabhängig von Farbe und

Oberfläche des Objekts (Objektreflexion).

HGA wird erreicht, indem sich die Strahlkeule von Sender und

Empfänger überschneiden. Dadurch teilt sich das Sichtfeld in einen

aktiven Bereich und den Hintergrund. Zusätzlich wird durch die Tei-

lung des Empfängers in mindestens zwei eng angrenzende Bereiche

(z. B. durch Verwendung einer Doppeldiode oder eines PSD-Ele-

ments) und durch eine geometrische Anordnung (Triangulation) die

Positionsbestimmung des Objekts im Tastbereich erreicht. Dadurch

können Objekt und Hintergrund sicher unter-schieden werden. Licht-

taster mit HGA zeichnen sich durch eine geringe Grauwertverschie-

bung und Hysterese aus.

Als Kodak-Graukarte bezeichnet man die Norm-Messplatte opto-

elektronischer Sensoren. Es ist eine Kartonscheibe, deren Oberflä-

che eine definierte Reflektivität aufweist. Die Seite mit 90 % Reflexion

dient zur Reichweitenbestimmung von Lichttastern, mit 18 %

Reflexion zur Ermittlung der Grauwertverschiebung.

Kodak-Graukarte

Grauwertverschiebung ist die Abstandsdifferenz des Schaltpunktes

bei einer Einstellung mit unterschiedlichen Objektreflektivitäten. Mit

Kodak-Graukarte 90 % Reflexion wird der Sensor auf einen Abstand

eingestellt. Mit der Kodak-Graukarte 18 % Reflexion wird der damit

erreichte Abstand gemessen. Die Differenz dieser beiden Schalt-

punkte in % wird als Grauwertverschiebung bezeichnet. Je kleiner

die Grauwertverschiebung, desto farbunabhängiger arbeitet der

Sensor.

Grauwertverschiebung

Gabellichtschranken sind Einweglichtschranken, bei denen Sender

und Empfänger in einem U-förmigen Gehäuse einander gegenüber

angeordnet sind. Durch die Gehäuseform vereinfachen sich Ausrich-

tung und elektrischer Anschluss. Unterschiedliche Reichweiten erhält

man durch verschiedene Gehäuseausführungen. Gabelweiten von

5...220 mm sind in verschiedenen Abstufungen möglich. Durch das

vorhandene Potenziometer und die eingebauten Blenden lassen sich

die Gabellichtschranken ohne Probleme so einstellen, dass Teile bis

zu einem Durchmesser von 60 μm erkannt werden können.

Gabellichtschranke



Licht wird in vielen Bereichen der Technik und des täglichen Lebens

in Steuerungs- und Regeleinrichtungen als Sensormedium eingesetzt.

Dabei wird eine Änderung der Lichtintensität auf einer optischen

Strecke (zwischen Sender und Empfänger) ausgewertet, die durch

ein Tastobjekt hervorgerufen wird. Je nach Beschaffenheit dieses

Objekts und dem Aufbau der optischen Strecke wird dabei der Licht-

strahl unterbrochen oder reflektiert bzw. gestreut.

Als Sender werden überwiegend Hochleistungs-Rotlicht-LEDs und

als Empfänger Fotodioden verwendet. Rotlicht-LEDs werden ein-

gesetzt, weil der Lichtstrahl und der Abtastpunkt visuell erfasst und

leichter einjustiert werden können.

Für die verschiedenartigen Einsatzbedingungen bietet Balluff drei

Sensorvarianten an: Lichttaster, Reflexionslichtschranken und Ein-

weglichtschranken.

Licht als Sensormedium

Korrekturfaktoren

(für Lichttaster)

Für Objekte mit anderen Reflexionseigenschaften kann diese Weite

mit den angegebenen Korrekturfaktoren bestimmt werden (siehe

Tabelle).

Korrekturfaktor Tastobjekt, Oberfläche

1 Papier, weiß, matt 200 g/m²

1,2...1,6 Metall, glänzend

1 Styropor, weiß

0,6 Baumwollstoff, weiß

0,5 PVC, grau

0,4 Holz, roh

0,3 Karton, schwarz, glänzend

0,1 Karton, schwarz, matt

Zweck der Laserschutzklassen ist, Personen vor Laserstrahlung

durch Angabe von Grenzwerten zu schützen. Daher werden die

verwendeten Laser in ein Klassifizierungsschema eingestuft, das

auf die Gefährdung bezogen ist. Die für die Einstufung relevanten

Berechnungen und zugehörigen Grenzwerte sind in der Norm

EN 60825-1:2001-11 beschrieben. Die Eingruppierung bezieht sich

auf eine Kombination von Ausgangsleistung und Wellenlänge, unter

Berücksichtigung von Emissionsdauer, Anzahl der Impulse und

Winkelausdehnung.

Balluff Sensoren arbeiten in folgenden Laserschutzklassen:

Klasse 1: Ungefährlich, keine Schutzmaßnahmen.

Klasse 2: Niedrige Leistung, Lidschlussreflex reicht zum Schutz aus.

Bei Geräten der Schutzklasse 2 schützt sich das Auge selbst durch

den Lidschlussreflex vor zu langem Blicken in den Strahl. Laserwarn-

schilder auf dem Gerät und eventuell noch an der Maschine, in der

ein Laser im Einsatz ist, genügen. Weitere Schutzmaßnahmen sind

nicht erforderlich. Beim Einsatz von Geräten der Schutzklasse 1 und

2 ist kein Laserschutz-Beauftragter im Betrieb nötig.

Laser, Laserschutzklasse



Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


Die Anschlüsse des Ausgangs können auf ein falsches Potenzial ge-

legt werden, ohne den Sensor zu zerstören.

Kurzschlussschutz

946


Lichtleitung

durch Totalreflexion

Ohne die oben beschriebene Totalreflexion an Grenzschichten

wären Faseroptiken in der heutigen Qualität nicht realisierbar. Sie

bestehen aus einem zylindrischen lichtleitenden Kern und einem ihn

fest umschließenden dünnwandigen Mantel. Die optische Dichte n

des Kerns ist größer als die des Mantels. Ein Lichtstrahl wird an der

Trennschicht zwischen Kern und Mantel immer wieder total reflek-

tiert und kann deshalb den Kern in radialer Richtung nicht verlassen.

Theoretisch wird das Licht durch diese Reflexionen nicht geschwächt;

Verunreinigungen und Fehlstellen sowohl im Kernmaterial als auch

in der Trennschicht verursachen jedoch Verluste und begrenzen die

Faseroptik-Länge, bei der eine gesicherte Informationsübertragung

gewährleistet ist.

Sender/

Empfänger

AnfahrkurveSender-/Empfän-

gerkeule

Normplatte 90 % Reflexion

Bei Lichttastern sind Sender und Empfänger in einem Gehäuse

untergebracht. Die Ausrichtung auf ein Tastobjekt ist weitgehend

unkritisch. Ein Tastobjekt (z. B. eine Normplatte mit 90 % Reflexion)

wirft im Bereich des Lichtstrahls durch diffuse Reflexion an seiner

Oberfläche einen Teil des Lichts zum Empfänger zurück. Erreicht

die Normplatte die Anfahrkurve (siehe Bild), ändert sich das Aus-

gangssignal. Die Tastweite hängt von Größe, Form, Farbe und

Beschaffenheit der reflektierenden Objektoberfläche ab. Bei einer

Kodak-Graukarte mit 90-%iger Reflexion (~ weißes Papier) können

bis zu 2 m erreicht werden.

Lichttaster

Um unsichtbare Marken auf Objekten abzufragen, verwendet man

sogenannte fluoreszierende Stoffe (in speziellen Kreiden, Tinten,

Lacken usw. enthalten), die nur mit ultraviolettem Licht (UV) sichtbar

gemacht werden können. Die fluoreszierenden Stoffe wandeln das

unsichtbare UV-Licht (kurzwellig, hier 380 nm) in sichtbares Licht

(zwischen blau 450 nm und dunkelrot 780 nm). Dieser Effekt heißt

Photolumineszens. Das sichtbare Licht kann dann wie üblich vom

Empfängerteil des Sensor erkannt werden.

Lumineszenz

Die zulässige Luftfeuchtigkeit beträgt 35 bis 85 % (nicht kondensiert).Zulässige Luftfeuchtigkeit

Lichtbrechung Lichtstrahlen erfahren an der Grenzfläche zweier optischer Medien

mit unterschiedlicher optischer Dichte n (z. B. Glas/Luft) eine

Richtungsänderung, d. h. eine Brechung. Der Grad der Brechung

ist abhängig von dem Quotienten der optischen Dichten n beider

Medien und vom Einfallswinkel ε zur optischen Achse.

Wechselt ein Lichtstrahl von einem dichten Medium n in ein

dünneres n', so verläuft er dort unter einem größeren Winkel ε'.

Oberhalb εcrit. (Grenzwinkel, bei dem der gebrochene Strahl parallel

zur Grenzschicht verläuft) tritt er jedoch wieder in das Medium mit

der Dichte n ein, d. h., hier liegt eine Totalreflexion vor.

Totalreflexion



Wann braucht man sie?

Ein Teil des Senderlichts von Reflexionslichtschranken wird von

Tastobjekten mit glänzenden Oberflächen (z. B. aus Weißblech, Edel-

stahl oder Aluminium) direkt zum Empfänger reflektiert. Einfache

Reflexionslichtschranken können deshalb reflektiertes Objektlicht und

Reflektorlicht nicht sicher unterscheiden. Fehl-Erkennungen können

deshalb nicht ausgeschlossen werden. Balluff Reflexionslichtschran-

ken sind aus diesem Grund alternativ mit Polarisationsfiltern

ausgerüstet, die zusammen mit einem Balluff Reflektor, einem

optisch aktiven Prismenspiegel, eine selektive Barriere gegen

das reflektierte Objektlicht bilden, jedoch das Reflektorlicht passieren

lassen.

Polarisationsfilter (Polfilter)

Wie funktionieren sie?

Licht besteht aus einer Vielzahl von Einzelstrahlen, die alle sinusför-

mig um ihre Ausbreitungsachsen schwingen. Ihre Schwingungsebe-

nen sind jedoch unabhängig voneinander und können jede beliebige

Winkellage annehmen (siehe Bild).

Treffen sie auf einen Polarisationsfilter (feines Liniengitter), so werden

nur die parallel zu der Gitterebene schwingenden Strahlen durchge-

lassen, die senkrecht dazu schwingenden aber ganz gelöscht. Von

allen anderen Schwingungsebenen wird nur jeweils der Anteil durch-

gelassen, der der parallelen Komponente entspricht.

Zum Ausblenden von Spiegelreflexionen

Hinter dem Filter schwingt das Licht nur noch parallel zur Polari-

sationsebene. Für dieses Licht ist ein weiterer um 90° gedrehter

Polarisationsfilter eine nichtdurchdringbare Barriere.

Mit je einem um 90° gedrehten Polarisationsfilter vor der Sender-

und der Empfängeroptik einer Reflexionslichtschranke kann man

also verhindern, dass reflektiertes Licht von einem spiegelnden

Tastobjekt das Signal des Fotoempfängers verfälscht.

Zum sicheren Erkennen von spiegelnden Tastobjekten

Dagegen wird das vom Tripelspiegel reflektierte Licht, dessen Polari-

sationsebene wie oben beschrieben um 90° gedreht ist, von diesem

Filter ungehindert durchgelassen.

