Funktionsweise und Technologie von induktiven Sensoren

Ein induktiver Sensor ist ein berührungsloser Sensor zur Erfassung metallischer Objekte. Induktive Sensoren werden häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt, um Positionen, Bewegungen oder Abstände von metallischen Objekten zu bestimmen und zu kontrollieren.

Zu den Arten von induktiven Sensoren zählen induktive Näherungsschalter und induktive Abstandssensoren, die nach dem induktiven Messprinzip metallische Objekte in ihrer Nähe erfassen können. Induktive Näherungsschalter erkennen die Anwesenheit eines metallischen Objektes und erzeugen ein Schaltsignal. Induktive Abstandssensoren messen den Abstand zu einem metallischen Objekt durch Änderung der induzierten Spannung.

Hier finden Sie alle unsere induktiven Näherungsschalter und unsere induktiven Abstandssensoren:

Induktive Sensoren arbeiten berührungslos, indem sie elektromagnetische Felder nutzen, um metallische Objekte in ihrer Umgebung zu erkennen. Die Spule, welche als Sensorelement funktioniert, ist Bestandteil eines LC-Oszillators. Durch diesen Schwingkreis fliesst ein elektrischer Strom, wodurch ein elektromagnetisches Wechselfeld entsteht, das aus der aktiven Fläche des Sensors austritt. In jedem sich frontseitig nähernden Metallobjekt werden Wirbelströme induziert, welche dem Oszillator Energie entziehen. Dadurch resultiert am Oszillatorausgang eine Pegeländerung, die bei digitalen Sensoren über einen Schmitt-Trigger die Ausgangsstufe schaltet, oder bei messenden Sensoren in Abhängigkeit der Objektdistanz das analoge Ausgangssignal beeinflusst.

Induktive Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle können sowohl als schaltende Sensoren mit einstellbarem Schaltpunkt als auch als messende Sensoren mit digitaler Messwertübertragung über IO-Link eingesetzt werden. Die bidirektionale Kommunikation über IO-Link ermöglicht neben der einfacheren Parametrierung und der Verfügbarkeit von digitalen Messwerten auch die Übertragung von zusätzlichen Diagnosedaten, wie z. B. die interne Temperatur des Sensors oder die Anzahl der Schaltzyklen. Dadurch kann der Zustand des Sensors und des Maschinenmoduls ohne zusätzliche Sensoren überwacht und Wartungsintervalle besser geplant werden.

Ein induktiver Sensor schaltet ab einem bestimmten Abstand zu einem metallischen Objekt. Dieser Abstand wird als Schaltabstand bezeichnet. Die internationale Norm EN 60947-5-2 definiert den Schaltabstand wie folgt: Schaltabstand ist der Abstand, bei dem sich eine auf die aktive Fläche des Näherungsschalters zubewegende Normmessplatte einen Signalwechsel bewirkt.

Normmessplatte
Die Normmessplatte ist eine genormte Metallplatte, die zum Kalibrieren und Prüfen von induktiven Sensoren verwendet wird. Sie ist quadratisch, 1 mm dick und besteht aus Fe 360 (ST 37). Die Seitenlänge entspricht entweder dem Durchmesser der aktiven Sensorfläche oder dem dreifachen Nennschaltabstand Sn, je nachdem, welcher Wert größer ist. Die Verwendung einer Normmessplatte stellt sicher, dass die Sensorkennwerte unter standardisierten Bedingungen gemessen und verglichen werden können.

Nennschaltabstand Sn
Der Nennschaltabstand Sn ist der Abstand, bei dem der Sensor unter idealen Bedingungen (z. B. bei Verwendung der Normmessplatte) ein metallisches Objekt erkennt und ein Schaltsignal ausgibt. Dieser Abstand wird bei der Herstellung des Sensors festgelegt und gibt den theoretischen Schaltabstand an, bei dem der Sensor das Objekt detektieren sollte. Er berücksichtigt weder Fertigungstoleranzen noch Veränderungen durch äußere Bedingungen wie Spannung und Temperatur.

Realschaltabstand Sr
Der Realschaltabstand ist der tatsächlich gemessene Abstand, bei dem der Sensor in einer bestimmten Anwendung bei festgelegter Temperatur, Spannung und Einbaubedingungen das metallische Objekt erkennt. Der Realschaltabstand kann aufgrund von Toleranzen und Fertigungsschwankungen geringfügig vom Nennschaltabstand abweichen. Bei induktiven Näherungsschaltern muss er bei 23 ±5 °C zwischen 90% und 110% des Nennschaltabstands liegen.

Nutzschaltabstand Su
Der Nutzschaltabstand Su beschreibt den Bereich des Realschaltabstandes, in dem der Sensor zuverlässig arbeitet. Dabei werden veränderliche Faktoren wie Temperatur, Spannungsschwankungen und mechanische Toleranzen berücksichtigt. Der Schaltabstand eines einzelnen Näherungsschalters wird über den gesamten Arbeitstemperaturbereich bei einer Versorgungsspannung zwischen 90 % und 110 % des Nennwertes gemessen.

Gesicherter Schaltabstand Sa
Der gesicherte Schaltabstand Sg ist der Abstand, bis zu dem der Sensor unabhängig von Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Spannung und Fertigungstoleranzen in jedem Fall ein sicheres Schaltsignal liefert. Bei induktiven Näherungsschaltern liegt der gesicherte Schaltabstand zwischen 0 % und 81 % des Nennschaltabstandes. Dies ist der konservativste Wert, der sicherstellt, dass der Sensor unter allen denkbaren Bedingungen zuverlässig schaltet.

