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Arbeitsbuch
TP 1110
Mit CD-ROM
Festo Didactic
566919 DE
Sensoren zur Objekterkennung
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Festo weltweit
ArgentinienFesto S.A.Edison 2392(B1640 HRV) MartinezProv. Buenos AiresTel. ++54 (0)11/47 17 82 00, Fax 47 17 82 82 E-mail: [email protected]
AustralienFesto Pty. Ltd.Head Office (Melbourne)179-187 Browns Road, P.O. Box 261Noble Park Vic. 3174Call Toll Free 1300 88 96 96Fax Toll Free 1300 88 95 95Tel. ++ 61(0)3/97 95 95 55, Fax 97 95 97 87 E-mail: [email protected]
BelarusIP FestoMinsk, 220035Mascherov Prospekt, 78BelarusTel. ++375 (0)17/204 85 58, Fax 204 85 59 E-mail: [email protected]
BelgienFesto Belgium sa/nvRue Colonel Bourg 1011030 Bruxelles/BrusselTel. ++32 (0)2/702 32 11, Fax 702 32 09 E-mail: [email protected]
BrasilienFesto Automação Ltda.Rua Guiseppe Crespi, 76KM 12,5 - Via Anchieta04183-080 São Paulo SP-BrazílTel. ++55 (0)11/50 13 16 00, Fax 50 13 18 68 E-mail: [email protected]
BulgarienFesto EOOD1592 Sofia9, Christophor Kolumb Blvd.Tel. ++359 (0)2/960 07 12, Fax 960 07 13 E-mail: [email protected]
ChileFesto S.A.Mapocho 19016500151 Santiago de ChileTel. ++56 (0)2/690 28 00, Fax 695 75 90 E-mail: [email protected]
ChinaFesto (China) Ltd.1156 Yunqiao RoadJinqiao Export Processing ZonePudong,201206 Shanghai, PRCTel. ++86 (0)21/58 54 90 01, Fax 58 54 03 00 E-mail: [email protected]
DänemarkFesto A/SIslevdalvej 1802610 RødovreTel. ++45 70 21 10 90, Fax ++45 44 88 81 10 E-mail: [email protected]
DeutschlandFesto Didactic GmbH & Co. KGPostfach 10 07 1073707 EsslingenRechbergstraße 373734 EsslingenTel. 08 00/5 60 09 67Fax 08 00/5 60 08 43E-mail: [email protected]
EstlandFesto OY AB Eesti FiliaalLaki 11B12915 TallinnTel. ++372 666 15 60, Fax ++372 666 15 61 E-mail: [email protected]
FinnlandFesto OYMäkituvantie 9, P.O. Box 8601511 VantaaTel. ++358 (09)/87 06 51, Fax 87 06 52 00 E-mail: [email protected]
FrankreichFesto EurlNuméro Indigo Tel. 0820/204640, Fax 204641ZA des Maisons Rouges8 rue du Clos Sainte Catherine94367 Bry-sur-Marne cedexTel. ++33 (0)1/48 82 64 00, Fax 48 82 64 01 E-mail: [email protected]
GriechenlandFesto Ltd.40 Hamosternas Ave.11853 AthensTel. ++30 210/341 29 00, Fax 341 29 05 E-mail: [email protected]
GroßbritannienFesto LimitedApplied Automation Centre, Caswell RoadBrackmills Trading EstateNorthampton NN4 7PYTel. ++44 (0)1604/66 70 00, Fax 66 70 01 E-mail: [email protected]
HongkongFesto Ltd.Unit C&D, 7/F, Leroy Plaza15 Cheung Shun StreetCheung Sha Wan, KowloonHong KongTel. ++ 852/27 43 83 79, Fax 27 86 21 73 E-mail: [email protected]
IndienFesto Controls Private Ltd.237B,Bommasandra Industrial Area,Bangalore Hosur Highway,Bangalore 560 099Tel. ++91 (0)80/22 89 41 00, Fax 783 20 58 E-mail: [email protected]
IndonesienPT. FestoJL. Sultan Iskandar Muda No.68Arteri Pondok IndahJakarta 12240Tel. ++62 (0)21/27 50 79 00, Fax 27 50 79 98 E-mail: [email protected]
IranFesto Pneumatic S.K.# 2, 6th street, 16th avenue,Tehran 1581975411Km 8, Special Karaj Road, P.O.Box 15815-1485Tehran 1389793761Tel. ++98 (0)21 44 52 24 09, Fax ++98 (0)21 44 52 24 08E-mail: [email protected]
IrlandFesto LimitedUnit 5 Sandyford ParkSandyford Industrial EstateDublin 18Tel. ++ 353(0)1/295 49 55, Fax 295 56 80 E-mail: [email protected]
IsraelFesto Pneumatic Israel Ltd.P.O. Box 1076, Ha'atzma'ut Road 48Yehud 56100Tel. ++972 (0)3/632 22 66, Fax 632 22 77 E-mail: [email protected]
ItalienFesto S.p.AVia Enrico Fermi 36/3820090 Assago (MI)Tel. ++39 02/45 78 81, Fax 488 06 20 E-mail: [email protected]
JapanFesto K.K.1-26-10 Hayabuchi, Tsuzuki-kuYokohama 224-0025Tel. ++81 (0)45/593 56 10, Fax 593 56 78 E-mail: [email protected]
KanadaFesto Inc.5300 Explorer DriveMississauga, Ontario L4W 5G4Tel. ++1 (0)905/624 90 00, Fax 624 90 01 E-mail: [email protected]
