Sensoren zur Objekterkennung · Das Trainingspaket TP 1311 behandelt das Thema Sensoren zur Objekterkennung. Besonders hervorzuheben sind dabei die Inhalte Aufbau, Funktion, Anschluss,

Arbeitsbuch TP 1311

Mit CD-ROM

Festo Didactic

566919 de

Sensoren zur Objekterkennung

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Bestell-Nr.: 566919

Stand: 09/2011

Autoren: Frank Ebel, Markus Pany

Grafik: Doris Schwarzenberger

Layout: 09/2011, Frank Ebel

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2013

Internet: www.festo-didactic.com

E-Mail: [email protected]

Der Käufer erhält ein einfaches, nicht-ausschließliches, zeitlich unbeschränktes und geografisch nur auf die

Nutzung innerhalb des Standortes/Sitz des Käufers beschränktes Nutzungsrecht wie folgt.

Der Käufer ist berechtigt, die Inhalte des Werkes zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter,

des Standortes zu nutzen und hierzu auch Teile der Inhalte zur Erstellung eigener Fortbildungsunterlagen

zur Fortbildung seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Standortes unter Angabe der Quelle zu

verwenden und für die Fortbildung am Standort zu kopieren. Bei Schulen/Hochschulen und

Ausbildungsstätten umfasst das Nutzungsrecht auch die Nutzung für deren Schüler, Lehrgangsteilnehmer

und Studenten des Standortes für den Unterricht.

Ausgeschlossen ist in jedem Fall das Recht zur Veröffentlichung sowie zur Einstellung und Nutzung in

Intranet- und Internet- sowie LMS-Plattformen und Datenbanken wie z. B. Moodle, die den Zugriff einer

Vielzahl von Nutzern auch außerhalb des Standortes des Käufers ermöglichen.

Weitere Rechte zu Weitergabe, Vervielfältigungen, Kopien, Bearbeitungen, Übersetzungen,

Mikroverfilmungen sowie die Übertragung, Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen,

unabhängig ob ganz oder in Teilen, bedürfen der vorherigen Zustimmung der Festo Didactic GmbH & Co. KG.

Hinweis

Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch

Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine

geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem

besseren Verständnis der Formulierungen.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 III

Inhalt

Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ IV

Vorwort ______________________________________________________________________________ V

Einleitung _____________________________________________________________________________ VII

Arbeits- und Sicherheitshinweise __________________________________________________________ VIII

Trainingspaket Sensoren zur Objekterkennung (TP 1311) _______________________________________ IX

Lernziele _______________________________________________________________________________X

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben ______________________________________________________ XI

Gerätesatz _____________________________________________________________________________ XIII

Zuordnung von Komponenten und Aufgaben __________________________________________________ XV

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder __________________________________________________________ XVI

Struktur der Aufgaben ___________________________________________________________________ XVII

Bezeichnung der Komponenten ___________________________________________________________ XVIII

Inhalte der CD-ROM _____________________________________________________________________ XVIII

Aufgaben und Lösungen

Aufgabe 1 Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads ________________________________________________ 1

Aufgabe 2 Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers ___________________________________________ 9

Aufgabe 3 Kontrollieren von Konservendosen _________________________________________________ 19

Aufgabe 4 Sortieren von Unterlegscheiben ___________________________________________________ 25

Aufgabe 5 Messen der Dicke von Stahlscheiben _______________________________________________ 30

Aufgabe 6 Sortieren von Flachdichtungen ____________________________________________________ 38

Aufgabe 7 Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung __________________________________ 45

Aufgabe 8 Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors ___________________________________ 55

Aufgabe 9 Zuführen von Kronkorken ________________________________________________________ 63

Aufgabe 10 Sortieren von Werkstücken ______________________________________________________ 72

Aufgabe 11 Nachweisen von Leitersprossen __________________________________________________ 80

Aufgabe 12 Überwachen von Füllständen ____________________________________________________ 88

Aufgabe 13 Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten _______________________________________ 97

Aufgabe 14 Kontrollieren von Gewinden ____________________________________________________ 102

Aufgabe 15 Überwachen der Materialzufuhr einer Presse _______________________________________ 106

IV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Bestimmungsgemäße Verwendung

Das Trainingspaket Sensoren zur Objekterkennung ist nur zu benutzen:

für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb

in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand

Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten

sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib

und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.

Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich

Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die

Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die

in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.

Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des

Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes

außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden

vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 V

Vorwort

Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen

Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des

Lernsystems:

Technologieorientierte Trainingspakete

Mechatronik und Fabrikautomation

Prozessautomation und Regelungstechnik

Robotino® – Lernen und forschen mit mobilen Robotern

Hybride Lernfabriken

Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,

Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare

Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik und elektrischen Antrieben.

Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete

hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen

Antrieben möglich.