Korrekturfaktor kf

Der Schaltabstand induktiver Sensoren ist abhängig vom Werkstoff des zu messenden Metalls. Werden andere metallische Werkstoffe als die Standardmessplatte (Fe 360) zur Bedämpfung verwendet, sind die angegebenen Schaltabstände mit dem im Datenblatt angegebenen Materialkorrekturfaktor zu multiplizieren. Die Ergebnisse sind als Richtwerte zu betrachten. Es ist zu beachten, dass auch von der Standardmessplatte abweichende Geometrien des Messobjektes einen Einfluss auf den Schaltabstand haben. Sind im Datenblatt keine Korrekturfaktoren angegeben, können die in der folgenden Tabelle angegebenen Standardwerte verwendet werden.

Werkstoff	Korrekturfaktor (Kf)
Stahl	1
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	0,90 ... 1,05

Beim Detektieren von Aluminiumfolien oder metallbeschichteten Materialien kann ein Schaltabstand wie bei Stahl erreicht werden. Der Nenn-Schaltabstand Sn hängt von der Zusammensetzung und der Dicke der Schichten ab.

Bei Standardsensoren verringert sich der Schaltabstand bei nichtferromagnetischen Metallen um bis zu 70%. Induktive Faktor-1-Sensoren enthalten einen Mikrocontroller, der diesen Einfluss kompensiert. Dadurch weisen Faktor-1-Sensoren keinen materialabhängigen Reduktionsfaktor auf. Sie eignen sich daher besonders für Messungen an Aluminium oder Nichteisenmetallen, da ein höherer Schaltabstand erreicht werden kann.

Schalthysterese

Die Hysterese ist die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltpunkt bei Annäherung und Entfernung der Messplatte vom Initiator. Sie sorgt bei induktiven Sensoren für einen stabilen Betrieb und verhindert Fehlschaltungen bei mechanischen Vibrationen.

Schaltfrequenz und Drehzahlmessung

Die nach der Messmethode EN 60947-5-2 ermittelte Schaltfrequenz ist die maximal mögliche Anzahl von Schaltvorgängen je Sekunde. Die effektiv erzielbare Schaltfrequenz hängt auch von bestimmten Eigenschaften des zu erkennenden Bauteils, wie z.B. der Grösse oder des Materials ab. Durch die hohen Schaltfrequenzen von induktiven Sensoren, typischerweise bis zu 5 kHz, sind schnelle Anwendungen und eine präzise Bewegungserkennung möglich.

Die Drehzahlmessung mit induktiven Sensoren ist ein präzises Verfahren zur Überwachung oder der genauen Bestimmung der Drehzahl eines rotierenden Objekts. Der Sensor wird in unmittelbarer Nähe der rotierenden Welle oder des rotierenden Zahnrades angebracht. Durch die Erfassung der metallischen Strukturen mit einem elektromagnetischen Feld werden elektrische Impulse erzeugt, die gezählt werden. Aus der Schaltfrequenz dieser Impulse kann die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute berechnet werden.

Induktive Sensoren mit IO-Link-Schnittstelle bieten die Möglichkeit, die Schaltfrequenz direkt als digitalen Messwert zu übertragen. So können Drehzahlüberwachungen ohne erhöhten Integrationsaufwand realisiert werden.

Induktive Sensoren werden in der Industrie und Automatisierungstechnik zur präzisen Erfassung und Abstandsmessung von metallischen Objekten oder Maschinenteilen eingesetzt. Durch ihre Robustheit eignen sich induktive Sensoren aber auch für den Einsatz in rauer und anspruchsvoller Umgebung, wie z.B. in Windkraftanlagen.

Induktive Sensoren erkennen ausschließlich Metalle, während kapazitive Sensoren auch nichtleitende Materialien wie Glas, Flüssigkeiten und Kunststoffe erfassen können. Beide arbeiten berührungslos: Induktive Sensoren nutzen Magnetfelder, die durch metallische Objekte beeinflusst werden, während kapazitive Sensoren Änderungen im elektrischen Feld messen, die durch die Dielektrizitätskonstante verschiedener Materialien verursacht werden.

Induktive Sensoren passen aufgrund ihrer kleinen Bauform problemlos in enge Maschinenkonstruktionen und ermöglichen eine effiziente Raumnutzung. Ihre schnelle Reaktionszeit macht sie ideal für Anwendungen, die eine präzise und schnelle Erfassung erfordern. Ausserdem kommen sie ohne bewegliche Teile aus, was die Wartungskosten senkt und die Lebensdauer erhöht. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich induktive Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen in unterschiedlichen Branchen.

Weitere Vorteile finden Sie auf den Produktseiten unserer induktiven Näherungsschalter und unserer induktiven Abstandssensoren.

Eine fachgerechte Montage ist entscheidend für die zuverlässige Funktion induktiver Sensoren. Erfahren Sie mehr über die Inbetriebnahme, die verschiedenen Einbauarten und Einstellungsmöglichkeiten. Zudem erhalten Sie Informationen zu den unterschiedlichen Ausgangstypen (z.B. PNP- oder NPN-Ausgang) und den dazugehörigen Anschlussdiagrammen.