KolumbienFesto Ltda.Avenida El Dorado No. 98-43BogotáTel. ++57 (0)1/404 80 88, Fax 404 81 01 E-mail: [email protected]
KroatienFesto d.o.o.Nova Cesta 18110000 ZagrebTel. ++385 (0)1/619 19 69, Fax 619 18 18 E-mail: [email protected]
LettlandFesto SIADeglava 601035 RigaTel. ++371 67/57 78 64, Fax 57 79 46 E-mail: [email protected]
LitauenFesto UABKaraliaus Mindago pr. 223000 KaunasTel. ++370 (8)7/32 13 14, Fax 32 13 15 E-mail: [email protected]
MalaysiaFesto Sdn.Berhad10 Persiaran IndustriBandar Sri Damansara, Wilayah Persekutuan52200 Kuala LumpurTel. ++60 (0)3/62 86 80 00, Fax 62 75 64 11 E-mail: [email protected]
MexikoFesto Pneumatic, S.A.Av. Ceylán 3, Col. Tequesquinahuac54020 Tlalnepantla, Edo. de MéxicoTel. ++52 (01)55/53 21 66 00, Fax 53 21 66 55 E-mail: [email protected]
NeuseelandFesto LimitedMT. WellingtonAuckland NZTel. ++64 (0)9/574 10 94, Fax 574 10 99 E-mail: [email protected]
NiederlandeFesto B.V.Schieweg 622627 AN DelftTel. ++31 (0)15/251 88 99, Fax 261 10 20 E-mail: [email protected]
NigeriaFesto Automation Ltd.Motorways Centre, First Floor, Block CAlausa, Ikeja, Lagos, NIGERIATel. ++234 (0)1/794 78 20, Fax 555 78 94 E-mail: [email protected]
NorwegenFesto ASOle Deviks vei 20666 OsloNorwayTel. ++47 22 72 89 50, Fax ++47 22 72 89 51 E-mail: [email protected]
ÖsterreichFesto Gesellschaft m.b.H.Linzer Straße 2271140 WienTel. ++43 (0)1/9 10 75-0, Fax 9 10 75-250 E-mail: [email protected]
PeruFesto S.R.L.Calle Amador Merino Reyna #480San IsidroLima, PerúTel. ++51 (0)1/222 15 84, Fax 222 15 95
PhilippinenFesto Inc.KM 18, West Service RoadSouth Superhighway1700 Paranaque City, Metro ManilaTel. ++63 (0)2/776 68 88, Fax 823 42 19 E-mail: [email protected]
PolenFesto Sp. z o.o.Janki k/Warszawy, ul. Mszczonowska 705090 RaszynTel. ++48 (0)22/711 41 00, Fax 711 41 02 E-mail: [email protected]
Republik KoreaFesto Korea Co., Ltd.470-1 Gasan-dong, Geumcheon-guSeoul #153-803Tel. ++82 (0)2/850 71 14, Fax 864 70 40 E-mail: [email protected]
RumänienFesto S.R.L.St. Constantin 17010217 BucurestiTel. ++40 (0)21/310 29 83, Fax 310 24 09 E-mail: [email protected]
RusslandFesto-RF OOOMichurinskiy prosp., 49119607 MoskowTel. ++7 495/737 34 00, Fax 737 34 01 E-mail: [email protected]
SchwedenFesto ABStillmansgatan 1, P.O. Box 2103820021 MalmöTel. ++46 (0)40/38 38 40, Fax 38 38 10 E-mail: [email protected]
SchweizFesto AGMoosmattstrasse 248953 Dietikon ZHTel. ++41 (0)44/744 55 44, Fax 744 55 00 E-mail: [email protected]
SingapurFesto Pte. Ltd.6 Kian Teck WaySingapore 628754Tel. ++65/62 64 01 52, Fax 62 61 10 26 E-mail: [email protected]
SlowakeiFesto spol. s r.o.Gavlovicová ul. 183103 Bratislava 3Tel. ++421 (0)2/49 10 49 10, Fax 49 10 49 11 E-mail: [email protected]
SlowenienFesto d.o.o. LjubljanaIC Trzin, Blatnica 81236 TrzinTel. ++386 (0)1/530 21 00, Fax 530 21 25 E-mail: [email protected]
SpanienFesto Pneumatic, S.A.Tel. 901243660 Fax 902243660Avenida Granvia, 159Distrito económico Granvia L'HES-08908 Hospitalet de Llobregat, BarcelonaTel. ++ 3493/261 64 00, Fax 261 64 20 E-mail: [email protected]
SüdafrikaFesto (Pty) Ltd.22-26 Electron Avenue, P.O. Box 255Isando 1600Tel. ++27 (0)11/971 55 00, Fax 974 21 57 E-mail: [email protected]
TaiwanFesto Co., Ltd.Head Office24450, No. 9, Kung 8th RoadLinkou 2nd Industrial ZoneLinkou Hsiang, Taipei HsienTaiwan, R.O.C.Tel. ++886 (0)2 26 01 92 81, Fax ++886 (0)2 26 01 92 86-7 E-mail: [email protected]
ThailandFesto Ltd.67/1 Moo 6 Phaholyothin RoadKlong 1, Klong Luang,Pathumthani 12120Tel. ++66 29 01 88 00, Fax ++66 29 01 88 33 E-mail: [email protected]
Tschechische RepublikFesto, s.r.o.Modøanská 543/76147 00 Praha 4Tel. ++420 261 09 96 11, Fax 241 77 33 84 E-mail: [email protected]
TürkeiFesto San. ve Tic. A.S.Tuzla Mermerciler OrganizeSanayi Bölgesi, 6/18 TR34956 Tuzla - Istanbul/TRTel. ++90 (0)216/585 00 85, Fax 585 00 50 E-mail: [email protected]