VI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Alle Lernpakete besitzen eine identische Struktur:

Hardware

Teachware

Software

Seminare

Die Hardware setzt sich aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und Systemen zusammen.

Die didaktisch-methodische Aufbereitung der Teachware ist auf die Trainings-Hardware abgestimmt. Die

Teachware umfasst:

Lehrbücher (mit Übungen und Beispielen)

Arbeitsbücher (mit praktischen Aufgaben, ergänzenden Hinweisen und Lösungen)

Aufgabensammlungen (mit praktischen Aufgaben und ergänzenden Hinweisen)

Transparentfolien und Videos (zur lebendigen Unterrichtsgestaltung)

Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht

konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.

Aus dem Bereich Software werden Computer-Lernprogramme, Simulations-, Visualisierungs-,

Projektierungs-, Konstruktions- und Programmiersoftware bereitgestellt.

Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und

Weiterbildung ab.

Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?

Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]

Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 VII

Einleitung

Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma

Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und

Weiterbildung. Das Trainingspaket TP 1311 behandelt das Thema Sensoren zur Objekterkennung.

Besonders hervorzuheben sind dabei die Inhalte Aufbau, Funktion, Anschluss, Einsatzgebiete und Auswahl

von Sensoren auf der Grundlage der Anforderungen einer Anwendung.

Voraussetzung für den Aufbau der Schaltungen ist ein fester Arbeitsplatz ausgestattet mit einer Festo

Didactic Profilplatte und einem kurzschlusssicheren Netzgerät mit einer Ausgangsspannung von 24 V DC.

Mit dem Gerätesatz TP 1311 werden die kompletten Schaltungen der 15 Aufgabenstellungen aufgebaut. Die

theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben enthält das Lehrbuch

Näherungsschalter, Bestell-Nr. 093045.

Des Weiteren stehen Datenblätter der einzelnen Komponenten (Sensoren, Messgeräte usw.) zur Verfügung.

Unterrichtsmaterial

Auf dieses Arbeitsbuch abgestimmt erhalten Sie als Unterrichtsmaterial für Auszubildende und Schüler die

Aufgabensammlung

Sensoren zur Objekterkennung, Bestell-Nr. 566923.

Die Aufgabensammlung kann unabhängig vom Arbeitsbuch bestellt werden. So können die Arbeitsblätter

für Auszubildende und Schüler ohne Aufwand bereitgestellt werden.

VIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Arbeits- und Sicherheitshinweise

Allgemein

Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen

arbeiten.

Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle

Hinweise zur Sicherheit!

Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt

werden und sind umgehend zu beseitigen.

Mechanik

Montieren Sie alle Komponenten fest auf die Profilplatte.

Beachten Sie Angaben zur Platzierung der Komponenten.

Elektrik

Verwenden Sie nur Kleinspannungen, maximal 24 V DC.

Herstellen bzw. Abbauen von elektrischen Anschlüssen nur in spannungslosem Zustand!

Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.

Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den

Leitungen.

Befestigungstechnik

Die Trägerplatten der Geräte sind mit der Befestigungsvariante A, B oder C ausgestattet:

Variante A, Rastsystem

Leichte nicht belastbare Geräte (z.B. Wege-Ventile, Sensoren). Geräte einfach in die Nut der Profilplatte

einklipsen. Lösen der Geräte durch Betätigung des blauen Hebels.

Variante B, Drehsystem

Mittelschwere belastbare Geräte (z.B. Pneumatikzylinder). Diese Geräte werden durch

Hammerschrauben auf die Profilplatte gespannt. Das Spannen bzw. Lösen erfolgt über die blaue

Griffmutter.

Variante C, Schraubsystem

Für schwer belastbare Geräte bzw. Geräte die selten von der Profilplatte gelöst werden (z.B.

Einschaltventil mit Filterregelventil). Die Geräte werden mit Zylinderschrauben und Hammermutter

befestigt.

Empfohlenes Zubehör

Zur Auswertung der aufgebauten Schaltungen werden ein Lineal und ein Digital-Multimeter benötigt.

Mit dem Lineal werden Aufbaumaße und Tastweiten gemessen.

Mit dem Digital-Multimeter werden Betriebsspannungen, Ausgangsspannungen und Ausgangsströme

gemessen.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 IX

Trainingspaket Sensoren zur Objekterkennung (TP 1311)

Das Trainingspaket TP 1311 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand

dieses Paketes sind Sensoren zur Objekterkennung. Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket

TP 1311 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.

Wichtige Komponenten des TP 1311

Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte

Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z.B. Sensoren, Meldeeinrichtungen, Objektsortiment,

Verschiebeschlitten)

Komplette Laboreinrichtungen

Medien

Die Teachware zum Trainingspaket TP 1311 besteht aus einem Lehrbuch, einem Arbeitsbuch und einer

Aufgabensammlung. Das Lehrbuch vermittelt die physikalischen und technischen Grundlagen der Sensoren

zur Objekterkennung. Das Arbeitsbuch enthält zu jeder der 15 Aufgaben die Lösungen zu jedem einzelnen

Arbeitsblatt, die Aufgabenblätter der Aufgabensammlung und eine CD-ROM. Die Aufgabensammlung

besteht aus einem Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu jeder Aufgabe.

Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket und auf der CD-ROM zur

Verfügung gestellt.

Medien

Lehrbuch Näherungsschalter

Arbeitsbuch Sensoren zur Objekterkennung

Aufgabensammlung Sensoren zur Objekterkennung

Foliensammlung Sensorik

Digitales Lernprogramm WBT Sensorik 2 – Sensoren zur Objekterkennung

Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 1311

Als Software zum Trainingspaket TP 1311 steht das digitale Lernprogramm (WBT) Sensorik 2 – Sensoren zur

Objekterkennung zur Verfügung. Dieses Lernprogramm beschäftigt sich ausführlich mit Sensoren zur

Erkennung von Objekten in automatisierten Anlagen. Anhand eines komplexen Beispiels aus der

industriellen Praxis erarbeitet der Lernende die Grundlagen der Sensortechnik und kann geeignete Sensoren

auswählen.

Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren Katalogen und im Internet. Das Lernsystem

Automatisierung und Technik wird laufend aktualisiert und erweitert. Die Foliensätze, die Filme, CD-ROMs,

DVDs und Lernprogramme sowie die weitere Teachware werden in mehreren Sprachen angeboten.

X © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Lernziele

Magnetische Näherungsschalter

Sie kennen Aufbau und Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters.

Sie kennen das Schaltverhalten eines magnetoresistiven Näherungsschalters.

Sie kennen den Einfluss von Position und Orientierung eines Magneten auf das Schaltverhalten.

Sie kennen die Grundlagen der Anschluss- und Schaltungstechnik.

Induktive Näherungsschalter

Sie kennen Aufbau und Funktion eines induktiven Näherungsschalters.

Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten eines induktiven Näherungsschalters beschreiben.

Sie kennen den Einfluss verschiedener Bauformen und Werkstückmaterialien auf das Schaltverhalten

induktiver Sensoren.

Sie kennen die Materialabhängigkeit des Schaltabstandes induktiver Näherungsschalter beim Nachweis

verschiedener Metalle.

Sie kennen den Aufbau von logischen Verknüpfungen mit Näherungsschaltern.

Sie können auf Grundlage von Randbedingungen den geeigneten Sensor auswählen.

Optische Näherungsschalter

Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten optischer Näherungsschalter beschreiben.

Sie kennen das Ansprechverhalten einer Einweg-Lichtschranke.

Sie können ermitteln, welche Materialien mit ihr nachgewiesen werden können.

Sie kennen die Einsatzmöglichkeiten und das Ansprechverhalten einer Reflex-Lichtschranke.

Sie kennen Aufbau und Funktion eines optischen Reflex-Lichttasters.

Sie kennen die Einsatzgebiete und die Tastweite eines Reflex-Lichttasters mit Lichtleiter-Vorsatz.

Sie kennen Einsatzmöglichkeiten optischer Näherungsschalter mit Lichtleitern.

Sie können auf Grundlage von Randbedingungen den geeigneten Sensor auswählen.

Kapazitive Näherungsschalter

Sie kennen Aufbau und Funktion eines kapazitiven Näherungsschalters.

Sie kennen den Einfluss der Materialart auf den Schaltabstand eines kapazitiven Näherungsschalters.

Sie kennen den Aufbau von logischen Verknüpfungen mit Näherungsschaltern.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XI

Zuordnung von Lernzielen und Aufgaben

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Lernziel

Sie kennen Aufbau und Funktion eines

magnetoresistiven Näherungsschalters. •

Sie kennen das Schaltverhalten eines

magnetoresistiven Näherungsschalters. •

Sie kennen Grundlagen der

Anschlusstechnik und Schaltungstechnik

von Näherungsschaltern.

• •


induktiven Näherungsschalters. •

Sie kennen Begriffe, die das Schaltverhalten

eines induktiven Näherungsschalters

beschreiben.

•

Sie kennen die Materialabhängigkeit des

Schaltabstandes induktiver

Näherungsschalter beim Nachweis

verschiedener Metalle.

•

Sie kennen den Einfluss unterschiedlich

großer Objekte auf den Schaltabstand eines

induktiven Näherungsschalters.

•

Sie kennen das Ansprechverhalten eines

induktiven Sensors mit Analogausgang. •

Sie können die Kennlinie des induktiven

Sensors mit Analogausgang ermitteln. •

Sie können die Empfindlichkeit des

induktiven Sensors mit Analogausgang

bestimmen.

•

Sie können die Reproduzierbarkeit, die

Linearität und den Hysteresefehler der

Messungen beurteilen.