Der Empfänger einer Reflexionslichtschranke wird dadurch auch

beim Durchlauf eines spiegelnden Tastobjekts voll abgedunkelt und

erkennt das Objekt mit hoher Sicherheit.



Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


948


ReflektorSender/

EmpfängerTastobjekt

Bei Reflexionslichtschranken befinden sich Sender und Empfänger

in einem Gehäuse. Ein Reflektor auf der gegenüberliegenden Seite

der Taststrecke wirft das Licht des Senders wieder zum Empfänger

zurück.

Ein Tastobjekt unterbricht den reflektierten Lichtstrahl und bewirkt

eine Änderung des Ausgangssignals. Bei spiegelnden Oberflächen

empfiehlt es sich, das vom Objekt reflektierte Licht mit einem

Polarisationsfilter vor der Empfängeroptik auszublenden, um damit

eventuellen Fehlsignalen vorzubeugen.

Reflexionslichtschranke

Eine diffuse Reflexion tritt an einer unebenen und rauen Ober-

fläche auf. Sie kann durch eine Vielzahl schlecht reflektierender und

unterschiedlich ausgerichteter Miniaturspiegel veranschaulicht wer-

den. Einfallendes Licht wird an einer solchen Fläche breit gestreut.

Die Reflexionsverluste sind um so höher, je matter und dunkler die

Fläche ist. Lichttaster z. B. erkennen diffus reflektiertes Licht von

Tastobjekten.

Reflexion Was ist das?

Lichtstrahlen breiten sich im freien Raum geradlinig aus. Treffen sie

auf einen Körper, so werden sie reflektiert. Je nach Oberflächen-

beschaffenheit des Körpers unterscheiden wir folgende Reflexions-

arten: Totalreflexion, Retroreflexion und diffuse Reflexion.

Die Totalreflexion tritt an einer hochglänzenden (spiegelnden)

Fläche auf. Der Eintrittswinkel eines Lichtstrahls ist dabei gleich dem

Ausfallwinkel (�I = �E ). Die Reflexionsverluste sind im Idealfall ver-

nachlässigbar.

Die Retroreflexion wird an zwei senkrecht zueinander stehenden

Spiegeln bewirkt. Ein Lichtstrahl wird durch Doppelspiegelung wie-

der in die gleiche Richtung zurückgeworfen. Der Einfallswinkel kann

dabei in einem relativ großen Bereich verändert werden.

Das oben beschriebene zweidimensionale Prinzip der Retrorefle-

xion kann auf ein räumliches System mit drei Spiegeln übertragen

werden, die senkrecht zueinander angeordnet sind (eine Ecke eines

auf der Spitze stehenden Würfels). Ein Lichtstrahl wird darin an allen

drei Flächen total reflektiert und tritt parallel zum einfallenden Strahl

wieder aus.

Man nennt Tripelspiegel optisch aktiv, weil sie zusätzlich die

Polarisationsebene des reflektierten Lichtstrahls um 90° drehen.

Diese Eigenschaft ermöglicht erst zusammen mit einem Polarisa-

tionsfilter ein sicheres Erkennen von spiegelnden Tastobjekten

mit Reflexionslichtschranken.

Reflektoren

(Optisch aktive Tripelspiegel)

Je sechs Tripelspiegel sind zu einem Sechseck zusammengefasst

und wabenförmig nebeneinander angeordnet. Ihre Ausrichtung auf

den Lichtstrahl ist dadurch unproblematisch. Sie werden in der Regel

aus Kunststoffen mit hoher optischer Dichte in Platten gespritzt oder

in flexible Folien gepresst.



Schaltabstand s Der Schaltabstand ist der Ab-

stand zwischen der Normplatte

und der aktiven Fläche des

Lichttasters beim Signalwechsel

(nach EN 60947-5-2).

Blindzone Die Blindzone ist der Bereich

zwischen aktiver Fläche und

Mindestschaltabstand, in dem

ein Tastobjekt nicht erkannt

werden kann.

Erfassungsbereich sd Der Erfassungsbereich ist der

Raum, in dem der Schaltabstand

eines optoelektronischen Sen-

sors zur Normplatte eingestellt

werden kann.

120 %

Kod

ak-G

raukart

e

sn

sr

su

sd

80 %

Blin

dzone

0 %

aktive F

läche

135 % 100 %

Optoelektronische Sensoren ver-

wenden hauptsächlich folgende

Sendebauteile:

■ Rotlicht-LED: sichtbares

Licht, gut als Ausrichthilfe und

zur Sensorjustage.

■ Infrarot-LED (IR): unsicht-

bare Strahlung mit hoher

Energie.

■ Rotlicht-Laser: sichtbares

Licht, durch physikalische

Eigenschaften des Lasers

optimal für Kleinteileerkennung

und hohe Reichweiten.

Sendelicht



Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


950


Triangulation Bei einer Triangulation schneiden sich Sender- und Empfängerkeule

einer Lichtschranke in einem spitzen Winkel. Nur in dem Bereich,

in dem sich die Keulen überdecken, wird ein Tastobjekt erkannt.

Das Senderlicht, das von Objekten außerhalb dieser begrenzten

Zone reflektiert bzw. gestreut wird, kann vom Fotoempfänger nicht

registriert werden.

Mit der Triangulation können relativ kleine Abstandsänderungen er-

kannt werden (z. B. Nuten, Absätze an Wellen). Form und Farbe des

Objektes haben geringen Einfluss.

Sender

Empfänger

Tastobjekte

Sensoreinstellungen werden bei Teach-in-Sensoren nicht mehr mit

Potenziometer oder Schiebeschaltern vorgenommen. Alles wird über

Tastendruck gesteuert. Der bei Teach-in-Sensoren integrierte Mikro-

controller ermöglicht die komplette Steuerung des Einstellvorgangs

durch Tastendruck. Durch definierte Einstellschritten entsteht

der Vorteil, dass der Sensor nicht in einem unsicheren Bereich einge-

stellt werden kann. Der Mikrocontroller übernimmt auch die Steuerung

der Verschmutzungsanzeige und des Verschmutzungsausgangs.

Eine Vielzahl der Balluff Teach-in-Schalter verfügten über eine Fern-

bedienung; der Einstellvorgang über Teach-in kann über Kabel auch

von extern ausgelöst werden.

Teach-in

Die Temperaturdrift ist die Schaltpunktverlagerung bei Temperatur-

änderung in % von sr.

Temperaturdrift

Der Testeingang des Senders unterbricht seine Lichtimpulse und

ermöglicht dadurch die Funktionsprüfung von Sender und Empfän-

ger. Wird Test+ verwendet, muss Test– auf 0 V und wenn Test– ver-

wendet wird, muss Test+ auf 10...30 V gelegt werden. Der Empfän-

ger-Ausgang muss jedes Mal schalten, wenn am Testeingang eine

Spannung von 10...30 V DC (Test+) bzw. 0 V DC (Test–) vorliegt. Bei

Verschmutzung oder Dejustage der optischen Achse erreichen die

Sendeimpulse den Empfänger nur unzureichend oder gar nicht. Da-

durch schaltet der Ausgang nicht, obwohl der Testeingang aktiviert

ist. Die Testfunktion entspricht einer Fernüberwachung der Licht-

schranke und ermöglicht eine vorbeugende Systemkontrolle.

Testeingang

Die Transmission ist ein Maß für die Lichtdurchlässigkeit eines

Mediums. Sie ist definiert als das Verhältnis von durchgelassenem zu

eingestrahltem Licht (in %). Von diffuser Transmission spricht man,

wenn das Licht dabei ganz oder teilweise gestreut wird.

Transmission

Lichttaster Hintergrundausblendung Reflexionslichtschranke Einweglichtschranke

Bemessungsschaltabstand sn 100 mm 200 mm 400 mm 1 m 2 m 120 mm 250 mm 1,1 m 2 m 4 m 8 m 5 m 8 m 16 m 50 m

Realschaltabstand (in % von sn) 125 125 125 135 150 135 135 135 150 150 150 150 150 150 150

Schalthysterese (in %) ≤ 20 ≤ 20 ≤ 25 ≤ 15 ≤ 15 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 1 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 10 ≤ 15 ≤ 15 ≤ 15 ≤ 15

Ø der Ansprechkeule bei sn/2 typ. (mm) 20 25 150 300 300 6 10 25 50 100 150

Ø des aktiven Bereiches (mm) 8 12 12 20

Technische Daten, allgemein



Ausgang

(rote LED)

dunkels

chaltend

hells

chaltend

stabil

instabil

stabil

Schalt-

schwelle

Stabilität

(grüne LED)

Die Verschmutzungsanzeige (grün) leuchtet im sicheren Bereich auf,

wenn die Eingangsenergie die Schwellenenergie um mindestens

30 % über- bzw. unterschreitet.

Die Schwellenenergie, bei der ein Signalwechsel am Ausgang be-

wirkt wird, ist mit 100 % definiert.

Daraus ergibt sich der sichere Bereich:

■ wenn das Eingangssignal mindestens 130 % der

Schwellenenergie überschreitet

■ wenn das Eingangssignal mindestens 70 % der Schwellenenergie

unterschreitet.

Verschmutzungsanzeige

Verschmutzungsgrad Reine Luft Ideale Einsatzbedingungen

Leichte Verunreinigung Relativ saubere Luft in Innenräumen

Geringe Verunreinigung Werkstatt- und Lagerräume

Mittlere Verunreinigung Staubige und dunstige Umgebung; Schaltabstand

reduziert sich auf s = 0,5 su

Hohe Verunreinigung Starke Niederschläge, aufgewirbelte Flocken und

Späne: Funktionsausfall des Optosensors möglich.

Höchste Verunreinigung Kohlenstaub, der sich auf der Linse niederschlägt.

Funktionsausfall des Optosensors möglich.

Umgebungstemperatur Die Umgebungstemperatur ist der Temperaturbereich, in dem

die Funktion des Optoschalters garantiert ist. Balluff Standard:

–15 °C ≤ Ta ≤ +55 °C

Verschmutzung (Einfluss auf

den Ansprechbereich)

Eine Verschmutzung verkleinert den angegebenen Ansprechbereich

von Sensoren und Faseroptiken gegenüber reiner Luft, weil die

Schmutz- und Staubpartikel:

■ sich auf den Linsen ablagern und

deren Lichtdurchlässigkeit verschlechtern,

■ Licht im Strahlgang absorbieren und streuen.

Mit einer ölfreien Freiblaseinrichtung kann die Beeinträchtigung

durch stark verunreinigte Luft verhindert werden.



Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


Anschlüsse der Spannungsversorgung können vertauscht werden,

ohne den Sensor zu zerstören.

Verpolungsschutz

952

Einbau und Betrieb

Sensoren können in jeder Lage eingebaut werden. Einbaulagen,

die zu starken Schmutzablagerungen auf der Sensoroberfläche

führen, sind zu vermeiden. Wassertropfen und starke Verkrustungen

auf der Wandleroberfläche können die Funktion beeinträchtigen.

Leichte Staubablagerungen und Farbniederschlag beeinträchtigen

die Funktion nicht.