UkraineFesto UkrainaBorisoglebskaja 11Kiev 04070Tel. ++380 (0)44/239 24 33, Fax 463 70 96 E-mail: [email protected]
UngarnFesto Kft.Csillaghegyi út 32-34.1037 BudapestTel. ++36 1/436 51 11, Fax 436 51 01E-mail: [email protected]
VenezuelaFesto C.A.Av. 23, Esquina calle 71, No. 22-62Maracaibo, Edo. ZuliaTel. ++58 (0)261/759 09 44, Fax 759 04 55 E-mail: [email protected]
Vereinigte StaatenFesto Corporation (New York)Call Toll-free 800/993 3786Fax Toll-free 800/963 3786395 Moreland Road, P.O.Box 18023Hauppauge, N.Y. 11788Tel. ++ 1(0)314/770 01 12, Fax 770 16 84 E-mail: [email protected]
Bestell-Nr.: 566919
Stand: 09/2009
Autoren: Frank Ebel, Markus Pany
Grafik: Doris Schwarzenberger
Layout: 09/2009, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2009
Internet: www.festo-didactic.com
E-Mail: [email protected]
Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,
soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte
vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen
durchzuführen.
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 1110) _______________________________________ 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 1110 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 1110 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 1110)
Das Trainingspaket TP 1110 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand
dieses Paketes sind Sensoren zur Objekterkennung. Einzelne Komponenten aus dem Trainingspaket
TP 1110 können auch Bestandteil anderer Pakete sein.
Wichtige Komponenten des TP 1110 • Fester Arbeitsplatz mit Festo Didactic Profilplatte
• Gerätesätze oder Einzelkomponenten (z.B. Sensoren, Meldeeinrichtungen, Objektsortiment,
Verschiebeschlitten)
• Komplette Laboreinrichtungen
Medien Die Teachware zum Trainingspaket TP 1110 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 1110
Als Software zum Trainingspaket TP 1110 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.
• •
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
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. •
Sie kennen Aufbau und Funktion eines
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 1110) 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
Näherungsschalter, induktiv, M18 548645 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
Näherungsschalter, induktiv, M12 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 1110.
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 61346-2: 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 61346-2. 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 zusätzliche Medien zur Verfügung.
Die CD-ROM enthält folgende Ordner:
• Bedienungsanleitungen
• Bilder
• Datenblätter
• Präsentationen
• Produktbeschreibungen
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.
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 3
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.
– 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
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
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.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den magnetoresistiven
Näherungsschalter an die Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 5
– 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
3 Magnet 2, 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.
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
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.
Schaltkurve Magnet 1
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 7
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.
Schaltkurve Magnet 2
Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads
8 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
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.
