Induktive Sensoren eignen sich für extreme Bedingungen wie Hitze, Kälte, aggressive Medien oder hohe Drücke – kurz Heavy Duty. (Bild: zjk – Fotolia / IPF Electronic)
Induktive Sensoren verfügen über hohe Schaltfrequenzen und -genauigkeiten. Ihre Einteilung erfolgt nach bündig einbaubaren, quasi bündig einbaubaren und nicht bündig einbaubaren Geräten. Die induktiven Näherungsschalter eignen sich insbesondere für den Heavy-Duty-Einsatz, also für Applikationen mit extremen Bedingungen: Dazu zählen mechanische Belastungen wie starke Vibrationen sowie abrupte Schläge und Stöße oder hohe Schmutz- und Staubbelastungen. Auch feuchte Umgebungen, Öle mit hohen Kriecheigenschaften sowie aggressive Medien wie Laugen oder Säuren stellen hohe Anforderungen an die Sensorik. Weitere Anwendungsgebiete finden sich bei Applikationen mit hohen Drücken sowie Fertigungsverfahren unter Einsatz von Schweißapparaturen.
Temperaturgrenzen überschreiten
Schwierige Arbeitsbedingungen entstehen für die Sensoren ebenso aufgrund extremer Temperaturschwankungen beziehungsweise durch sehr hohe oder niedrige Temperaturen. Die induktiven Näherungsschalter des Sensor-Anbieters IPF Electronic decken einen Bereich von -60 bis 230 °C ab: Für die extremen Minusgrade, etwa in großen Kühlhäusern oder kalten Klimaregionen (Sibirien, Arktis, etc.), gibt es Sensoren, die über eine Grenztemperatur von -60 °C verfügen und zudem entsprechend der Schutzklassen IP68 beziehungsweise IP69K dicht und chemikalienbeständig sind.
In die andere Richtung der Quecksilbersäule stehen kompakte einteilige Systeme mit vollintegrierter Auswerteelektronik zur Verfügung – zum Teil komplett aus Stahl – die Temperaturen von bis zu 180°C standhalten. Diese Lösungen eignen sich beispielsweise für die Verschlusskontrolle von Spritzgusswerkzeugen oder zur Abfrage von Werkzeugen in Heißpressen, Klappen in Durchlauföfen, Weichenstellungen in der Fördertechnik von Heißteilen sowie für die Positionierung heißer Teile bei Handling und Transport.
Sind hinsichtlich hoher Einsatztemperaturen robustere Geräte gefordert, empfehlen sich induktive Sensoren für Umgebungstemperaturen von 180° C bis 230° C. Bei diesen Geräten resultiert die thermische Robustheit hauptsächlich aus der Trennung von Sensor und Auswertemodul. Aufgrund des zweitteiligen Aufbaus kann der Sensorkopf direkt im Heißbereich installiert werden, während sich der Anschlussverstärker außerhalb dieser Zone befindet. Hierbei sind Abstände zwischen Sensorkopf und Anschlussverstärker von bis zu 50 Meter möglich, wobei immer auch die Störeinkopplungen über den Leitungsweg zu berücksichtigen sind, deren negativer Einfluss bei zunehmender Leitungslänge steigen kann. Um dennoch ein kompaktes Gesamtsystem zu erhalten, ist in weiteren Varianten die Elektronik des Anschlussverstärkers beziehungsweise der Auswerteeinheit im M12-Stecker der Sensorzuleitung integriert.
Die Elektronik des Anschlussverstärkers beziehungsweise der Auswerteeinheit ist im M12-Stecker der Sensorzuleitung integriert. IPF Electronic
Funktionsweise von induktiven Näherungsschaltern
Induktive Näherungsschalter bestehen aus einer Spule (Oszillator), die sich unmittelbar hinter dem Sensorkopf (aktive Fläche) befindet, gefolgt von der Auswerteelektronik und einer Endstufe beziehungsweise einem Verstärker. Der Schwingkreis-Oszillator / die Schwingkreisspule erzeugt ein hochfrequentes Magnetfeld / elektromagnetisches Wechselfeld, das an der aktiven Fläche austritt. Ein elektrisch leitender Metallgegenstand (Bedämpfungsstück), der sich im Erfassungsbereich der aktiven Fläche befindet, entzieht dem Magnetfeld Energie. Diese Bedämpfung des Oszillators wandelt der Verstärker in ein Schaltsignal um. Da induktive Näherungsschalter nur auf Metalle reagieren, sind sie äußerst unempfindlich gegenüber Umgebungseinflüsse, insbesondere starker Verschmutzung oder hoher Staubentwicklung. Zur Auswahl stehen Geräte mit Normschaltabstand, erweitertem Schaltabstand und bis zu drei- oder vierfachem Schaltabstand.