Bei abzutastenden Objekten, die ebene und glatte Oberflächen ha-

ben, sind die Sensoren in einem Winkel von 90° ± 3° zur Oberfläche

zu montieren.

Raue Oberflächen erlauben dagegen deutlich größere Winkelabwei-

chungen. Eine Oberfläche ist für den Ultraschall rau, wenn ihre Rau-

tiefe in der Größenordnung der Wellenlänge der Ultraschall-Frequenz

oder größer ist.

Der Schall wird dann diffus reflektiert, was zu einer Reduzierung der

Betriebstastweite führen kann. Bei rauen Oberflächen ist die maximal

zulässige Winkelabweichung und die maximal mögliche Tastweite

durch einen Versuch zu ermitteln.

Grundlagen und DefinitionenUltraschall-Sensoren

Montageabstände und Synchronisation

Werden zwei oder mehrere Sensoren in einem zu geringen Abstand

zueinander montiert, können sie sich gegenseitig beeinflussen. Um

dies zu vermeiden, müssen entweder die Montageabstände ausrei-

chend groß gewählt oder die Sensoren untereinander synchronisiert

werden. Bitte entnehmen Sie die Mindest-Montageabstände der

Bedienungsanleitung.

Schallumlenkung

Der Schallstrahl kann über eine schallharte und glatte Reflexions-

fläche ohne nennenswerte Verluste umgelenkt werden. Hierfür

stehen als Zubehör 90°-Umlenkflächen zur Verfügung.


Grundlagen und DefinitionenUltraschall-Sensoren

Dämpfung des Schalls in der Luft

Abhängig von der Lufttemperatur, der relativen Luftfeuchte und

dem Luftdruck wird Schall gedämpft. Die physikalischen Zusammen-

hänge sind komplex und für die einzelnen Ultraschall-Frequenzen

unterschiedlich ausgeprägt.

Vereinfacht gilt: Mit zunehmender Temperatur und zunehmender

Luftfeuchtigkeit nimmt die Dämpfung in der Luft zu. Dies bedingt

eine Reduzierung der Erfassungsbereiche.

Mit abnehmender Temperatur und geringeren relativen Luftfeuchten

nimmt die Dämpfung in der Luft ab und dementsprechend vergrö-

ßern sich die Erfassungsbereiche.

Die Reduzierung der Erfassungsbereiche wird weitgehend über die

Funktionsreserve abgefangen. Bei Temperaturen unter 0 °C können

einige Sensoren durchaus doppelt so weit messen wie angegeben.

Mit zunehmendem Luftdruck nimmt die Dämpfung in der Luft deut-

lich ab. Dies ist bei Anwendungen im Überdruck zu berücksichtigen.

Im Vakuum ist eine Schallausbreitung nicht möglich.

Die Betriebstastweiten geben an, bis zu welcher Entfernung der

Ultraschall-Sensor auf übliche Reflektoren mit ausreichender Funk-

tionsreserve messen kann. Bei guten Reflektoren kann der Sensor

auch bis zu seiner Grenztastweite eingesetzt werden. Die Grenztast-

weite ist immer größer als die Betriebstastweite. Die Diagramme

gelten für 20 °C, eine relative Luftfeuchte von 50 % und Normal-

druck.

Genauigkeit

Die (absolute) Genauigkeit ist die Abweichung zwischen der wahren

Entfernung von Sensor und Objekt und der vom Sensor gemesse-

nen Entfernung.

Die erzielbare Genauigkeit hängt von den Reflexionseigenschaften

des Objektes und den physikalischen Einflüssen auf die Schallge-

schwindigkeit in der Luft ab.

Objekte mit schlechten Reflexionseigenschaften oder mit einer

Oberflächenrauigkeit, die größer als die Wellenlänge der Ultraschall-

Frequenz ist, beeinträchtigen die erzielbare Genauigkeit.

Eine Größe hierfür lässt sich kaum angeben, als Faustformel kann

man von einer Unschärfe von mehreren Wellenlängen der verwende-

ten Ultraschall-Frequenz ausgehen.

Lufttemperatur

Den größten Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit und somit auf

die Genauigkeit hat die Lufttemperatur mit 0,17 %/K. Deshalb haben

die meisten Ultraschall-Sensoren von Balluff eine interne Temperatur-

kompensation. Noch besser lässt sich der Einfluss der Temperatur

über eine Vergleichsmessung einer bekannten Strecke durchführen.

Mit temperaturkompensierten Sensoren ist eine Genauigkeit von

≤ ±1 % zu erreichen.

Luftdruck/Relative Luftfeuchte

Die Schallgeschwindigkeit ist in weiten Bereichen vom Luftdruck

unabhängig. Der Einfluss der Luftfeuchte auf die Genauigkeit kann

gegenüber dem Einfluss der Lufttemperatur vernachlässigt werden.

Wiederholgenauigkeit

Die Wiederholgenauigkeit oder Reproduzierbarkeit beschreibt die

Abweichung der gemessenen Entfernungswerte untereinander,

die unter gleich bleibenden Bedingungen über einen festgelegten

Zeitraum aufgenommen wurden. Die Wiederholgenauigkeit der

Balluff Sensoren ist besser ± 0,15 %.

Normen

Alle Sensoren erfüllen die Anforderungen nationaler Normen (DIN)

und europäischer Normen (EN)

DIN EN 60947-5-2 (Näherungsschalternorm)

DIN EN 61000-4-2 (elektrostatische Entladungsfestigkeit)

DIN EN 61000-4-3 (Hochfrequenzbeeinflussungsfestigkeit)

DIN EN 61000-4-4 (schnelle Transienten)

EN 55011 (Störaussendung)

IEC 60068-2-6 (Schwingfestigkeit)

IEC 60068-2-27 (Schockfestigkeit)

EN 60529 (Schutzart)


Spezifische GrundlagenOpto- elektronische Sensoren

Ultraschall Sensoren Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


954

Grundlagen und DefinitionenInduktive Sensoren

Norm-Messplatte Die Norm-Messplatte ist eine quadratische Platte aus Fe 360

(ISO 630), mit der Schaltabstände s nach EN 60947-5-2 ermittelt

werden.

Die Dicke ist d = 1 mm; und die Seitenlänge a entspricht

■ dem Durchmesser des eingeschriebenen Kreises der

"aktiven Fläche" oder

■ 3 sn, wenn der Wert größer als der genannte Durchmesser ist.

Aktive Fläche Die aktive Fläche ist der Bereich, durch den das hochfrequente

Sensorfeld in den Luftraum eintritt. Sie wird in erster Linie durch die

Grundfläche des Schalenkerns bestimmt und entspricht in etwa der

Fläche der Schalenkernkappe.

Schaltfrequenz f Die Schaltfrequenz entspricht der

maximal möglichen Anzahl von

Schaltfolgen pro Sekunde. Die

Bedämpfung erfolgt nach

EN 60947-5-2 mit Norm-Mess-

platten auf einer rotierenden,

nichtleitenden Scheibe. Das

Flächen ver hältnis von Eisen zu

Nichtleiter ist 1 : 2.

Der Bemessungswert der Schalt-

frequenz ist erreicht, wenn das

Einschaltsignal t1 = 50 μs oder

das Ausschaltsignal t2 = 50 μs ist.

Norm

messplatte

Näherungs-

schalter

Der Korrekturfaktor gibt die Reduzierung des Schaltabstandes bei

Bedämpfungswerkstoffen an, die von Fe 360 abweichen.

Korrekturfaktor

Werkstoff Faktor

Stahl 1,0

Kupfer 0,25...0,45

Messing 0,35...0,50

Aluminium 0,30...0,45

Edelstahl 0,60...1,00

Nickel 0,65...0,75

Gusseisen 0,93...1,05

Sensorprinzip Induktive Sensoren beruhen auf der Wechselwirkung metallischer

Targets mit dem elektromagnetischen Wechselfeld des Sensors. Im

metallischen Bedämpfungsmaterial werden Wirbelströme induziert,

die dem Feld Energie entziehen und so die Höhe der Schwingungs-

amplitude reduzieren. Diese Änderung wird im induktiven Sensor

ausgewertet.

Die Funktionsgruppen des Balluff Sensors sind:

Sensorfeld,

Spule, Kern

TriggerDemodulatorOszillator Ausgangs-

treiber

Sensorf

eld

aktive Fläche

No

rm-M

essp

latt

e



Bereitschaftsverzug tv Der Bereitschaftsverzug ist die Dauer zwischen dem Einschalten der

Betriebsspannung und dem Beginn der Betriebsbereitschaft des

Sensors. Diese Zeit darf nicht mehr als 300 ms betragen. In dieser

Zeit darf kein Fehlsignal länger als 2 ms anstehen.

Verzugszeiten

Temperatureinfluss und -grenzen

Wirkprinzip Die störungsfreie Funktion ist abhängig von der Größe des Schweiß-

stromes und dem Abstand des Sensors zum stromführenden Leiter.

Durch konstruktive und schaltungstechnische Maßnahmen werden

magnetfeldfeste Sensoren in Magnetfeldern nicht beeinflusst.

strom-

führender

Leiter

magnetfeldfester

Sensor

Magnetfeld

Magnetfeldfestigkeit

Die Temperaturdrift ist die Abweichung des Realschaltabstandes

innerhalb des Temperaturbereiches von –25 °C ≤ Ta ≤ +70 °C.

Nach EN 60947-5-2 ist: Δsr/sr ≤ 10 %

Temperaturdrift

Die Umgebungstemperatur ist der Temperaturbereich, in dem die

Funktion des Sensors garantiert ist.

Umgebungstemperatur Ta



Ultraschall Sensoren

Induktive SensorenKapazitive Sensoren


956


Bemessungsbetriebs-

spannung Ue

Betriebsspannung UB Die Betriebsspannung ist der zulässige Span nungs be reich, inklusive

Restwelligkeit, in dem ein sicherer Betrieb garantiert ist.

Die Bemessungsisolationsspannung eines Sensors ist die Span-

nung, auf die sich die Isolationsprüfungen und die Luft- und Kriech-

strecken beziehen. Für Sensoren muss die höchste Bemessungs-

betriebsspannung als Bemessungsisolationsspannung betrachtet

werden.

Zur Bestimmung von Bemessungs- und Grenzwerten wird der

Sensor mit Ue betrieben. Sie beträgt bei:

■ DC Schaltern Ue = 24 V DC

■ AC- und AC/DC-Schaltern Ue = 110 V AC

Der Spannungsfall ist die Spannung am durchgeschalteten Sensor

bei Laststrom Ie.

Die Bemessungsfrequenz des Versorgungsnetzes ist 50 bzw. 60 Hz.

Die Restwelligkeit ist die der Gleichspannung Ue überlagerte Wechsel-

spannung (Spitze zu Spitze von Ue). Sie wird in % angegeben.

Für den Betrieb von Gleichspannungsschaltern ist eine gesiebte Gleich-

spannung mit einer Restwelligkeit von max. 15 %

(nach DIN 41755) erforderlich.

Der Bemessungsbetriebsstrom ist der zulässige Dauerausgangs-

strom, der durch die Last RL fließt.

Der Reststrom ist der Strom, der im Lastkreis eines gesperrten

Sensors fließt.