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Aufgabe 2 Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Aufbau und Funktion eines induktiven Näherungsschalters
• kennen Sie Begriffe, die das Schaltverhalten eines induktiven Näherungsschalters beschreiben
• kennen Sie Grundlagen der Anschlusstechnik und Schaltungstechnik von Näherungsschaltern
Problemstellung Die Position eines Ventilschiebers in einer Rohrleitung wird mit Endschaltern abgefragt. Mit einem
Versuchsaufbau soll geprüft werden, ob induktive Näherungsschalter zur Positionsabfrage verwendet
werden können.
Lageplan
Positionsabfrage Ventilschieber
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
10 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Projektauftrag 1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines induktiven Näherungsschalters.
2. Untersuchen Sie das Schaltverhalten des induktiven Näherungsschalters.
3. Untersuchen Sie den Einfluss der Bauform auf das Schaltverhalten eines induktiven
Näherungsschalters.
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.
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 11
Beschreiben der Funktion
– Beschreiben Sie das Funktionsprinzip eines induktiven Näherungsschalters
Induktive Näherungsschalter enthalten eine Oszillatorschaltung, welche aus einem
Parallelresonanzkreis mit einer Spule (Induktivität) und einer Kapazität sowie einem Verstärker
besteht. Durch einen Ferritschalenkern der Spule wird das elektromagnetische Feld nach außen
gerichtet.
Wird in den Bereich des elektromagnetischen Streufeldes ein elektrisch leitfähiges Material gebracht,
so entstehen nach dem Induktionsgesetz Wirbelströme in dem Material, welche die
Oszillatorschwingung dämpfen. Abhängig von der Leitfähigkeit, den Abmessungen und der Nähe des
leitenden Gegenstandes kann der Oszillator so stark gedämpft werden, dass die Schwingung aussetzt.
Die Dämpfung des Oszillators wird in einer nachfolgenden Elektronik ausgewertet und liefert das
Ausgangssignal.
– Ergänzen Sie das Schaltzeichen eines induktiven Näherungsschalters
Vorgaben: • Der Näherungsschalter arbeitet berührungslos,
• reagiert auf Annäherung von Metallen und
• hat als Schaltausgang einen Schließerkontakt.
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
12 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des induktiven Näherungsschalters M18.
Parameter Wert
Baugröße M18 x 1
Erfassungsbereich 0 – 8 mm
Wiederholgenauigkeit 0,2 mm
Einbauart nicht bündig
Betriebsspannung 15 – 34 V DC
Leerlaufstrom ≤ 30 mA
Schaltausgang PNP, Schließer
Schaltzustandsanzeige LED gelb
Ausgangsstrom max. 200 mA
Schaltfrequenz max. 300 Hz
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des induktiven Näherungsschalters M12.
Parameter Wert
Baugröße M12 x 1
Erfassungsbereich 0 – 4 mm
Wiederholgenauigkeit 0,2 mm
Einbauart nicht bündig
Betriebsspannung 10 – 30 V DC
Leerlaufstrom ≤ 30 mA
Schaltausgang PNP, Schließer
Schaltzustandsanzeige LED gelb
Ausgangsstrom max. 200 mA
Schaltfrequenz max. 2000 Hz
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 13
Zuordnen von Baugruppen
– Ordnen Sie den einzelnen Hauptbaugruppen eines induktiven Näherungsschalters die korrekten
Bezeichnungen zu.
Bezeichnungen Interne Konstantspannungsquelle, Oszillator, Schaltzustandsanzeige, externe Spannung, aktive Zone
(Spule), Trigger-Stufe, Schaltausgang, Ausgangsstufe mit Schutzbeschaltung, Demodulator
G
1
9
2 3 4 5
6
78
Nr. Bezeichnung
1 Oszillator
2 Demodulator
3 Trigger-Stufe
4 Schaltzustandsanzeige
5 Ausgangsstufe mit Schutzbeschaltung
6 Schaltausgang
7 externe Spannung
8 interne Konstantspannungsquelle
9 aktive Zone (Spule)
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
14 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Ermitteln des Schaltverhaltens
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den induktiven
Näherungsschalter M18 auf die Profilplatte.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den induktiven Näherungsschalter an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie Kennzeichnung und die Anschlussbezeichnungen des induktiven
Näherungsschalters.
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 15
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Näherungsschalter, induktiv, M18
1 Näherungsschalter, induktiv, M12
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
Einzelteile des Objektsortiments
Versuch 1
– Nehmen Sie aus dem Objektsortiment die Messplatte aus Stahl (5), und schieben Sie diese in die
Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens.
– Messen Sie den Schaltabstand des Näherungsschalters.
Notieren Sie den Punkt, bei dem bei der Annäherung der Platte an den Näherungsschalter der
Signalwechsel erfolgt, und ebenfalls den Punkt, bei dem der Signalwechsel erfolgt, wenn Sie die Platte
wieder vom Näherungsschalter entfernen. Die Differenz dieser beiden Werte ist die Hysterese des
Näherungsschalters.