•

Sie kennen die Abhängigkeit des

Ausgangsstromes vom Material und vom

Abstand des Messobjektes.

•

Sie kennen die Abhängigkeit des

Ausgangsstromes von der Größe der

Querschnittsfläche und vom Abstand des

Messobjektes.

•

XII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Lernziel

Sie kennen den Aufbau und die Funktion

einer Einweg-Lichtschranke. •

Sie kennen das Ansprechverhalten einer

Einweg-Lichtschranke kennen. •

Sie kennen die Materialien, die mit einer

Einweg-Lichtschranke nachgewiesen werden

können.

•

Sie kennen Aufbau und Funktion einer

Reflex-Lichtschranke. •

Sie kennen das Schaltverhalten einer Reflex-

Lichtschranke •

Sie kennen Einsatzmöglichkeiten für eine

Reflex-Lichtschranke. •

Sie kennen Aufbau und Funktionsweise

eines Reflex-Lichttasters. •

Sie kennen den Einfluss der Oberfläche von

Werkstücken auf die Tastweite eines Reflex-

Lichttasters.

•

Sie kennen Aufbau und Funktion von

Lichtwellenleitern. •

Sie kennen Einsatzgebiete von

Lichtwellenleitern. •


kapazitiven Näherungsschalters. •

Sie kennen das Schaltverhalten eines

kapazitiven Näherungsschalters. •

Sie kennen Einsatzmöglichkeiten kapazitiver

Näherungsschalters. •

Sie können den Füllstand mit kapazitiven

und optischen Näherungsschaltern

erfassen.

•

Sie können Näherungsschalter zur

Überprüfung von Werkstücken einsetzen. •

Sie können geeignete Näherungsschalter

auswählen. •

Sie kennen Einsatzmöglichkeiten optischer

Näherungsschalter •

Sie kennen Grundlagen der

Anschlusstechnik und Schaltungstechnik

von Näherungsschaltern

• • •

Sie können logische Verknüpfungen mit

Näherungsschaltern aufbauen •

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XIII

Gerätesatz

Der Gerätesatz Sensoren zur Objekterkennung (TP 1311) vermittelt Kenntnisse über die Grundprinzipien

und den Einsatz von magnetoresistiven, induktiven, kapazitiven und optischen Näherungsschaltern. Er

enthält alle Komponenten, die für die Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind und kann mit

anderen Gerätesätzen beliebig erweitert werden. Zum Aufbau funktionsfähiger Schaltungen werden

zusätzlich die Profilplatte, ein Netzgerät und ein Digital-Multimeter benötigt.

Gerätesatz Sensoren zur Objekterkennung, Bestell-Nr. 566918

Komponente Bestell-Nr. Menge

Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch 162244 1

Näherungsschalter, induktiv, M12 548643 1

Sensor, induktiv, mit Analogausgang, M12 548644 1


Einweg-Lichtschranke, Empfänger 548647 1

Einweg-Lichtschranke, Sender 548648 1

Reflex-Lichtschranke 548649 1

Reflektor (Tripelspiegel), 20 mm 548650 1

Näherungsschalter, kapazitiv, M12 548651 1

Lichtleitergerät 548655 1

Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung 548656 1

Lichtleiter 548659 1

Objektsortiment 549830 1

Verschiebeschlitten 549842 1

Näherungsschalter, magnetoresistiv 566199 1

XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Grafische Symbole des Gerätesatzes

Komponente Grafisches Symbol Komponente Grafisches Symbol

Meldeeinrichtung und

Verteiler, elektrisch

Reflex-Lichtschranke 1

3

4

Näherungsschalter, induktiv,

M12 1

3

4

Näherungsschalter, kapazitiv,

M12 1

3

4

Sensor, induktiv, mit

Analogausgang, M12 U

I

1

3

4

2

Lichtleitergerät 1

3

4

2

Näherungsschalter, induktiv,

M18 1

3

4

Reflex-Lichttaster mit

Hintergrundausblendung 1

3

4

2

Einweg-Lichtschranke,

Empfänger 1

3

4

Näherungsschalter,

magnetoresistiv 1

3

4

Einweg-Lichtschranke, Sender 1

3

2

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XV

Zuordnung von Komponenten und Aufgaben

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Komponente

Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1


Sensor, induktiv, mit Analogausgang, M12 1 1

Näherungsschalter, induktiv, M18 1 1 1

Einweg-Lichtschranke, Empfänger 1 1

Einweg-Lichtschranke, Sender 1 1

Reflex-Lichtschranke 1

Reflektor (Tripelspiegel), 20 mm 1

Näherungsschalter, kapazitiv, M12 1 1 1

Lichtleitergerät 1

Reflex-Lichttaster mit

Hintergrundausblendung

1 1

Lichtleiter 1 1

Objektsortiment 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Verschiebeschlitten 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Näherungsschalter, magnetoresistiv 1

Lineal 1 1 1 1

Digital-Multimeter 1 1 1

Netzgerät 24 V DC 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

XVI © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Hinweise für den Lehrer/Ausbilder

Lernziele

Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Kennenlernen von Sensoren zur Objekterkennung

sowie der praktische Aufbau der Schaltungen auf der Profilplatte. Durch diese direkte Wechselwirkung von

Theorie und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt gewährleistet. Die Feinlernziele sind in

der Matrix dokumentiert. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet.