Extrem heißes und feuchtes Klima
Ein Beispiel verdeutlicht was solche Sensorsysteme leisten: In einem Einbrennofen innerhalb einer kathodischen Tauchlackierung eines Automobilzulieferers bestimmen 34 induktive Sensoren mit erweitertem Temperaturbereich die Position eines Hubgestells mit beschichteten Bauteilen, die Einlaufpositionen auf dem Hubtisch sowie die Position von Gestellen an einem Kettenförderer. Da aus systemtechnischen Gründen in der Anlage zwischen Tauchlackierung und Trockenofen keine Spül- und Abtropfstation möglich ist, transportiert eine Hängebahn die lackierten Komponenten direkt in den Einbrennofen. Dort verdampft die Feuchtigkeit schlagartig, sammelt sich als Kondensat an der Haube des Ofens und tropft anschließend auf den Ofenboden.
Die verwendeten induktiven Sensoren müssen demnach nicht nur Temperaturen von über 200 °C im Trockenofen standhalten, sondern – da Lack wesentlich höhere Kriecheigenschaften als Wasser hat – auch besondere Ansprüche an die Dichtigkeit erfüllen. Diese muss auch bei einem Temperaturwechsel sichergestellt sein, wenn der Einbrennofen aufgrund von Inspektionen geöffnet wird und sich dessen Innentemperatur auf Raumtemperatur abkühlt. Darüber hinaus dürfen die Geräte kein Silikon enthalten, da sich dessen Ausgasungen auf den Bauteilen niederschlagen und beim Einbrennen zu Fehlern in der Lackoberfläche führen können.
Auf Kundenwunsch sind die Sensorköpfe steckbar, um die Geräte bei mechanischen Beschädigungen schnell auszutauschen. Außerdem ermöglicht diese Anschlussvariante variable Leitungslängen zwischen Sensor und Auswerteeinheit, wodurch sich die Kabel auch während der Installation der zweiteiligen Systemlösung anpassen lassen.
Auch beständig gegen aggressive Medien
Weitere Einsatzgebiete von induktiven Sensoren gibt es bei Applikationen mit aggressiven Medien. So kennzeichnen sich säure- und laugenbeständige Sensoren durch eine besondere Materialauswahl (z. B. Edelstahl) aus und verfügen über eine Dichtigkeit bis IP69K. Sie kommen daher unter anderem in Walzgerüsten von Kaltwalzwerken oder Beschichtungsanlagen zum Einsatz. Die aktive Fläche dieser Sensoren besteht in der Regel aus Metall, Kunststoff oder Teflon. Das Gehäuse von sogenannten klimawechselfesten Sensoren ist ausnahmslos in Edelstahl (V4A) ausgeführt. Vorteil dieser Geräte: Auch bei größeren und andauernden Temperaturschwankungen in einem Bereich von -25 bis 120 °C behalten sie ihre hohe Dichtigkeit. Potenzielle Einsatzbereiche solcher Lösungen finden sich daher in Outdoor-Anwendungen oder beispielsweise bei Produktprüfungen in Klimaschränken. Für die seltenen Fälle, in denen V4A nicht widerstandsfähig genug ist, z. B. ist das Material nicht beständig gegenüber Salzsäure, gibt es Geräte aus Vollteflon (Schutzklasse IP68), beispielsweise als Positionssensoren an Salzsäurebädern in Galvanik-Anlagen.
Induktive Sensoren benötigen stets ein elektrisch leitendes Bedämpfungsstück aus Metall als Gegenelement. Insbesondere in rauen Umgebungen wie in Galvaniken eignet sich hierfür nicht jeder metallische Werkstoff. Daher werden oft Metallplättchen aus korrosions- und temperaturbeständigem Titan verwendet, das verdünnter Schwefel- und Salzsäure sowie den meisten organischen Säuren sowie vielen Laugen widersteht.
Spezialisten für besondere Einsätze
Zur Kategorie ‚Anwendungsspezialität‘ zählt ebenso der Betrieb in unmittelbarer Nähe von Schweißzangen oder -elektroden mit schweißfesten (magnetfeldfesten) Sensoren. Im Gegensatz zu herkömmlichen induktiven Näherungsschaltern stört das vom Schweißstrom erzeugte Magnetfeld den Oszillator dieser Geräte nicht.
Auch hochdruckfeste induktive Sensoren zur Abfrage der Kolbenstangenposition in Hydraulikzylindern gehören zu den speziellen Anwendungsgebieten. Diese Sensoren, bei denen die aktive Fläche in direktem Kontakt mit dem Hydrauliköl des Zylinders steht, halten einem Dauerdruck von 500 bar und einem Spitzendruck bis 800 bar stand.
Christian Fiebach
(ml)