Hysterese (mm) = Ausschaltpunkt (mm) – Einschaltpunkt (mm)
– Wiederholen Sie die Messungen mehrmals, um die Reproduzierbarkeit des Schaltabstandes zu
überprüfen.
Parameter Messwert 1 (mm) Messwert 2 (mm) Messwert 3 (mm) Mittelwert (mm)
Einschaltpunkt: 8,0 8,0 8,0 8,0
Ausschaltpunkt: 8,3 8,5 8,5 8,4
Hysterese: 0,3 0,5 0,5 0,4
Messwerte induktiver Näherungsschalter M18
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
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Versuch 2
– Führen Sie die gleichen Messungen mit dem induktiven Näherungsschalter M12 durch.
– Wiederholen Sie die Messungen mehrmals, um die Reproduzierbarkeit des Schaltabstandes zu
überprüfen.
Parameter Messwert 1 (mm) Messwert 2 (mm) Messwert 3 (mm) Mittelwert (mm)
Einschaltpunkt: 4,5 4,5 4,5 4,5
Ausschaltpunkt: 4,75 4,75 5,0 4,8 mm
Hysterese: 0,25 0,25 0,5 0,3 mm
Messwerte induktiver Näherungsschalter M12
Einfluss der Bauform auf den Schaltabstand
– Leiten Sie aus Ihren Messungen ab, welchen Einfluss die Bauform auf den Schaltabstand eines
induktiven Näherungsschalters hat.
Innerhalb einer Baureihe ist bei induktiven Näherungsschaltern der erzielbare Schaltabstand
abhängig vom Durchmesser der Schwingkreisspule und damit von der Größe zylinderförmiger
Näherungsschalter. Je größer der Durchmesser ist, umso größer ist der Schaltabstand.
Die gemessenen Schaltabstände geben auch Hinweise auf die erforderliche Genauigkeit, die bei der
Justierung der induktiven Näherungsschalter beachtet werden muss.
Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– Ordnen Sie den Anschlussbezeichnungen ihre Funktion zu.
Anschlussbezeichnung Funktion
1 Positive Versorgungsspannung
3 Negative Versorgungsspannung
4 Schaltausgang
Anschlussbezeichnungen von Näherungsschaltern
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
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– Die Anschlussleitungen von Näherungsschaltern sind farblich gekennzeichnet. Tragen Sie in der Tabelle
die korrekten Farbkurzzeichen für die Anschlussleitungen ein.
Anschluss Farbkurzzeichen
Betriebsspannung Pluspol BN
Betriebsspannung Minuspol BU
Schaltausgang BK
Näherungsschalter mit 3 Anschlussleitungen
Hinweis für den Unterricht
Bei drei Anschlussleitungen hat der Schaltausgang immer eine schwarze Anschlussleitung unabhängig
von der Funktion (Schließer oder Öffner).
Anschluss Farbkurzzeichen
Betriebsspannung Pluspol BN
Betriebsspannung Minuspol BU
Schaltausgang, Funktion Schließer BK
Schaltausgang, Funktion Öffner WH
Näherungsschalter mit 4 Anschlussleitungen
– Welche Bedeutung hat die Hysterese für das Ausgangssignal eines Näherungsschalters?
Die Differenz zwischen dem Einschaltpunkt und dem Ausschaltpunkt bezeichnet man als Hysterese.
Sie ist notwendig, um ein sicheres Schalten des Näherungsschalters zu gewährleisten. Falls
Einschaltpunkt und Ausschaltpunkt zusammenfallen, würde sich ein Flattern des Ausgangssignales
ergeben.
Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers
18 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Erklären Sie die folgenden Begriffe aus dem Gebiet der Näherungsschalter.
Schaltabstand
Der Abstand, bei dem eine sich der aktiven Fläche des Näherungsschalters nähernde Metallplatte
einen Signalwechsel bewirkt.
Nennschaltabstand
Bei Nennspannung und Nenntemperatur mit einer Genauigkeit von 10 % ermittelter Schaltabstand.
Fertigungsstreuungen und Abweichungen, die durch Spannungs- und Temperaturänderungen im
Bereich der Einsatzgrenzen auftreten, werden hierbei nicht berücksichtigt.
Hysterese
Differenz zwischen Einschalt- und Ausschaltpunkt bei axialer Annäherung der Messplatte an die aktive
Fläche eines Näherungsschalters.
In Metall bündig einbaubarer Näherungsschalter
Der Näherungsschalter kann bis auf die Ebene seiner aktiven Fläche von einem Metall umgeben sein,
ohne dass seine Kennwerte beeinträchtigt werden.