Richtzeit

Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab.

Auszubildende im Metall- oder Elektrobereich: ca. 2 Wochen. Mit Facharbeiterausbildung: ca. 1 Woche.

Komponenten des Gerätesatzes

Arbeitsbuch, Aufgabensammlung und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle 15 Aufgaben

benötigen Sie nur Komponenten eines Gerätesatzes TP 1311.

Jede Aufgabe kann auf einer Schlitzmontageplatte oder einer Profilplatte mit mindestens 350 mm Breite

aufgebaut werden.

Normen

Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet:

EN 60617-7: Graphische Symbole für Schaltpläne

EN 60947-5-2: Niederspannungsschaltgeräte – Steuergeräte und Schaltelemente – Näherungsschalter

EN 81346-2: Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte;

Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung

Kennzeichnungen im Arbeitsbuch

Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt.

Kennzeichnungen in der Aufgabensammlung

Zu ergänzende Texte sind durch Schreiblinien oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet.

Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt.

Hinweise für den Unterricht

Hier werden zusätzliche Informationen zu den einzelnen Näherungsschaltern gegeben. Diese Hinweise sind

in der Aufgabensammlung nicht enthalten.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 XVII

Lösungen

Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer

Messungen können von diesen Daten abweichen.

Dies trifft besonders bei Näherungsschaltern mit Einstellmöglichkeit zu. Bei optischen Näherungsschaltern

können sich abweichende Resultate zusätzlich abhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der

untersuchten Materialien ergeben. Auch die Schnittkante des Lichtleiters und der optische Übergang von

Sender-/Empfängeroptik zum Lichtleiter haben einen Einfluss auf das Messergebnis.

Lernfelder

Im Folgenden ist eine Zuordnung der Lernfelder der Berufsschule auf das Ausbildungsthema „Sensoren zur

Objekterkennung“ für ausgewählte Ausbildungsberufe dargestellt.

Ausbildungsberuf Lernfeld Thema

Elektroniker/in für

Automatisierungstechnik

3 Steuerungen analysieren und anpassen

6 Anlagen analysieren und deren Sicherheit prüfen

7 Steuerungen für Anlagen programmieren und realisieren

8 Antriebssysteme auswählen und integrieren

10 Automatisierungssysteme in Betrieb nehmen und übergeben

11 Automatisierungssysteme in Stand halten und optimieren

Mechatroniker/in 7 Realisieren mechatronischer Teilsysteme

11 Inbetriebnahme, Fehlersuche und Instandsetzung

Industriemechaniker 6 Installieren und in Betrieb nehmen steuerungstechnischer Systeme

Struktur der Aufgaben

Alle 15 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:

Titel

Lernziele

Problemstellung

Lageplan

Projektauftrag

Arbeitshilfen

Arbeitsblätter

Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt der Aufgabensammlung.

XVIII © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Bezeichnung der Komponenten

Die Bezeichnung der Komponenten in den Schaltplänen erfolgt nach der Norm DIN EN 81346-2. In

Abhängigkeit der Komponente werden Buchstaben vergeben. Mehrere Komponenten innerhalb eines

Schaltkreises werden durchnummeriert.

Sensoren: B, B1, B2, ...

Signalgeräte: P, P1, P2, ...

Inhalte der CD-ROM

Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM

Ihnen ergänzende Medien zur Verfügung.

Die CD-ROM enthält folgende Ordner:

Bedienungsanleitungen

Bilder

Datenblätter

Präsentationen

Produktinformationen

Bedienungsanleitungen

Bedienungsanleitungen für verschiedene Komponenten des Trainingspakets stehen zur Verfügung. Diese

Anleitungen helfen bei Einsatz und Inbetriebnahme der Komponenten.

Bilder

Fotos und Grafiken von Komponenten und industrieller Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit

können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den

Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden.

Datenblätter

Die Datenblätter der Komponenten des Trainingspakets stehen als pdf-Dateien zur Verfügung.

Präsentationen

Kurzpräsentationen für Komponenten des Trainingspakets sind in diesem Verzeichnis gespeichert. Diese

Präsentationen können z.B. bei der Erstellung von Projektpräsentationen verwendet werden.

Produktinformationen

Für ausgesuchte Komponenten erhalten Sie Produktinformationen des Herstellers. Die Darstellung und

Beschreibung der Komponenten in dieser Form soll zeigen, wie diese Komponenten in einem industriellen

Katalog dargestellt sind. Zusätzlich finden Sie hier ergänzende Informationen zu den Komponenten.