Der bedingte Bemessungskurzschlussstrom beträgt 100 A, d. h.,

nach EN 60947-5-2 muss das Netz gerät bei der Typen prü fung im

Kurzschlussbetrieb kurzzeitig einen Strom von mindestens 100 A

liefern. Dieser Strom ist in der Norm vorgeschrieben, um die Kurz-

schlussfestigkeit von Sensoren zu prüfen.

Der Kurzzeitstrombelastbarkeit gibt bei Wechselspannung den

kurzzeitig zulässigen Strom Ik (Aeff) während einer angegebenen Ein-

schaltdauer tk (ms) und Wiederholfrequenz f (Hz) an.

Ue = Bemessungsbetriebsspannung

Uss = Schwingungsbreite

Restwelligkeit σ = × 100 [%]Uss

Ue

Spannungsfall Ud

Bemessungsisolations-

spannung Ui

Bemessungsfrequenz

Restwelligkeit σ (%)

Bemessungsbetriebsstrom Ie

Reststrom Ir

Kurzzeitstrombelastbarkeit Ik

Bedingter Bemessungs-

kurzschlussstrom



Der Leerlaufstrom ist der Strom, der fließt, ohne dass eine Last ange-

schlossen ist (nur bei 3- und 4-Drahtschaltern). Dieser Strom versorgt

die Sensorelektronik.

Leerlaufstrom I0

Der kleinste Betriebsstrom ist der Strom, der im EIN-Zustand notwendig

ist, die Leitfähigkeit des Schaltele men tes aufrechtzuerhalten.

Die Lastkapazität ist die zulässige Gesamtkapazität am Ausgang des

Sensors, inklusive Leitungskapazität.

Der Ausgangswiderstand ist der Widerstand zwischen dem Ausgang

und der Betriebsspannung, der im Innern des Schalters eingebaut ist;

siehe "Ausgangsschaltungen".

2-Draht-DC-Schalter

3-Draht-DC-Schalter

2-Draht-AC- und

AC/DC-Schalter

(Allstromschalter)

S = Halbleiterschalter

Dz = Z-Diode, Begrenzer

C = Kondensator

GI = Brückengleichrichter

LED = Leuchtdiode



C = Siebkondensator

RC = HF-Spitzen-Begrenzung

Gl = Brückengleichrichter

LED = Leuchtdiode

VDR = Spannungsspitzenbegrenzer

PNP, plusschaltend

(Stromquelle)

NPN, minusschaltend

(Stromsenke)

ungepolt

Ausgangsschaltungen

Lastkapazität

Ausgangswiderstand Ra

Kleinster Betriebsstrom Im

Treiberstufen


Ra = Ausgangswiderstand

LED = Leuchtdiode


D1 = Verpolschutzdiode

D2 = Verpolschutzdiode

im Laststromkreis

(nur bei kurzschluss-

fester Ausführung)

Masseanschluss

nur bei Steckerversion






958


Stecker

DC 3-/4-Draht

Schließer

Öffner

Antivalent

DC 2-Draht

Schließer

Öffner

AC-Sensoren

Schließer

AC/DC-Sensoren

Schließer

Öffner

Schließer-Öffner

programmierbar

ungepolt

schutzisoliert (Schutzklasse II �)

Kabel/Klemmen

PNP (+) schaltend

Kabel/Klemmen

NPN (–) schaltend

gepolt

Stecker

schutzisoliert (Schutzklasse II �)

mit Schutzleiter (Schutzklasse I)

voreilender

Kontakt

voreilender

Kontakt

mit Schutzleiter (Schutzklasse I)

~~3

4

voreilender

Kontakt

Kurzschluss-

Schutzeinrichtung

(Sicherung)

BN

BU

~

~

Kurzschluss-

Schutzeinrichtung

(Sicherung)

Adernfarben

(Kennzeichnung

nach DIN IEC 60757)

Bezeichnung Farbe

BN braun

BK schwarz

BU blau

OG orange

WH weiß

RD rot

GY grau



Reihenschaltung Bei einer Reihenschaltung kann

eine zeitliche Verzögerung

(z. B. Bereitschaftsverzögerung)

auftreten. Die Zahl der verknüpf-

baren Sensoren wird durch

den Gesamtspannungsabfall

(Summe aller Ud) begrenzt. Bei

2-Draht-Sensoren ist sie durch

die Addition der minimalen Ver-

sorgungsspannungen begrenzt.

Bei 3-Draht-DC-Schaltern stellt

die Belastbarkeit der Ausgangs-

stufe eine weitere Limitierung

dar, weil der Leerlaufstrom I0 aller

Schalter sich zum Bemessungs-

betriebsstrom Ie addiert.

Der Bereitschaftsverzug tv ist die

Bereitschaftsverzögerung eines

Sensors × (Anzahl der Sensoren

n–1).

Bei einer Parallelschaltung von

Sensoren mit Funktionsanzeige

wird empfohlen, die Ausgänge

der einzelnen Schalter mit

Dioden zu entkoppeln (wie

eingezeichnet). Dadurch wird

verhindert, dass alle LEDs auf-

leuchten, wenn eine Ausgangs-

stufe durchgesteuert ist.

Parallelschaltung

3-Draht-DC-Schalter 2-Draht-DC-Schalter

(DC/AC/Allstrom)

3-Draht-DC-Schalter 2-Draht-DC-Schalter

Parallelschaltungen von

2-Draht-Sensoren werden nicht

empfohlen, weil beim Anschwin-

gen der Oszilla toren Fehlimpulse

durch die Bereitschaftsverzöge-

rung auftreten können.

Gebrauchskategorien

nach EN 60947-5-2/

IEC 60947-5-2

Kategorie Typische Lastanwendungen

AC 12 AC-Schalter Widerstands- und Halbleiterlasten, Optokoppler

AC 140 AC-Schalter kleine elektromagnetische Last Ia ≤ 0,2 A; z. B. Hilfsschütz

DC 12 DC-Schalter Widerstands- und Halbleiterlasten, Optokoppler

DC 13 DC-Schalter Elektromagnete






960


Verpolungssicher

Leitungsbruchschutz

Kurzschlussfestigkeit

(Sensoren mit

Maximalspannung 60 V DC)

Kurzschlussfest/überlastfest

(Sensoren für den Betrieb

wahlweise mit AC- oder DC-

Versorgung)

Sensoren mit Kurzschlussschutz sind gegen Vertauschen aller

Anschlüsse verpolungssicher.

Sensoren ohne Kurzschlussschutz sind gegen Vertauschen der

Plus-/Minusleitung verpolungssicher.

Der Leitungsbruchschutz verhindert bei 3-Draht-Schaltern eine Fehl-

funktion bei Leitungsbruch. Eine eingebaute Diode eine Stromein-

speisung über die Ausgangsleitung A.

Kurzschlussfest/überlastfeste Sensoren werden oft mit Relais oder

Schütz als Last betrieben. Beim Einschalten sind Wechselspan-

nungsschaltgeräte (Schütz/Relais) für den Sensor kurzzeitig eine er-

heblich höhere Belastung (6...10xNennstrom) als später im späteren

statischen Betrieb, da ihr Kern noch offen ist.

Der statische Wert der Belastung (Strom) wird erst nach mehreren

Millisekunden erreicht. Erst wenn der Magnetkreis geschlossen ist,

fließt der im Datenblatt maximal zulässige Bemessungsbetriebsstrom

Ie. Der Auslösewert für einen Kurzschluss muss bei diesen Sensoren

daher erheblich höher liegen. Wenn z. B. das Schütz aus mecha-

nischen oder elektrischen Gründen nicht mehr ganz geschlossen

würde, könnte dies zur Überlastung der Sensoren führen. Hier setzt

der Überlastschutz an. Er ist träge (zeitverzögert) ausgelegt. Seine

Auslöseschwelle liegt nur gering über dem maximal zulässigen Ie.

Eine Reaktion (d. h. Abschaltung) erfolgt, abhängig von der Höhe

der Überlast, erst nach mehr als 20 ms. Hiermit ist sichergestellt,

dass intakte Relais und Schütze geschaltet werden können, defekte

Schaltgeräte aber nicht zur Zerstörung der Balluff Sensoren führen.

Der Kurzschluss-/Überlastschutz ist meist bistabil ausgeführt und

muss nach dem Auslösen durch Abschalten der Betriebsspannung

zurückgesetzt werden.

Die Kurzschlussfestigkeit wird bei Balluff Sensoren mit getakteten

oder thermischen Kurzschlussschutz-Schaltungen erreicht. Die

Ausgangsstufe wird damit gegen Überlastung und Kurzschluss ge-

schützt.

Der Auslösestrom des Kurzschlussschutzes liegt über dem Bemes-

sungsbetriebsstrom Ie.

Ströme von Schalt- und Lastkapazitäten sind in den Sensordaten

spezifiziert und führen nicht zur Auslösung, sondern werden durch

kurze Verzögerung des Ausgangskreises ausgeblendet.



Axiale und radiale Bedämpfung:

Bei Bedämpfung in axialer Richtung wird die Norm-Messplatte

konzentrisch zur Systemachse geführt. Der Schaltpunkt wird dabei

nur durch den Abstand s zur aktiven Fläche des Sensors bestimmt.

Bei Bedämpfung in radialer Richtung wird die Lage des Schalt-

punktes dagegen zusätzlich vom radialen Abstand r der Platte zur

Systemachse beeinflusst.

Das Diagramm zeigt die Anfahrkurven, die die Abhängigkeit des

Schaltpunkts von s und r wiedergeben. Es soll mit dieser Darstellung

in erster Linie die Möglichkeit der Bedämpfung durch seitliches An-

fahren und der Unterschied zur axialen Annäherung gezeigt werden.

Anwendung:

Der exakte Schaltpunkt muss (auch wegen der Exem plar streuungen

innerhalb einer Serie) in jedem Fall vor Ort einjustiert werden. Die

durchgezogenen Kurven geben den jeweiligen Einschaltpunkt E an,

die gestrichelten den Ausschaltpunkt A. Die roten Kurven gelten für

Schalter mit einer Freizone, die schwarzen für bündig einbaubare.

Da der Schaltvorgang bidirektional ausgelöst werden kann, sind die

Kurven an der Systemachse gespiegelt.

Beispiele:

Durchlaufende Teile auf Transportbändern lösen einen Signal-

wechsel aus, wenn ihre Vorderkante die Einschaltkurve auf der

einlaufenden Seite passiert. Der Signal-Rücksprung erfolgt, wenn die

hintere Kante des durchlaufenden Teils die (gespiegelte) Ausschalt-

kurve auf der gegenüber liegenden Seite passiert.

Bei reversierenden Teilen (z. B. Endabschaltung) erfolgt dagegen

der Signal-Rücksprung an der Ausschaltkurve auf der gleichen Seite.

Die senkrechte Achse in dem Diagramm gibt den Abstand des

Schaltpunktes von der aktiven Fläche an. Sie ist auf den Bemes-

sungsschaltabstand sn bezogen. Bei Abstand 0,8 mm erreicht eine

von der Seite in das Sensorfeld eindringende Platte im Punkt E die

durchgezogene Einschaltkurve und verlässt die Ausschaltkurve im

Punkt A.

Die waagerechte Achse in dem Diagramm ist auf den Radius der

aktiven Fläche bezogen. Der Nullpunkt dieser Achse liegt im Zentrum

der Schalenkernkappe. In unserem Beispiel M12 ist der Radius

r = 6 mm.