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Aufgabe 3 Kontrollieren von Konservendosen
Lernziel Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie die Materialabhängigkeit des Schaltabstandes induktiver Näherungsschalter beim Nachweis
verschiedener Metalle
Problemstellung Gefüllte Konservendosen werden verschlossen und dann mit einem Transportband zu einer Palettieranlage
transportiert. Mit einem induktiven Näherungsschalter wird geprüft, ob die Dosen mit einem Deckel
verschlossen wurden. Seit das Deckelmaterial geändert wurde, kommt es häufig zu Fehlern bei der Prüfung.
Untersuchen Sie, ob das Material des Deckels einen Einfluss auf das Schaltverhalten des induktiven
Näherungsschalters hat.
Lageplan
Deckelkontrolle
Aufgabe 3 – Kontrollieren von Konservendosen
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Projektauftrag 1. Untersuchen Sie das Schaltverhalten eines induktiven Näherungsschalters in Abhängigkeit vom
nachzuweisenden Material.
2. Erstellen Sie eine Tabelle mit Reduktionsfaktoren.
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.
Aufgabe 3 – Kontrollieren von Konservendosen
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Nachweisen verschiedener Metalle
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den induktiven
Näherungsschalter M18 auf die Profilplatte.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den induktiven Näherungsschalter an die
Meldeeinrichtung an.
24 V
1
3
4
24 V
0 V
Q1B
P
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 3 – Kontrollieren von Konservendosen
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– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Näherungsschalter, induktiv, M18
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
6 Edelstahl
7 Aluminium
8 Messing
9 Kupfer
Einzelteile des Objektsortiments
– Messen Sie den Schaltabstand des Näherungsschalters für die unterschiedlichen Materialien aus dem
Objektsortiment. Notieren Sie den Punkt, bei dem bei Annäherung der Platte an den Näherungsschalter
der Signalwechsel erfolgt, und ebenfalls den Punkt, bei dem der Signalwechsel erfolgt, wenn Sie die
Platte wieder vom Näherungsschalter entfernen.
– Nehmen Sie aus dem Objektsortiment die Metallplatten (Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing und
Kupfer) und führen Sie die Messungen durch.
– Tragen Sie die ermittelten Messwerte in die folgende Tabelle ein.
Material Einschaltpunkt [mm] Ausschaltpunkt [mm] Hysterese [mm]
Stahl, verzinkt (5) 8,0 8,3 0,3
Edelstahl (6) 6,0 6,25 0,25
Aluminium (7) 4,0 4,25 0,25
Messing (8) 4,5 4,75 0,25
Kupfer (9) 3,0 3,25 0,25
Aufgabe 3 – Kontrollieren von Konservendosen
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Ermitteln des Reduktionsfaktors
– Bestimmen Sie den Reduktionsfaktor des Schaltabstandes für die unterschiedlichen Materialien. Der
Reduktionsfaktor für Stahl beträgt 1. Für die anderen Objekte erhalten Sie den jeweiligen Wert, wenn
Sie den ermittelten Schaltabstand durch den Wert des Schaltabstandes für Stahl dividieren.
Material Reduktionsfaktor
Stahl (5) 1
Edelstahl (6) 0,75
Aluminium (7) 0,5
Messing (8) 0,56
Kupfer (9) 0,375
– Welchen Einfluss hat der Reduktionsfaktor beim Einsatz induktiver Näherungsschalter?
Man erkennt, dass sich für unterschiedliche Metalle differierende Schaltabstände ergeben. Reduzierte
Schaltabstände bedeuten, dass sich kleinere Toleranzen für den Abstand zwischen Konservendose
und Näherungsschalter ergeben. Der Justieraufwand erhöht sich.
Hinweis für den Unterricht
Dieser Effekt ist abhängig von der unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeit und der magnetischen
Permeabilität der verwendeten Materialien.
Aufgabe 3 – Kontrollieren von Konservendosen
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Beantworten Sie die folgende Frage.
– Näherungsschalter mit Transistorausgängen werden in positiv schaltende (PNP) und negativ schaltende
(NPN) Ausführungen unterschieden. Skizzieren Sie den Unterschied, indem Sie den Anschluss der Last
in den Grafiken einzeichnen.
Näherungsschalter mit PNP-Ausgang Näherungsschalter mit NPN-Ausgang
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Aufgabe 4 Sortieren von Unterlegscheiben
Lernziel Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie den Einfluss unterschiedlich großer Objekte auf den Schaltabstand eines induktiven
Näherungsschalters
Problemstellung In einer Sortiervorrichtung werden Unterlegscheiben unterschiedlicher Größen in Magazine einsortiert.