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 1

Aufgabe 1

Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

Lernziele

Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben

kennen Sie Aufbau und Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters

kennen Sie das Schaltverhalten eines magnetoresistiven Näherungsschalters

kennen Sie Grundlagen der Anschlusstechnik und Schaltungstechnik von Näherungsschaltern

Problemstellung

Zur Drehzahlerfassung an einem nichtmetallischen Zahnrad ist der Einsatz eines kontaktlosen

Näherungsschalters vorgesehen. Hierzu wird auf einem Zahn des Zahnrades ein Magnet montiert. Ein

sicheres Schalten muss gewährleistet sein. Es soll die Schaltkurve des Näherungsschalters ermittelt

werden. Hierbei ist auch der Einfluss durch die Orientierung der magnetischen Polachse zu untersuchen.

Lageplan

Magnetischer Näherungsschalter zur Drehzahlerfassung

Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

Projektauftrag

1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters.

2. Untersuchen Sie das Schaltverhalten des magnetoresistiven Näherungsschalters.

3. Untersuchen Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.

Arbeitshilfen

Datenblätter

Lehrbuch Näherungsschalter

Hinweis

Die elektrische Spannungsversorgung ist erst einzuschalten, nachdem alle Anschlüsse hergestellt und

kontrolliert sind. Nach Abschluss der Aufgabe ist die Spannungsversorgung wieder auszuschalten, bevor

die Komponenten abgebaut werden.

Hinweis für den Unterricht

Bedienungsanleitungen, Bilder, Datenblätter, Präsentationen und Produktinformationen zu einzelnen

Komponenten des Gerätesatzes finden Sie auf der mitgelieferten CD-ROM im Arbeitsbuch.



Beschreiben der Funktion

– Beschreiben Sie die Funktion des magnetoresistiven Näherungsschalters.

Der magnetoresistive Näherungsschalter erfasst das Magnetfeld durch magnetfeldabhängige

Widerstände. Eine Brückenschaltung der Widerstände erzeugt bei der Annäherung eines Magneten

kontaktlos eine Spannung. Diese Spannung wird in der eingebauten Auswerteelektronik verarbeitet

und in ein Ausgangssignal umgesetzt.

Bei dem eingesetzten kontaktlosen Näherungsschalter ist die magnetfeldsensitive Fläche durch einen

blauen Punkt gekennzeichnet.

– Ergänzen Sie das Schaltzeichen des magnetoresitiven Näherungsschalters.

Vorgaben:

• Der Näherungsschalter arbeitet berührungslos,

• reagiert auf Annäherung eines Magneten und

• hat als Schaltausgang einen Schließerkontakt.

1

3

4

– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt

des magnetoresistiven Näherungsschalters.

Parameter Wert

Betriebsspannung (DC) 10 – 30 V DC

Schaltstrom maximal 200 mA

Schaltfrequenz maximal 500 Hz

Schaltausgang PNP, Schließer

Schaltzustandsanzeige LED gelb

Reproduzierbarkeit des Schaltwertes ± 0,1 mm



Ermitteln des Schaltverhaltens

– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den magnetoresistiven

Näherungsschalter auf die Profilplatte.

– Montieren Sie den magnetoresistiven Näherungsschalter 1 Nut versetzt zu der Nut, in der Sie den

Verschiebeschlitten montiert haben.

0V

0 10 20 30 40 50

24

VQ

1Q

2Q

3

Aufbau

– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den magnetoresistiven

Näherungsschalter an die Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.

24 V

0 V

1

3

4

24 V

0 V

Q1

B

P

Elektrischer Schaltplan



– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des

Schaltverhaltens benötigen.

Menge Komponente

1 Näherungsschalter, magnetoresistiv

1 Verschiebeschlitten

1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch

1 Netzgerät 24 V DC

Nr. Einzelteil

1 Werkstückhalter

2 Magnet 1, auf Trägerplatte


Einzelteile des Objektsortiments

Versuch 1

– Setzen Sie den Werkstückhalter aus dem Objektsortiment in die Werkstückaufnahme des

Verschiebeschlittens ein.

– Nehmen Sie Magnet 1 aus dem Objektsortiment und schieben Sie ihn in den Werkstückhalter.

– Schieben Sie die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens an den Anschlag (Skalenwert „0 mm“).

Positionieren Sie den Näherungsschalter und den Verschiebeschlitten so, dass der Abstand zwischen

Magnet und Näherungsschalter möglichst gering ist.

– Bewegen Sie den Magneten entlang der Näherungsschalterlängsachse. Tragen Sie im Diagramm die

Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf den Magneten anspricht. Dieses Ansprechen erkennen

Sie daran, dass die in den Näherungsschalter eingebaute Leuchtdiode aufleuchtet. Die in der

Meldeeinrichtung eingebaute Leuchtdiode leuchtet ebenfalls auf.