Typische Anfahrkurven am Beispiel eines M12-Sensors mit sn 2 mm

Norm-Messplatte, Anfahrrichtung axial

Norm-Messplatte, Anfahrrichtung radial Norm-Messplatte, Anfahrrichtung radial

Sensor-Durchmesser (aktive Fläche)

Sensor

Anfahrkurven

Beispiel: Der Abstand des

Ein - bzw. Aus schalt punk tes

(von der Systemachse) ist

typischerweise:

E ~ 2,75 mm

A ~ 2,95 mm.






962


Schaltabstände

Bezugsachse

Normmessplatte

gesicherter

Schalt-

abstand

aktive

Fläche

Näherungs-

schalter

Der Schaltabstand ist der Abstand zwischen Normmessplatte und

aktiver Fläche des Sensors, bei dem ein Signalwechsel ausgelöst

wird nach EN 60947-5-2. Beim Schließer ist das von AUS nach EIN

und beim Öffner von EIN nach AUS.

Schaltabstand s

Der Nennschaltabstand ist eine Kenngröße ohne Berücksichtigung

von Fertigungstoleranzen, Exemplarstreuungen und äußeren Ein-

flüssen wie z. B. Temperatur und Spannung.

Nennschaltabstand sn

Der Realschaltabstand ist der Schaltabstand eines einzelnen

Sensors, der bei festgelegten Bedingungen z. B. Einbauart bündig,

Bemessungsbetriebsspannung Ue, Temperatur Ta = +23 °C ±5 °C

gemessen wird (0,9 sn ≤ sr ≤ 1,1 sn).

Realschaltabstand sr

Der Nutzschaltabstand ist der zulässige Schaltabstand eines einzel-

nen Sensors innerhalb der angegebenen Spannungs- und Tempera-

turbereiche (0,81 sn ≤ su ≤ 1,21 sn).

Nutzschaltabstand su

Der gesicherter Schaltabstand ist der Schaltabstand, in dem ein

gesicherter Betrieb des Sensors bei festgelegtem Spannungs- und

Tem pe raturbereich gewährleistet ist (0 ≤ sa ≤ 0,81 sn).

Gesicherter

Schaltabstand sa

Der Wiederholgenauigkeit von sr wird bei Be mes sungsbetriebs-

spannung Ue unter folgenden Bedingungen bestimmt: Temperatur:

T = +23 °C ±5 °C relative Luftfeuchtigkeit: ≤ 90 % Messdauer: t = 8 h.

Die zulässige Abweichung ist nach EN 60947-5-2 R ≤ 0,1 sr.

Wiederholgenauigkeit R

Die Hysterese wird als Prozentsatz des realen Schaltabstan-

des sr angegeben. Sie wird bei einer Umgebungstemperatur

von +23 °C ±5 °C und bei der Bemessungsversorgungs-

spannung gemessen. Sie muss kleiner als 20 % des realen

Schaltabstandes (sr) sein.

H ≤ 0,2 sr

Hysterese H

(Schaltumkehrspanne)

Schaltabstands-

kennzeichnung

Schaltabstand Baugröße Schaltabstand

■ Standard-Schaltabstand

nach EN 60947-5-2

■ ■ 2-facher Schaltabstand

gegenüber Standard

Ø 3 mm* 1 mm bündig

Ø 4 mm/M5* 1,5 mm bündig

Ø 6,5 mm...M30 1,5...2-fach

■ ■ ■ 3-facher Schaltabstand

gegenüber Standard

Ø 3 mm* 3 mm nicht bündig

Ø 4 mm/M5* 5 mm nicht bündig

Ø 6,5 mm...M12 2,2...3-fach

M18...M30 je nach Ausführung

■ ■ ■ ■ 4-facher Schaltabstand

gegenüber Standard

*Angaben für Schaltabstand in mm. Die Schaltabstände dieser Sensoren sind nicht genormt.

sn

sr

su

sa

81 %

100 %

121 %

110 % 90 %

No

rm-M

essp

latt

e

aktive

Flä

che

0 %



Einbau in Metall: Sensoren mit Standard-Schaltabstand

aktive

Fläche

aktive

Fläche

Freizone

Bündig einbaubare

Sensoren

Nichtbündig einbaubare

Sensoren

Gegenüberliegender

Einbau von zwei Sensoren

Einbaumedium

Bündig einbaubare Sensoren können bis zur aktiven Fläche in Metall

eingelassen werden. Der Abstand zu gegenüberliegenden Metall-

flächen muss ≥ 3 sn und die Distanz zwischen zwei Sensoren (bei

Reihenmontage) ≥ 2d sein.

Nichtbündig einbaubare Sensoren sind meist an ihren „Kappen“ zu

erkennen, da sie im Bereich um die aktive Fläche kein Metallgehäuse

haben. Die aktive Fläche muss ≥ 2 sn aus dem metallischen Einbau-

medium ragen. Die Distanz zu gegenüber liegenden Metallflächen

muss ≥ 3 sn und der Abstand zwischen zwei Sensoren ≥ 3d sein.

Ein gegenüberliegender Einbau von zwei Sensoren erfordert einen

Mindest abstand von a ≥ 3d zwischen den aktiven Flächen.

Werkstoffe Beschreibung

Ferromagnetische Werkstoffe Eisen, Stahl oder auch

magnetisierbare Werkstoffe

Buntmetalle Messing, Aluminium oder auch

nichtmagnetisierbare Werkstoffe

Sonstige Werkstoffe Kunststoffe, elektrisch

nichtleitfähige Werkstoffe






964


Bündig einbaubare Sensoren können bis zur aktiven Fläche

in nichtferromagnetische Werkstoffe eingelassen werden.

Dabei kann es beim Einbau in Buntmetall zu einer Verringerung

des Schaltabstandes kommen.

Der Abstand zu gegenüberliegenden Metallflächen muss ≥ 3 sn

und die Distanz zwischen zwei Sensoren (bei Reihenmontage)

≥ 2d sein. Um den Sensor in ferromagnetische Werkstoffe einbauen

zu können, benötigt man folgende Richtwerte für das Maß x.

Für DC 2-Draht-Sensoren gilt:

Bei der Sensorfamilie Faktor 1 und

ATEX NAMUR, wird beim Einbau in

Metall das Maß x nicht benötigt.

Nichtbündig einbaubare Sensoren sind meist an ihren "Kappen"

zu erkennen, da sie im Bereich um die aktive Fläche kein

Metallgehäuse haben. Die aktive Fläche muss ≥ 2 sn aus dem

metallischen Einbaumedium ragen. Die Distanz zu gegenüber-

liegenden Metallflächen muss ≥ 3 sn und der Abstand zwischen

zwei Sensoren ≥ 3d betragen.

Einbau in Metall: Sensoren mit Schaltabstand ■ ■


Sensoren

Bündig einbaubare

Sensoren

Baugröße d Maß x

Ø 3 mm 1 mm

Ø 4 mm 1,5 mm

M5 1,5 mm

Ø 6,5 mm 0 mm

M8 0 mm

M12 1,5 mm

M18 2,5 mm

M30 3,5 mm

Baugröße d Maß x

M8 0 mm

M12 0 mm

M18 0,7 mm

M30 3,5 mm

aktive

Fläche

Der gegenüberliegender Einbau

von zwei Sensoren erfordert einen

Mindest abstand von a ≥ 4d

zwischen den aktiven Flächen.

Gegenüberliegender Einbau

von zwei Sensoren

aktive

Fläche

Freizone

aktive

Fläche



aktive

Fläche

Quasibündig einbaubare Sensoren benötigen einen Raum hinter der

aktiven Fläche, der frei von leitfähigen Materialien ist. Dadurch steht

der genannte Schaltabstand ohne Einschränkung zur Verfügung.

Das Maß x (siehe Abb.) bezeichnet den kürzesten Abstand zwischen

aktiver Fläche und dem dahinterliegenden leitfähigen Material.

Der gegenüberliegende Einbau

von zwei Sensoren erfordert einen

Mindestabstand von a ≥ 5d zwi-

schen den aktiven Flächen.

Ausnahmen siehe Tabelle:

Einbau in Metall: Sensoren mit Schaltabstand ■ ■ ■ und ■ ■ ■ ■

Quasibündig einbaubare

Sensoren


Sensoren

Gegenüberliegender Einbau

von zwei Sensoren

Schaltabstand ■ ■ ■ Schaltabstand ■ ■ ■ ■

Baugröße d Maß x für den Einbau in Maß x für den Einbau in

ferro-

magnetische

Werkstoffe

andere

Metalle

ferro-

magnetische

Werkstoffe

andere

Metalle

Ø 6,5 mm 2 mm 1 mm 3 mm 2 mm

M8 2 mm 1 mm 3 mm 2 mm

M12 2,5 mm 2 mm 4 mm 3 mm

M18 4 mm 2,5 mm

M30 8 mm 4 mm

8×8 mm mm

Baugröße d Maß a

Ø 3 mm 20 mm

Ø 4 mm 45 mm

M5 45 mm

Nichtbündig einbaubare Sensoren sind meist an ihren "Kappen" zu

erkennen, da sie im Bereich um die aktive Fläche kein Metallgehäuse

haben. Die Distanz zu gegenüber liegenden Metallflächen muss ≥ 3 sn

betragen.

Einbaubedingungen:

Baugröße d Maß b Maß c Maß e

Ø 3 mm ≥ 10 mm ≥ 30 mm ≥ 10 mm

Ø 4 mm ≥ 15 mm ≥ 40 mm ≥ 20 mm

M5 ≥ 15 mm ≥ 40 mm ≥ 20 mm

Ø 6,5 mm ≥ 8 mm ≥ 32 mm ≥ 8 mm

M8 ≥ 8 mm ≥ 32 mm ≥ 8 mm

M12 ≥ 10 mm ≥ 48 mm ≥ 12 mm

M18 ≥ 20 mm ≥ 72 mm ≥ 18 mm

M30 ≥ 35 mm

in Stahl

≥ 25 mm

in Buntmetall

≥ 20 mm

in Edelstahl

≥ 120 mm ≥ 30 mm

Freizone

aktive

Fläche






966


Induktive Abstandssensoren

Die Abstandssensoren mit Analogausgang sind Sensoren, die ein

kontinuierlich variierendes Ausgangssignal generieren, das vom Ab-

stand zwischen ihrer aktiven Fläche und dem Bedämpfungselement

abhängt.

Der Bemessungsabstand ist der Punkt in der Mitte des Linearitäts-

bereichs sI und dient als Referenzpunkt für andere Angaben.

Der Linearitätsbereich entspricht dem Arbeitsbereich, in dem der

Abstandssensor eine definierte Linearität aufweist.

Die Linearitätsfehler gibt die maximale Abweichung der Kennlinie von

einer Bezugsgeraden an. Dieser Wert gilt für den Linearitätsbereich.

Die Grenzfrequenz entspricht der maximal möglichen Anzahl von

Schaltfolgen pro Sekunde. Die Bedämpfung erfolgt nach

EN 60947-5-2 mit Norm-Messplatten auf einer rotierenden, nicht-

leitenden Scheibe. Das Flächen ver hältnis von Eisen zu Nichtleiter ist

1 : 2. Der Bemessungswert der Grenzfrequenz (–3 dB-Grenze)

ist erreicht, wenn das Ausgangssignal auf ca. 70 % der ursprüng-

lichen Signalstärke abgesunken ist.