Diese metallischen Unterlegscheiben unterschiedlicher Größe sollen mit einem induktiven
Näherungsschalter erfasst werden. Es sind nur Teile aus Stahl nachzuweisen. Untersuchen Sie den Einfluss
der Objektgröße auf den Schaltabstand des Näherungsschalters.
Lageplan
Sortiereinrichtung
Aufgabe 4 – Sortieren von Unterlegscheiben
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Projektauftrag 1. Untersuchen Sie, welchen Einfluss die Werkstückgröße auf den Schaltabstand eines induktiven
Näherungsschalters hat.
2. Ermitteln Sie die Größe der Norm-Messplatte für den eingesetzten induktiven Näherungsschalter.
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.
Aufgabe 4 – Sortieren von Unterlegscheiben
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Einfluss der Werkstückgröße auf den Schaltabstand
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den induktiven
Näherungsschalter M18 auf die Profilplatte.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den induktiven Näherungsschalter an die
Meldeeinrichtung an.
24 V
1
3
4
24 V
0 V
Q1B
P
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 4 – Sortieren von Unterlegscheiben
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– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Näherungsschalter, induktiv, M18
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
18 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 30 x 30
19 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 25 x 25
20 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 20 x 20
21 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 15 x 15
22 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 10 x 10
23 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 5 x 5
Einzelteile des Objektsortiments
– Nehmen Sie aus dem Objektsortiment die Platten aus Stahl mit unterschiedlichen Seitenlängen und
führen Sie die Messungen durch. Messen Sie den Schaltabstand des Näherungsschalters für die
unterschiedlich großen Messplatten.
– Notieren Sie die Werte, bei denen bei Annäherung der Platten an den Näherungsschalter der
Signalwechsel erfolgt und tragen Sie die Messwerte in die folgende Tabelle ein.
Seitenlänge [mm] Schaltabstand [mm]
Stahl, 30 x 30 8,0
Stahl, 25 x 25 7,75
Stahl, 20 x 20 7,5
Stahl, 15 x 15 7,0
Stahl, 10 x 10 5,5
Stahl, 5 x 5 3,0
Aufgabe 4 – Sortieren von Unterlegscheiben
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Ermitteln der Größe einer Norm-Messplatte
Information
Nach der Norm EN 60947 ist eine Norm-Messplatte aus Stahl zur Definition des Nennschaltabstandes
festgelegt. Die Norm-Messplatte für einen induktiven Näherungsschalter ist 1 mm dick und hat als
Kantenlänge
entweder den Durchmesser des eingeschriebenen Kreises der aktiven Näherungsschalterfläche
oder
den dreifachen Wert des Nennschaltabstandes des Näherungsschalters,
je nachdem welcher Wert der größere ist.
– Bestimmen Sie die Größe der Norm-Messplatte für den eingesetzten Näherungsschalter.
Für den verwendeten Näherungsschalter ist der Nennschaltabstand 8 mm und der Durchmesser der
aktiven Fläche 18 mm. Die Norm-Messplatte muss also 24 mm Seitenlänge haben.
– Erklären Sie das Ergebnis Ihrer Messungen
Der Schaltabstand eines induktiven Näherungsschalters ist nicht nur von der Materialart sondern auch
von der Größe des zu detektierenden Objektes abhängig.
Allgemein kann man sagen, dass der Schaltabstand eines induktiven Näherungsschalters für Objekte,
die kleiner als die Norm-Messplatte sind, von der Fläche des nachgewiesenen Objektes abhängig ist.
Für Objekte, die kleiner als die Norm-Messplatte sind, ist demnach der erreichbare Schaltabstand
kleiner als der Nennschaltabstand.
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Aufgabe 5 Messen der Dicke von Stahlscheiben
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie das Ansprechverhalten eines induktiven Sensors mit Analogausgang
• können Sie die Kennlinie des induktiven Sensors mit Analogausgang ermitteln
• können Sie die Empfindlichkeit des induktiven Sensors mit Analogausgang bestimmen
• können Sie die Reproduzierbarkeit, die Linearität und den Hysteresefehler der Messungen beurteilen
Problembeschreibung Mit einem induktiven Sensor mit Analogausgang soll die Dicke von Stahlscheiben vor einer weitergehenden
Bearbeitung bestimmt werden. Untersuchen Sie, ob er sich hierfür eignet und welche Genauigkeit bei den
Messungen erreicht werden kann, wenn die Scheiben auf einem Messtisch vermessen werden. Die
Stahlscheiben liegen auf einer nichtmetallischen Unterlage.
Lageplan
Dickenmessung von Werkstücken
Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben
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Projektauftrag 1. Ermitteln Sie die Kennlinie des induktiven Sensors mit Analogausgang.
