Induktiver Näherungsschalter: Aufbau in 3D

Induktive Sensoren einbauen, prüfen und tauschen

Was im Sensor genau passiert

Eaton beschreibt das Prinzip so: Der Sensor erzeugt ein unsichtbares, schwingendes Feld im Hochfrequenzbereich, zwischen 100 kHz und 1 MHz. Das Feld vor der Spule ist kegelförmig, der Ferritkern bestimmt seine Form, die Größe der Spule die Reichweite. Kommt Metall hinein, entstehen darin Wirbelströme, die das Signal dämpfen. Der Ausgang bleibt aktiv, bis das Metall das Feld wieder verlässt (Schaltungsbuch 10/23, S. 1-43 und 1-44). Darum ist ein induktiver Sensor so gut reproduzierbar: Er schaltet bei jeder Anfahrt an derselben Stelle.

Schaltabstand hängt am Metall

Die Schaltabstände im Datenblatt gelten nach Eaton für Stahl E235. Für andere Werkstoffe wird der Abstand mit einem Korrekturfaktor multipliziert. Für einen M12-Sensor nennt Eaton etwa 0,70 bei nicht magnetisierbarem Edelstahl, 0,45 bei Messing, 0,40 bei Aluminium und 0,25 bei Kupfer (S. 1-44). Ein Sensor mit 4 mm Schaltabstand erkennt ein Aluminiumteil damit erst bei rund 1,6 mm. Wer bei einer Maschine von Stahl- auf Aluminiumteile umstellt, muss den Sensor deshalb nachstellen, sonst bleibt die Meldung aus.

Richtig einbauen

Den Abstand zum Metallteil deutlich kleiner einstellen als den Schaltabstand aus dem Datenblatt, dann schaltet der Sensor auch dann sicher, wenn das Teil etwas wackelt oder warm wird. Wie viel Reserve nötig ist, nennt das Datenblatt. Die Muttern fest, aber ohne Gewalt anziehen, bei Kunststoffgewinden besonders vorsichtig. Das Metallteil darf die aktive Fläche nie berühren: Ein Sensor, der angefahren wird, ist mit der ersten Kollision zerstört. Leitung mit Zugentlastung verlegen und, wenn sie mitbewegt wird, eine für Schleppketten geeignete Leitung nehmen.

Späne und Nachbarn

Metallspäne auf der aktiven Fläche wirken wie ein Metallteil vor dem Sensor: Er meldet dauernd. In der Zerspanung von Aluminium setzt man deshalb, so beschreibt es Eaton, Sensoren ein, die nur Eisenwerkstoffe erkennen und die Aluminiumspäne ignorieren (S. 1-50). Sitzen zwei Sensoren sehr nah nebeneinander oder gegenüber, können sich ihre Felder gegenseitig stören. Den nötigen Abstand nennt das Datenblatt.

Messen am Sensor

Bei einem dreiadrigen PNP-Sensor misst du zuerst die Versorgung zwischen braun und blau, an einer 24-V-Steuerung also rund 24 V. Dann den Ausgang schwarz gegen blau: Bei einem Schließer liegt er ohne Metall nahe 0 V, mit Metall nahe der Versorgungsspannung, beim Öffner umgekehrt. Leuchtet die gelbe Leuchte, und am Ausgang kommt trotzdem nichts, ist der Ausgang defekt oder überlastet. Kommt am Sensor das Signal, aber nicht an der SPS, liegt der Fehler in der Leitung oder am Stecker dazwischen.

Den passenden Ersatz finden

Auf dem alten Sensor und im Datenblatt stehen die Angaben, die passen müssen: Bauform und Gewinde, Schaltabstand, bündig oder nicht bündig einbaubar, PNP oder NPN, Schließer oder Öffner, Versorgungsspannung und Anschluss, also Stecker oder angegossene Leitung. Ein Öffner statt eines Schließers dreht die Meldung um, die SPS sieht dann genau das Gegenteil. Ein nicht bündiger Sensor an der Stelle eines bündigen meldet dauernd, weil er das Metall des Halters erkennt.

Induktiv, kapazitiv oder optisch

Ein kapazitiver Sensor erkennt auch Nichtmetalle. Eaton weist darauf hin, dass sein Schaltabstand bei organischen Stoffen wie Holz oder Getreide stark vom Wassergehalt abhängt (S. 1-46). Optische Sensoren arbeiten mit einem Lichtstrahl und haben eine viel größere Reichweite, etwa als Lichtschranke oder Reflexlichttaster (S. 1-48 und 1-49). Für die sichere Erkennung eines Metallteils auf wenige Millimeter bleibt der induktive Sensor die einfachste Lösung.

Zwei- oder dreiadrig

Ein dreiadriger Sensor hat eine eigene Versorgung über braun und blau und einen getrennten Ausgang. Ein zweiadriger Sensor wird wie ein Schalter in Reihe mit der Last geschaltet und muss sich seine Versorgung über genau diese Leitung holen. Darum fließt auch im ausgeschalteten Zustand ein kleiner Reststrom, und im eingeschalteten fällt am Sensor etwas Spannung ab. Ein empfindlicher SPS-Eingang kann den Reststrom schon als Signal lesen. Ob Sensor und Eingang zusammenpassen, zeigen die Datenblätter beider Geräte.

Wenn das Signal flackert

Flackert die gelbe Leuchte, während das Metallteil stillsteht, liegt es genau an der Grenze des Schaltabstands. Kleine Erschütterungen oder Wärme reichen dann, um den Sensor hin und her schalten zu lassen. Abhilfe: den Abstand verkleinern. Flackert das Signal nur beim Lauf der Maschine, kann die Leitung an einer bewegten Stelle gebrochen sein, oder ein Stecker hat Wackelkontakt. Dann den Stecker abziehen, Kontakte ansehen und die Leitung bei laufender Messung bewegen.

Im Stromlaufplan

Im Plan bekommt der Sensor den Kennbuchstaben B. Für den induktiven Näherungsschalter gibt es ein eigenes Schaltzeichen, Eaton zeigt es in seiner Gegenüberstellung europäischer und nordamerikanischer Symbole (S. 9-30). Die Ruhestellung im Plan gilt ohne Metall vor dem Sensor. Steht die Maschine gerade so, dass Metall davor ist, schaltet der Sensor anders, als der Plan es zeigt.

Raue Umgebung

Kühlschmierstoffe, Reinigungsmittel und heiße Späne greifen Kappen aus Kunststoff an. Für solche Stellen gibt es Sensoren mit besonders beständigen Gehäusen und Kappen. Eaton beschreibt zum Beispiel Sensoren, die dauerhaft gegen Schmiermittel, Schneidflüssigkeit und Metallspäne beständig sind (S. 1-50). Fällt an einer Stelle der Maschine immer wieder derselbe Sensor aus, liegt es oft an dieser Umgebung und nicht am Sensor selbst.

Schnell prüfen mit einem Stück Stahl

Für einen schnellen Funktionstest reicht ein Schraubenschlüssel oder ein Stück Stahlblech: langsam an die aktive Fläche heranführen und beobachten, wann die gelbe Leuchte angeht. Schaltet der Sensor deutlich näher als bei seinen baugleichen Nachbarn, ist er vermutlich geschädigt. Schaltet er gar nicht, Versorgung messen.