Durch die Messgeschwindigkeit kann der Abstand eines linear be-

wegten Objekts sicher erfordert werden. Dabei ist die Bewegungs-

richtung des Objekts parallel zur aktiven Fläche des Sensors.

Die Reaktionszeit ist die Zeit, die ein Sensor benötigt, um das Aus-

gangssignal sicher und stabil zu ändern. Die angegebene Zeit, die

bei maximaler Messgeschwindigkeit ermittelt wurde, enthält sowohl

die elektrische Reaktionszeit des Sensors als auch die Zeit für die

mechanische Änderung des Bedämpfungszustandes.

Die Steigung ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Sensors bezüg-

lich einer Wegänderung. Dieser physikalische Zusammenhang lässt

sich für Abstandssensoren folgendermaßen berechnen:

Der Temperaturdrift ist die Verschiebung, die ein Punkt auf der realen

Kennlinie bei verschiedenen Temperaturen erfährt. Die Temperatur-

drift wird durch den Temperaturkoeffizienten beschrieben.

Der Temperaturkoeffizient beschreibt die Abweichung des Sensor-

ausgangssignals unter dem Einfluss einer Temperaturänderung.

Abstandssensoren

mit Analogausgang

Bemessungsabstand se

Linearitätsbereich sI

Linearitätsfehler

Grenzfrequenz (–3 dB)

Messgeschwindigkeit

Reaktionszeit

Steigung

Temperaturdrift

Temperaturkoeffizient TK

Steigung S [V/mm] =Ua max –Ua min

sl max –sl min

Steigung S [mA/mm] = Ia max –Ia min

sl max –sl min

bzw.

Norm

messplatte

Sensor



Toleranz T

Die Wiederholgenauigkeit ist der Wert der Ausgangssignalände-

rungen bei festgelegten Bedingungen, ausgedrückt in Prozent vom

oberen Abstand. Dabei muss im unteren, im oberen und in der Mitte

des Linearitätsbereiches gemessen werden. Sie entspricht der Wie-

derholgenauigkeit R von Näherungsschaltern und wird unter gleichen

Normbedingungen (EN 60947-5-2) ermittelt.

Wegsensoren mit Analogausgang erreichen den in der Norm defi-

nierten Wert R von ≤ 5 %.

Die Wiederholgenauigkeit beschreibt die Präzision, die ein analoger

Sensor bei mehrfachem Anfahren auf einen Messpunkt erreicht. Der

auf Basis der Balluff Werksnorm (BWN Pr. 44) festgelegte Wert be-

schreibt dabei die maximale Abweichung von diesem Messpunkt.


Wiederholgenauigkeit RBWN

Die Toleranz ist eine Größe, die das fertigungsbedingte Toleranzband

der Kennlinie definiert und dadurch die maximale Exemplarstreuung

festlegt.

Baugröße

T für bündige

Sensoren

T für nichtbündige

Sensoren

Ø 6,5 mm ±0,125 mm

M8 ±0,1 mm ±0,15 mm

M12 ±0,125 mm ±0,25 mm

M18 ±0,3 mm ±0,5 mm

M30 ±0,6 mm ±0,8 mm

PG 36 ±0,1 mm

20×30×8 mm ±0,125 mm

80×80×40 mm ±1,0 mm






968

Grundlagen und DefinitionenKapazitive Sensoren

Funktionsprinzip

Sensoren zur

Objekterfassung

(bündig)

Sensoren zur

Füllstandserfassung

(nichtbündig)

Nähern sich Gegenstände aus Metall oder Nichtmetall der aktiven

Fläche des kapazitiven Sensors an, ändert sich die Kapazität und der

Oszillator beginnt zu schwingen. Dadurch kippt die dem Oszillator

nachgeschaltete Triggerstufe und der Schaltverstärker ändert seinen

Ausgangs zustand. Die Schaltfunktion am Ausgang ist je nach Gerä-

tetyp Schließer, Öffner oder Wechsler. Die Funktion des kapazitiven

Sensors lässt sich an der Gleichung für die Kapazität erklären:

C = ε0 × εr × F × (1/S)

εr: als relative Dielektrizitätszahl

(Eigenschaft des abzufragenden Mediums)

ε0: als absolute Dielektrizitätszahl ist konstant

F: als Fläche

S: als Abstand

Aus oben stehender Formel folgt, dass Objekte, die eine hinreichend

große relative Dielektrizitätszahl (εr) und Fläche haben, vom

kapazitiven Sensor erfasst werden. Neben der Standardsensorik

(universell), bei dem der Aufnehmer Bestandteil der Oszillator-

schaltung ist, gibt es auch modernere Verfahren, die speziellen

Anwendungsanforderungen genügen.

Der berührungslose kapazitive Sensor wandelt eine produktionstech-

nisch zu überwachende Größe (Objekt- oder Füllstandserfassung)

in ein weiterverarbeitbares Signal um. Die Funktion beruht auf der

Änderung des elektrischen Feldes in der Umgebung der aktiven

Zone. Der Sensor besteht im Grundaufbau aus:

■ Sensorelektrode und Abschirmung

■ Oszillator

■ Demodulator

■ Trigger

■ Ausgangstreiber

Diese beiden Elektroden bilden den offenen Kondensator der

aktiven Fläche. Dieser ist Bestandteil eines RC-Oszillators.

Diese Sensoren haben ein geradliniges elektrisches Feld. Sie er-

kennen Festkörper (z. B. Wafer, Bauteile, Leiterplatten, Hybride,

Kartonagen, Papierstapel, Flaschen, Kunststoffblöcke und -platten),

erfassen Flüssigkeiten durch eine Trennwand (Glas oder Kunststoff,

Dicke max. 4 mm) hindurch und sollten im Einzelfall mit Mustern

vorab getestet werden.

Diese Sensoren haben ein kugelförmiges elektrisches Feld. Sie er-

fassen mit ihrer aktiven Fläche das abzutastende Produkt, Schüttgut

oder Flüssigkeiten (z. B. Granulat, Zucker, Mehl, Getreide, Sand, Öl

und Wasser), berührend oder durch die Trennwand eines Behälters.

Die Wahl des richtigen Sensors ist abhängig von den Einsatzbedin-

gungen und dem Medium und sollte im Einzelfall mit Mus tern vorab

getestet werden.

Sensorfeld und

-elektrode

Oszillator Demodulator Trigger Ausgangstreiber

Aktive Fläche

Sensorf

eld

Norm

messp

latt

e

Abschirmung

Sensorelektrode



Gegenüberliegender

Einbau von zwei Sensoren

Der gegenüberliegender Einbau von zwei Sensoren erfordert einen

Mindestabstand von a ≥ 4d zwischen den aktiven Flächen.

Bündig einbaubare

Näherungsschalter

Bündig einbaubare Näherungsschalter können bis zur aktiven Fläche

in Metall eingelassen werden. Der Abstand zwischen zwei Nähe-

rungsschaltern (bei Reihenmontage) muss ≥ 2d sein.

aktive Fläche


Näherungsschalter

Die aktive Fläche muss ≥ 2sn aus dem metallischen Einbau-

medium ragen. Der Abstand zwischen zwei Näherungsschaltern

muss ≥ 2d sein.

aktive

Fläche

Freizone




Induktive Sensoren

Kapazitive SensorenMagnetische Zylindersensoren

970


Nennschaltabstand sn Der Nennschaltabstand ist eine Kenngröße ohne Berücksichtigung

von Fertigungstoleranzen, Exemplarstreuungen und äußeren Ein-

flüssen wie z. B. Temperatur und Spannung.

Hysterese Die Hysterese ist der Distanzunterschied zwischen dem Einschalt-

punkt (bei sich annäherndem Objekt) und dem Ausschaltpunkt

(bei sich wieder entfernendem Objekt).

Wiederholgenauigkeit Die Wiederholgenauigkeit ist die maximale Schaltabstandsdifferenz

zwischen zwei beliebigen Messungen, bemessen innerhalb

8 Stunden bei mehrfachem Anfahren des abzutastenden Objektes.

Die Wiederholgenauigkeit liegt in der Regel zwischen 2 und 5 % des

Realschaltabstands sr.

Realschaltabstand sr Der Realschaltabstand ist der Schaltabstand eines einzelnen Nähe-

rungsschalters, der bei festgelegten Bedingungen z. B. Einbauart

bündig, Bemessungsbetriebsspannung Ue, Temperatur Ta = +23 °C

±5 °C gemessen wird. Bei kapazitiven Sensoren ist der Realschal-

tabstand sr über Potenziometer einstellbar.

Aktive Fläche Die aktive Fläche ist der Bereich, durch den das hochfrequente

Sensorfeld in den Luftraum eintritt. Sie wird in erster Linie durch die

Grundfläche der Abdeckhaube bestimmt und entspricht ungefähr

der Fläche der äußeren Sensorelektrode.

Norm-Messplatte Die Norm-Messplatte ist eine geerdete, quadratische Platte aus

Fe 360 (ISO 630), mit der Schaltabstände s nach EN 60947-5-2

ermittelt werden.

Die Dicke ist d = 1 mm; und die Seitenlänge a entspricht

■ dem Durchmesser des eingeschriebenen Kreises der aktiven Fläche

oder

■ 3 sr, wenn der Wert größer als der genannte Durchmesser ist.

Schaltfrequenz Die Schaltfrequenz ist eine Folge von sich periodisch wiederholender

Be- und Entdämpfung des Sensors innerhalb eines festgelegten

Zeitintervalls (1 Sekunde). Messmethode in Anlehnung an

IEC 60947-5-2.

Temperaturdrift Die Temperaturdrift gibt an, um welchen Betrag sich der Schaltab-

stand in Abhängigkeit von der Temperatur ändern kann. Diese liegt

zwischen 15 und 20 % des Realschaltabstands sr (–5...+55 °C).

Umgebungstemperatur Ta Die Umgebungstemperatur legt den Temperaturbereich fest, bei

dem der Sensor betrieben werden darf. Balluff fertigt sowohl Sen-

soren für den Standardtemperaturbereich –30...+70 °C als auch

Sensoren für erhöhte Temperaturanforderungen bis max. +250 °C.

Schaltabstand

Hysterese



Schaltfunktion Schließer Der Schaltausgang des Sensors ist in

unbedämpftem Zustand nicht durchgeschaltet (NO).

Öffner Der Schaltausgang des Sensors ist in

unbedämpftem Zustand durchgeschaltet (NC).

Kabel/Klemmen

Kabel/Klemmen

Schließer

Schließer

Schließer/Öffner codierbar

Schließer

Öffner

Öffner

Öffner

Kabel/Klemmen

PNP (+) schaltend

NPN (–) schaltend

PNP/NPN codierbar

DC 3-/4-Draht

AC/DC 2-Draht schutzisoliert (Schutzklasse II �)

Stecker

Stecker

Adernfarben, Kennzeichnung

nach DIN IEC 60757

BN braun

BK schwarz

BU blau

WH weiß




Induktive Sensoren


972


Verpolschutz

Ausgangsstrom

oder Betriebsstrom Ie

Kurzschlussschutz

und Überlastschutz

Leerlaufstrom

Die Sensorelektronik ist gegen jede mögliche Verpolung bzw.