– Der Abstand zwischen Magnet und Näherungsschalter wird in 2 mm Schritten erhöht. Der Trägerstreifen

des Magneten wird jeweils 50 mm bzgl. der Mitte der aktiven Fläche des Näherungsschalters (blauer

Punkt) bewegt. Der Fahrweg ist bei jeder Messung komplett zu durchfahren.



Hinweis

Beachten Sie bei Ihren Messungen, dass für den Näherungsschalter die Einschaltpunkte und die

Ausschaltpunkte nicht zusammenfallen. Nähern Sie den Magneten z.B. von links an den unbetätigten

Näherungsschalter bis dieser seinen Schaltzustand ändert, so erhalten Sie den Einschaltpunkt. Entfernen

Sie den Magneten nun wieder nach links, bis der Näherungsschalter vom betätigten in den unbetätigten

Schaltzustand übergeht, so erhalten Sie den Ausschaltpunkt. Die Wegdifferenz zwischen diesen beiden

Punkten bezeichnet man als Hysterese.

S

10

-30

30

20

-20

10 403020 mm

40

50

mm

-40

-50

Schaltkurve Magnet 1



Versuch 2

– Nehmen Sie nun Magnet 2 aus dem Objektsortiment, und wiederholen Sie den oben beschriebenen

Vorgang.

– Tragen Sie im Diagramm die Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf diesen Magneten

anspricht.

10

-30

30

20

-20

10 403020 mm

40

50

mm

-40

-50

S




Einfluss der Orientierung der Polachse

– Beschreiben Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.

Wie man aus den Schaltkurven erkennt, sind je nach Orientierung der magnetischen Polachse zwei

bzw. drei Schaltbereiche zu beobachten. Einer der drei Schaltbereiche ist deutlich als

Hauptschaltbereich zu erkennen. Vermeiden kann man die Mehrdeutigkeit der Ausgangssignale,

indem man den Magneten in der richtigen Polachsenorientierung und, bei festgelegter Feldstärke, im

richtigen Abstand anbringt.

Bei Näherungsschalter-Magnet-Kombinationen, die man als Einzelteile kauft, ist immer zu überprüfen,

welches Schaltverhalten erzielt wird. Nur so ist ein sicherer Einsatz dieser Näherungsschalter

gewährleistet.

Beantworten Sie die folgenden Fragen.

– Nennen Sie zwei weitere Möglichkeiten, ein Magnetfeld nachzuweisen. Erklären Sie kurz die Funktion

dieser Näherungsschalter.

Reedschalter – Schaltkontaktzungen aus ferromagnetischem Material sind in einen Glaskolben

eingeschmolzen. Durch ein Magnetfeld werden die Kontaktzungen magnetisiert. Sie ziehen sich an,

der Kontakt wird geschlossen.

Induktiv-magnetische Näherungsschalter – Der Zustand eines Schwingkreises wird ausgewertet. Die

Spule des Schwingkreises ist mit einem Ringkern versehen. Durch ein Magnetfeld wird das

Ringkernmaterial gesättigt und der Schwingkreisstrom geändert. Diese Änderung wird ausgewertet.

– Erklären Sie den Begriff magnetoresistiv.

Unter dem Begriff magnetoresistiv versteht man die Änderung des Widerstandes von

ferromagnetischen Materialien unter dem Einfluss eines Magnetfeldes. Die Widerstände bestehen

z. B. aus Nickel-Eisen-Legierungen. Die Widerstände werden in Wheatstone-Brücken geschaltet. Unter

dem Einfluss des äußeren Magnetfeldes ändert sich die Brückenspannung. Diese Änderung wird

ausgewertet.


Aufgabe 1 Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben

• kennen Sie Aufbau und Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters

• kennen Sie das Schaltverhalten eines magnetoresistiven Näherungsschalters

• kennen Sie Grundlagen der Anschlusstechnik und Schaltungstechnik von Näherungsschaltern

Problemstellung Zur Drehzahlerfassung an einem nichtmetallischen Zahnrad ist der Einsatz eines kontaktlosen

Näherungsschalters vorgesehen. Hierzu wird auf einem Zahn des Zahnrades ein Magnet montiert. Ein

sicheres Schalten muss gewährleistet sein. Es soll die Schaltkurve des Näherungsschalters ermittelt

werden. Hierbei ist auch der Einfluss durch die Orientierung der magnetischen Polachse zu untersuchen.

Lageplan

Magnetischer Näherungsschalter zur Drehzahlerfassung


2 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566923

Projektauftrag 1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines magnetoresistiven Näherungsschalters.