Vertauschung der Anschluss drähte geschützt.

Der Ausgangsstrom oder Betriebsstrom ist der maximale Strom, mit

dem der Sensor im Dauerbetrieb am Ausgang belastet werden darf.

Alle DC-Sensoren enthalten diese Schutzeinrichtung. Bei Überlast

oder Kurzschluss am Ausgang wird automatisch der Ausgangs-

transistor abgeschaltet. Sobald die Störung beseitigt ist, wird die

Ausgangs stufe wieder in Funktion gesetzt.

Der Leerlaufstrom ist der Eigenstromverbrauch des Sensors bei

maximaler Betriebsspannung UB ohne geschaltete Last.

Spannungsabfall Ud

Restwelligkeit

Der Spannungsabfall ist die Spannung, die über dem aktiven Aus-

gang des Näherungsschalters gemessen wird, wenn der Laststrom

unter festgelegten Bedingungen fließt.

Die Betriebsspannung ist der Spannungsbereich, in dem eine ein-

wandfreie Funktion des Sensors gewährleistet ist. Er beinhaltet alle

Spannungstoleranzen und Restwelligkeiten.

Die Restwelligkeit ist die höchst zulässige Wechselspannung, die der

Betriebsspannung UB überlagert sein darf, ohne dass die Sensor-

funktion beeinflusst wird.

Betriebsspannung UB


Grundlagen und DefinitionenKorrekturfaktoren und

Leitwertangaben SMARTLEVEL

Einsatzbedingungen

und Korrekturfaktoren

Tritt ein elektrisch nichtleitendes Betätigungselement in das

Sensorfeld ein, ändert sich die Kapazität proportional zu εr und

zur Eintauchtiefe bzw. zum Abstand zur aktiven Fläche.

Da der Nennschaltabstand sn sich auf eine geerdete Norm-

Messplatte aus Fe 360 bezieht, müssen die Schaltabstände

für andere Materialien korrigiert werden.

Korrekturfaktoren für typische Materialien

Korrekturfaktoren sollen jeweils direkt mit dem zu detektierenden Material ermittelt werden.

Metall 1

Wasser 1

Glas 0.4...0.6

Keramik 0.2...0.5

PVC 0.2...0.47

Acrylglas 0.39...0.45

Polycarbonat 0.26...0.4

Ammoniak (30 %) Speiseessig

Milch/Buttermilch/Joghurt

Desinfektionsmittel (chlorhaltige Medien)

Industrielle Abwässer (Wahl des Sensors, je nach Leitfähigkeit des Mediums)

Trinkwasser Cola

Fruchtsaft

Kochsalzlösung

Zuckerlösung

verdünntHonig/Leim

Kühlschmiermittel Ketchup/Mayonnaise/Senf

Phosphorsäure (10 %)

Klarspüler

Zahnpasta Bier

Ameisensäure (30 %)

BCS Standard

bis ca. 0,7 mS

SMARTLEVEL 15

ca. 0,7...15 mS

SMARTLEVEL 50

ca. 15...50 mS

SMARTLEVEL 500+

ca. 50...500 mS

und höher

Blut

Meerwasser

Calciumchlorid (30 %)

Salzsäure (40 %)

Salpetersäure (12 %)

Schwefelsäure (10 %)

Marmelade

VE-Wasser

Mineralische Öle

Alkohol

Pflanzliche Öle

Die hier angegebenen Medien und Leitwerte sind nur Anhaltswerte

und dienen der groben Orientierung. In Einzelfällen sollten Tests

durchgeführt werden, da z. B. Temperatur und Konzentration der

Medien Einfluss auf die Leitwerte haben. Bitte sprechen Sie uns an.

Leitwerte weiterer Medien erhalten Sie auf Anfrage.

Einsatzbereich der

SMARTLEVEL-Sensoren

mit Leitwertangaben




Induktive Sensoren


974


Festkörper unterschiedlicher Materialien erkennen

Mit einem bündigen kapazitiven Sensor soll eine Keramikplatte

abgefragt werden. Der Sensor wird auf den maximalen Nennschalt-

abstand sn von z. B. 4 mm auf Metall oder näherungsweise auf die

Hand eingestellt. Mit diesem voreingestellten Abstand von 4 mm

bewegt man den Sensor auf die Keramikplatte zu. Der Nennschalt-

abstand sn zur Keramikplatte hat sich auf ca. 2 mm verringert.

Diese 2 mm sind nun der maximal zulässige Schaltabstand zur

Keramikplatte. Die Justage geringerer Schaltabstände als 2 mm

ist zulässig.

Achtung!

Damit unsere Sensoren innerhalb Ihrer technischen Spezifikation

zuverlässig arbeiten, haben die Geräte einen größeren Erfassungs-

bereich als den im Katalog angegebenen maximalen Nennschalt-

abstand sn. Wird nun vom Anwender der Schalt abstand auf die

oben beschriebene Keramikplatte auf 4 mm justiert, arbeitet der

Sensor in einem unzulässigen Bereich. Dadurch besteht die Gefahr,

dass Temperatur- und sonstige Umwelteinflüsse sowie elektrische

Störgrößen im Netz zu Fehlschaltungen des Sensors führen können.

Füllstände durch Behälterwände erkennen

Mit einem bündigen kapazitiven Sensor soll durch eine Trennwand

eine Flüssigkeit, z. B. Wasser, abgefragt werden. Diese Trennwand

darf nur aus Glas oder Kunststoff bestehen. Grundsätzlich ergibt

sich für die Berechnung der Wandstärke eine Dicke in Millimetern

aus ca. 10 bis 20 % des Schaltabstandes, jedoch max.

4 mm (für Standardsensorik).

Der Sensor wird nun mit seiner Stirnseite (aktive Fläche) an die

Glas- oder Kunststoffwand angeklebt oder möglichst formschlüssig

montiert. Der Behälter wird mit Wasser angefüllt, bis ca. 30 bis 50 %

der aktiven Fläche des Sensors bedeckt sind.

Insbesondere bei kleinen und kleinsten zu erfassenden Flüssigkeits-

mengen sowie bei nichtformschlüssigem Anbau des Sensors (flache

Sensorfläche an Behälterwandung mit geringem Radius) sollten

30 % als Bedeckungsfläche gewählt werden. Nun ist das Potenzio-

meter des Sensors solange nach links zu drehen (geringere Empfind-

lichkeit), bis dieser ausschaltet (bei Schließer-Version „LED-aus“).

Das Potenziometer ist nun wieder nach rechts zu drehen (Empfind-

lichkeit größer), bis die LED und somit das Ausgangssignal gerade

wieder einschaltet. Mit der hier beschriebenen Justierung ist gewähr-

leistet, dass der Sensor die Wandung oder Medienrückstände an der

Wandung nicht erkennt, sondern erst schaltet, wenn die Flüssigkeit

wieder das Niveau der zuvor beschriebenen 30 bis 50 % erreicht.

Bündige Sensoren

Mit dem geradlinigen Feld der bündigen Sensoren werden üblicher-

weise Objekte abgefragt. Um ein einwandfreies Schalten des

Sensors zu erreichen, muss vor dem Geräteeinsatz der maximale

Schaltabstand geprüft werden. Nachfolgende exemplarische

Applikationen erläutern, wie Sie dabei verfahren können.

Wandung

(max. 4 mm Glas oder Kunststoff)

Wasser

Metall

Keramik

Keramik



Füllstände direkt im Behälter erkennen

Mit dem nichtbündigen kapazitiven Sensor soll in einem Behälter

Granulat abgefragt werden. Der Sensor wird nun mit seiner aktiven

Fläche (Freizone am Kopf wie im Katalog beschrieben) so in den

Behälter eingebaut, dass der Kopf vollständig mit dem Produkt

bedeckt ist.

Das Potenziometer des Sensors wird jetzt nach links gedreht

(Empfindlichkeit kleiner), bis die LED und somit das Ausgangssignal

ausschaltet. Anschließend wird das Potenziometer wieder nach

rechts gedreht (Empfindlichkeit größer), bis die LED und somit das

Ausgangssignal gerade wieder einschaltet. Danach muss noch eine

¼-Umdrehung (90°-Drehung) nach rechts erfolgen. Dadurch werden

mögliche Temperaturschwankungen oder Feuchtigkeitsänderungen

des zu erfassenden Produkts ausgeglichen. Bei Medien mit hohem

εr, insbesondere Wasser, reagiert der Sensor wesentlich empfind-

licher. Daher sollte die Justage bei etwa 50 bis 80 % Bedeckung

durchgeführt oder ein Sensor der Serie SMARTLEVEL verwendet

werden.

Füllstände leitfähiger Flüssigkeiten direkt im Behälter

oder durch eine Behälterwand erkennen

Die idealen Füllstandsensoren SMARTLEVEL erkennen wässrige

Medien berührend sowie alle leitfähigen und auch anhaftenden

Flüssigkeiten durch dickere Behälterwände. Und dies justagefrei,

wenn die Behälterwand 6 mm nicht übersteigt. Bei dickeren Wänden

ist SMARTLEVEL zu justieren. Die Justage ist bei leerem und

gefülltem Behälter möglich.

Justage bei gefülltem Behälter

Zunächst Behälter füllen und Sensor an der Behälterwand installie-

ren. Jetzt hat SMARTLEVEL Kontakt und schaltet sich ein.

Nun das Potenziometer langsam gegen den Uhrzeigersinn drehen,

bis der Sensor ausschaltet. Das Potenziometer des ausgeschalteten

Sensors jetzt langsam im Uhrzeigersinn nach rechts drehen bis

der Sensor wieder einschaltet. Am Einschaltpunkt muss jetzt noch

etwa eine halbe Umdrehung (ca. 180°) nach rechts erfolgen und

SMARTLEVEL ist justiert.

Justage bei leerem Behälter

SMARTLEVEL an der Behälterwand installieren. Jetzt hat der Sen-

sor Kontakt und schaltet sich ein. Nun das Potenziometer langsam

gegen den Uhrzeigersinn drehen, bis der Sensor ausschaltet. Das

Potenziometer des ausgeschalteten Sensors jetzt langsam im Uhr-

zeigersinn nach rechts drehen bis der Sensor wieder einschaltet. Am

Einschaltpunkt muss das Potenziometer nur noch 3-mal jeweils um

etwa 360° nach links gedreht werden und SMARTLEVEL ist justiert.

Nichtbündige Sensoren

Diese kapazitiven Sensoren eignen sich durch ihr kugelförmiges

elektrisches Feld besonders als Füllstandserfasser für Flüssigkeit,

Granulat oder Pulver.

Wandung

Kunststoffgranulat

Wandung

Wasser

Bei den Füllstandsmeldern im Micro-Level-Gehäuse

ist eine Justage nur in Ausnahmefällen notwendig.

Dieses Potenziometer hat einen 270°-Einstellweg

und ist sehr vorsichtig zu justieren > kein Anschlag.

Wandung

(max. 10 mm Glas oder Kunststoff)

Wasser

Bei den Füllstandsmeldern im Micro-Level-Gehäuse

ist eine Justage nur in Ausnahmefällen notwendig.

Dieses Potenziometer hat einen 270°-Einstellweg

und ist sehr vorsichtig zu justieren > kein Anschlag.




Induktive Sensoren


976

Grundlagen und DefinitionenMagnetische Zylindersensoren

Vorteile

Nutzen

Funktion

Magnetische elektronische Zylindersensoren der Baureihe BMF

fragen die Kolbenstellung bei pneumatischen und hydraulischen

Zylindern und Greifern ab.

Je nach Bauform hat der Sensor ein Gehäuse aus Kunststoff, Alumi-

nium, Messing oder Edelstahl.

Balluff bietet bei den BMF-Sensoren eine überschaubare Anzahl an

Bauformen und Haltewinkeln für Ihre Pneumatikzylinder. Meist benö-

tigen Sie nur einen Sensortyp mit verschiedenen Haltewinkeln für die

unterschiedlichen Zylinderfabrikate und -größen. Dadurch reduzieren

Sie Ihre Lagerhaltungskosten. Die Befestigung mit Haltewinkeln er-

laubt einen Sensortausch ohne Neujustage.

Im Kolbenring des Pneumatikzylinders sind Dauermagnete einge-

baut, die der magnetische Zylindersensor durch die nichtmagneti-

sche Zylinderwandung erkennt. Bei Annäherung des Kolbens an den

Sensor springt das Ausgangssignal in den anderen Schaltzustand.

■ zuverlässiges, prellfreies Schaltverhalten

■ hohe Lebensdauer

■ berührungsloses und verschleißfreies Erkennen der Kolbenstellung

■ unempfindlich gegen Verschmutzung

■ Erfassen der Kolbenposition durch die Zylinderwandung

■ platzsparender Anbau, kleine Baugrößen und Bauformen

■ anbaubar auf alle gängigen Zylindergrößen

mit entsprechendem Haltewinkel

■ wesentlich größere Schaltabstände bei gleicher Baugröße

■ schaltet durch Wandungen aus Buntmetall und

Aluminium hindurch ohne Schaltabstandsreduzierung

■ bündig in Stahl einbaubarer Magnet

■ verpolungssicher

■ Betriebsspannung 10...30 V DC

■ reagiert auf beide Magnetfeldrichtungen gleich gut

■ Halbleitersensor verschleißfrei

■ vibrationsunempfindlich

■ kurzschlussfest

■ Gehäusematerialien mit hoher Beständigkeit

gegen aggressive Umweltmedien



Funktionsprinzip

Magnetische

Zylindersensoren

Magnetische Sensoren

zur Objekterfassung

Magnetische Zylindersensoren werden hauptsächlich zum Über-

wachen der Kolbenposition an Zylindern und Greifern eingesetzt.

Das Feld des im Kolben integrierten Magneten detektiert der Sensor

durch die Aktorwand. Dank der berührungslosen Positionserfas-

sung funktionieren elektronische Magnetfeld-Sensoren von Balluff

zuverlässig und verschleißfrei: kein Kontaktabbrand, kein Prellen,

kein Kleben und nur ein Schaltpunkt. Auch bei hohen Verfahrensge-

schwindigkeiten wird die Kolbenposition zuverlässig erkannt.

Während bei den magnetischen Zylindersensoren für Pneumatikzy-

linder der Magnet im Zylinderkolben integriert ist, wird für Positions-

abfragen mit zylindrischen Magnetfeld-Sensoren ein externer Magnet

benötigt. Zylindrische Magnetfeld-Sensoren zeichnen sich durch

kleine, extrem kompakte Bauformen und sehr hohe Schaltabstände

aus. Das heißt, Sie können mit einem Sensor, der einen Durchmes-

ser von 6,5 mm hat, berührungslos Positionen abfragen, die bis zu

90 mm entfernt sind. Dabei sind diese Sensoren absolut industrie-

tauglich und schmutzunempfindlich. Da magnetische Felder viele

nicht magnetisierbare Werkstoffe durchdringen, können Positionen

auch durch Behälter oder Rohre hindurch abgefragt werden. Auch

das Detektieren von Codierungen mit Magnet ist möglich.

Magnetischer Zylindersensor BMF

Magnetring

Nichtmagnetische Zylinderwand

aus Aluminium oder Edelstahl

Magnetfeld

Magnetoresis-

tives Sensor-

element oder

Reed-Röhre

Trigger Ausgangstreiber




Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


978


Montageabstände

Justierung und Montage

Justierung und

Montage

Der Ansprechweg eines magnet-

feldempfindlichen Sensors ist

nahezu unabhängig vom Wert

der Feldstärke üblicher Kolben-

magnete. Trotzdem zeigt er keine

Mehrfachschaltpunkte.

Beim Ein satz mehrerer magnet-

feld empfind licher BMF-Sensoren

können diese direkt neben- bzw.

hintereinander montiert werden.

1. Kolben in die Endlage bringen.

2. Angeschlossener Sensor

vom Zylinderrand bis zum

1. Einschaltpunkt schieben

(LED leuchtet auf). Kante

des Sensors auf dem

Zylinder markieren.

3. Sensor weiterschieben

bis zum Ausschaltpunkt

(LED aus).

4. Sensor zurückschieben

bis zum 2. Einschaltpunkt.

Kante des Sensors auf

dem Zylinder markieren.

5. Kante des Sensors

zwischen beiden

Markierungen montieren.



Einbau in Wechselstrom-

Schweißanlagen

BMF V-Twin

Temperaturlastkurve

Die magnetischen Zylindersensoren BMF 305M/315M/32M-..-W-..

können in Fremdfeldern mit einer Feldstärke bis zu Emax = 200 kA/m

betrieben werden. In unmittelbarer Nähe von Hochstromleitern z. B.

in Schweißanlagen wird dieser Grenzwert in vielen Fällen über-

schritten. Bei der Sensormontage muss deshalb ein Abstand dmin

zu den Leitern eingehalten werden, wie er in dem unten stehenden

Diagramm in Abhängigkeit vom Strom und von der Leiterdicke an-

gegeben ist.

BMF V-Twin ist ein ausgeklügeltes und kostengünstiges Stecker-

konzept mit zwei Sensoren und einem Stecker. Bei der Installation

reduzieren Sie Kosten und können Zeit gewinnen.

Günstigerer Anschaffungspreis gegenüber zwei einzelnen Sensoren:

BMF 204/214 ca. 20 % Ersparnis

BMF 303/305 ca. 30 % Ersparnis

BMF 307 ca. 35 % Ersparnis

Auf der Verteilerbox haben doppelt so viele Sensoren Platz.

für Baureihe BMF 10E,

BMF 21, BMF 32, BMF 305,

BMF 307, BMF 315.

für Baureihe BMF 305M...SA4

und BMF 315M...SA3

mit erhöhtem Temperaturbereich

(–25...+105 °C).




Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


980


Der Temperaturdrift ist die Verschiebung, die ein Punkt auf der realen

Kennlinie bei verschiedenen Temperaturen erfährt. Die Temperatur-

drift wird durch den Temperaturkoeffizienten beschrieben.

Die Temperaturkoeffizient beschreibt die Abweichung des Sensor-

ausgangssignals unter dem Einfluss einer Temperaturänderung und

ist somit auch ein Qualitätskriterium des Sensors.

Die Toleranz ist eine Größe, die das fertigungsbedingte Toleranzband

der Kennlinie definiert und dadurch die maximale Exemplarstreuung

festlegt.

Wegsensoren mit Analogausgang sind Sensoren, die ein kontinu-

ierlich variierendes Ausgangssignal generieren, das vom Abstand

zwischen ihrer aktiven Fläche und der Lage des Positionsgebers

relativ zum Sensor (BIL) abhängt.

Der Arbeitsbereich ist der für die Positionserfassung nutzbare Ver-

fahrweg.

Der Bemessungsabstand ist der Punkt in der Mitte des Linearitäts-

bereichs sI und dient als Referenzpunkt für andere Angaben.

Der Linearitätsbereich entspricht dem Arbeitsbereich, in dem der

Wegsensor eine definierte Linearität aufweist.

Der Linearitätsfehler gibt die maximale Abweichung der Kennlinie von

einer Bezugsgeraden an. Dieser Wert gilt für den Linearitätsbereich.

Durch die Messgeschwindigkeit kann die Position (bei BIL) eines

linear bewegten Objekts sicher erfasst werden. Dabei ist die Bewe-

gungsrichtung des Objekts parallel zu seiner aktiven Fläche.

Die Reaktionszeit ist die Zeit, die ein Sensor benötigt, um das Aus-

gangssignal sicher und stabil zu ändern. Die angegebene Zeit, die

bei maximaler Messgeschwindigkeit ermittelt wurde, enthält sowohl

die elektrische Reaktionszeit des Sensors als auch die Zeit für die

mechanische Änderung des Bedämpfungszustandes.

Die Steigung ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Sensors bezüg-

lich einer Wegänderung. Dieser physikalische Zusammenhang lässt

sich für Wegsensoren folgendermaßen berechnen:

Wegsensoren

mit Analogausgang

Arbeitsbereich sa

Bemessungsabstand se

Linearitätsbereich sI

Linearitätsfehler

Messgeschwindigkeit

Reaktionszeit

Steigung

Temperaturdrift

Temperaturkoeffizient TK

Toleranz T

Steigung S [V/mm] =Ua max –Ua min

sa max –sa min

Steigung S [mA/mm] = Ia max –Ia min

sa max –sa min

bzw.

Magneto-induktive Wegsensoren



Die Wiederholgenauigkeit ist der Wert der Ausgangssignaländerun-

gen bei festgelegten Bedingungen, ausgedrückt in Prozent vom

oberen Abstand. Dabei muss im unteren, im oberen und in der Mitte

des Linearitätsbereiches gemessen werden. Sie entspricht der Wie-

derholgenauigkeit R von Näherungsschaltern und wird unter gleichen

Normbedingungen (EN 60947-5-2) ermittelt.

Wegsensoren mit Analogausgang erreichen den in der Norm defi-

nierten Wert R von ≤ 5 %.

Die Wiederholgenauigkeit beschreibt die Präzision, die ein analoger

Sensor bei mehrfachem Anfahren auf einen Messpunkt erreicht. Der

auf Basis der Balluff Werksnorm (BWN Pr. 44) festgelegte Wert be-

schreibt dabei die maximale Abweichung von diesem Messpunkt.


Wiederholgenauigkeit RBWN

Ausgangskennlinien

Einbauhinweise Für den Ein- bzw. Anbau des BIL und des Positionsgebers werden

nichtmagnetisierbare Materialien wie Buntmetalle, austenitische

Stähle, Kunststoffe etc. empfohlen. Dies gilt sowohl für die Montage

des Sensors als auch für die des Positionsgebers.

Magnetisierbare Materialien können Geometrie und Stärke des wirk-

samen Gebermagnetfelds beeinflussen.

Magnetfelder in der Umgebung des BIL können je nach Lage und

Stärke das Ausgangssignal beeinflussen. Dies gilt auch für Positions-

geber benachbarter BIL.

Angaben in mm

Empfohlene Mindestabstände zu magnetisierbaren Materialien oder

zu weiteren BIL

BIL AMD0 BIL EMD0 BIL ED0




Induktive Sensoren

Kapazitive Sensoren


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Objekterkennung – Ausgereifte Sensortechnik für alle ... · Balluff Elektronika Kft. Ungarn Balluff Inc. USA Produktzulassungen werden von nationalen und internationalen Insti-tutionen