2. Untersuchen Sie das Schaltverhalten des magnetoresistiven Näherungsschalters.

3. Untersuchen Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.

Arbeitshilfen • Datenblätter

• Lehrbuch Näherungsschalter

Hinweis

Die elektrische Spannungsversorgung ist erst einzuschalten, nachdem alle Anschlüsse hergestellt und

kontrolliert sind. Nach Abschluss der Aufgabe ist die Spannungsversorgung wieder auszuschalten, bevor

die Komponenten abgebaut werden.


© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566923 Name: __________________________________ Datum: ____________ 3

Beschreiben der Funktion

– Beschreiben Sie die Funktion des magnetoresistiven Näherungsschalters

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– Ergänzen Sie das Schaltzeichen des magnetoresitiven Näherungsschalters.

Vorgaben: • Der Näherungsschalter arbeitet berührungslos,

• reagiert auf Annäherung eines Magneten und

• hat als Schaltausgang einen Schließerkontakt.

1

3

4

– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt

des magnetoresistiven Näherungsschalters.

Parameter Wert

Betriebsspannung (DC)

Schaltstrom

Schaltfrequenz

Schaltausgang

Schaltzustandsanzeige

Reproduzierbarkeit des Schaltwertes



Ermitteln des Schaltverhaltens

– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den magnetoresistiven

Näherungsschalter auf die Profilplatte.

– Montieren Sie den magnetoresistiven Näherungsschalter 1 Nut versetzt zu der Nut, in der Sie den

Verschiebeschlitten montiert haben.

0V

0 10 20 30 40 50

24

VQ

1Q

2Q

3

Aufbau

– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den magnetoresistiven

Näherungsschalter an die Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.

24 V

1

3

4

24 V

0 V

Q1B

Elektrischer Schaltplan



– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des

Schaltverhaltens benötigen.

Menge Komponente

1

1

1

1 Netzgerät 24 V DC

Nr. Einzelteil

1 Werkstückhalter



Einzelteile des Objektsortiments

Versuch 1 – Setzen Sie den Werkstückhalter aus dem Objektsortiment in die Werkstückaufnahme des

Verschiebeschlittens ein.

– Nehmen Sie Magnet 1 aus dem Objektsortiment und schieben Sie ihn in den Werkstückhalter.

– Schieben Sie die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens an den Anschlag (Skalenwert „0 mm“).

Positionieren Sie den Näherungsschalter und den Verschiebeschlitten so, dass der Abstand zwischen

Magnet und Näherungsschalter möglichst gering ist.

– Bewegen Sie den Magneten entlang der Näherungsschalterlängsachse. Tragen Sie im Diagramm die

Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf den Magneten anspricht. Dieses Ansprechen erkennen

Sie daran, dass die in den Näherungsschalter eingebaute Leuchtdiode aufleuchtet. Die in der

Meldeeinrichtung eingebaute Leuchtdiode leuchtet ebenfalls auf.

– Der Abstand zwischen Magnet und Näherungsschalter wird in 2 mm Schritten erhöht. Der Trägerstreifen

des Magneten wird jeweils 50 mm bzgl. der Mitte der aktiven Fläche des Näherungsschalters (blauer

Punkt) bewegt. Der Fahrweg ist bei jeder Messung komplett zu durchfahren.



Hinweis

Beachten Sie bei Ihren Messungen, dass für den Näherungsschalter die Einschaltpunkte und die

Ausschaltpunkte nicht zusammenfallen. Nähern Sie den Magneten z.B. von links an den unbetätigten

Näherungsschalter bis dieser seinen Schaltzustand ändert, so erhalten Sie den Einschaltpunkt. Entfernen

Sie den Magneten nun wieder nach links, bis der Näherungsschalter vom betätigten in den unbetätigten

Schaltzustand übergeht, so erhalten Sie den Ausschaltpunkt. Die Wegdifferenz zwischen diesen beiden

Punkten bezeichnet man als Hysterese.

10

-30

30

20

-20

10 403020 mm

40

50mm

-40

-50




Versuch 2 – Nehmen Sie nun Magnet 2 aus dem Objektsortiment, und wiederholen Sie den oben beschriebenen

Vorgang.

– Tragen Sie im Diagramm die Punkte ein, bei denen der Näherungsschalter auf diesen Magneten

anspricht.

10

-30

30

20

-20

10 403020 mm

40

50mm

-40

-50




Einfluss der Orientierung der Polachse

– Beschreiben Sie den Einfluss der Orientierung der magnetischen Polachse.

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Beantworten Sie die folgenden Fragen.

– Nennen Sie zwei weitere Möglichkeiten, ein Magnetfeld nachzuweisen. Erklären Sie kurz die Funktion

dieser Näherungsschalter.

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– Erklären Sie den Begriff magnetoresistiv.

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Documents

Sensoren zur Objekterkennung · Das Trainingspaket TP 1311 behandelt das Thema Sensoren zur Objekterkennung. Besonders hervorzuheben sind dabei die Inhalte Aufbau, Funktion, Anschluss,