2. Untersuchen Sie die Hysterese des Sensors.
3. Ermitteln Sie für einen beliebigen Ausgangsstrom den Abstand zwischen Sensor und Werkstück.
4. Beantworten Sie die Fragen.
Arbeitshilfen • Datenblätter
• Lehrbuch Näherungsschalter
Hinweise
Für alle Teilaufgaben kann statt des analogen Stromausgangs auch der analoge Spannungsausgang
(Ausgang Q1) des induktiven Sensors eingesetzt werden. Wählen Sie den geeigneten Messbereich am
Digital-Multimeter. Die Tabellen und die Diagramme auf den Arbeitsblättern sind für den Stromausgang
ausgelegt. Sie müssen angepasst werden, wenn der Spannungsausgang benutzt wird.
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.
Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben
32 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Erfassen der technische Daten
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des induktiven Näherungsschalters M18.
Parameter Wert
Baugröße M12 x 1
Erfassungsbereich 0 – 6 mm
Betriebsspannung 15 – 30 V DC
Zulässige Restwelligkeit ≤ 20 %
Leerlaufstrom ≤ 12 mA
Spannungsausgang 0 – 10 V
Laststrom am Spannungsausgang ≤ 10 mA
Stromausgang 4 – 20 mA
Ermitteln der Kennlinie
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den induktiven Sensor mit
Analogausgang auf die Profilplatte.
Aufbau
Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben
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– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den induktiven Sensor an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den elektrischen Schaltplan.
Elektrischer Schaltplan
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Messung der Kennlinie
benötigen.
Menge Komponente
1 Sensor, induktiv, mit Analogausgang
1 Digital-Multimeter
1 Verschiebeschlitten
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben
34 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Nehmen Sie aus dem Objektsortiment die Messplatte aus Stahl (5), und schieben Sie diese in die
Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens.
– Wählen Sie den geeigneten Messbereich am Digital-Multimeter, siehe Datenblatt des Sensors.
– Führen Sie die Messungen durch und tragen Sie die Werte in die Tabellen ein.
– Notieren Sie den Ausgangsstrom des induktiven Sensors mit Analogausgang in Abhängigkeit vom
Abstand der Stahlplatte vom Sensor. In den aktiven Erfassungsbereich des Sensors kommen Sie, wenn
sich der bis dahin konstante Ausgangsstrom verändert.
– Bewegen Sie das Messobjekt in Schritten von 1 mm vom Sensor weg.
– Übertragen Sie die Messreihe in das Diagramm. Verwenden Sie für jede Messreihe eine andere
Kennzeichnung (z.B. Farbe), um eine übersichtliche Darstellung zu erhalten.
Messreihe 1
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 4,38 6,23 9,40 12,63 16,10 18,63 20,90 22,30 22,96
Messreihe 2
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 4,42 5,79 8,37 11,64 15,60 18,40 20,55 22,51 22,97
Messreihe 3
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 4,36 6,30 9,01 12,14 15,26 18,36 20,69 22,11 22,98
Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben
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Kennlinie des induktiven Sensors
Untersuchen der Hysterese
– Bewegen Sie das Messobjekt in Schritten von 1 mm auf den Sensor zu.
– Tragen Sie die Werte in die Tabellen und das Diagramm ein.
Messreihe 4
Abstand s (mm) 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Ausgangsstrom I (mA) 22,98 22,60 20,74 18,44 15,50 11,64 8,94 5,78 4,37
Messreihe 5
Abstand s (mm) 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Ausgangsstrom I (mA) 22,96 22,45 20,58 18,49 15,35 11,74 9,05 6,15 4,39
– Hat der untersuchte Sensor eine Hysterese?
Innerhalb der Messgenauigkeit hat der induktive Sensor mit Analogausgang keine Hysterese.
Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben
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Berechnen des Abstands
Information
Um für einen beliebigen Ausgangsstrom I des Sensors die Größe des Abstandes s in mm zu berechnen,
benutzen Sie die Geradengleichung:
0ssRI +⋅=
sIR
∆∆
=
R = Geradensteigung
s0 = y-Achsen-Abschnitt
Der Umrechnungsfaktor R wird als die Empfindlichkeit des Sensors bezeichnet (englisch: responsivity).
– In welchem Abstandsbereich erhalten Sie einen linearen Zusammenhang zwischen Objektabstand und
Ausgangssignal des Sensors?
Der lineare Bereich des Sensors liegt zwischen 1 mm und 5 mm.
– Berechnen Sie den Faktor R. Wählen Sie hierzu den linearen Bereich der Kennlinie aus.
Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben
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Beantworten Sie die folgende Frage.
– Sie haben den induktiven Sensor untersucht.
Eignet sich der Sensor für die Dickenmessung von Stahlscheiben? Wie groß ist die Genauigkeit?
Bei der Dickenmessung, wie sie in der Problembeschreibung angegeben ist, handelt es sich um eine
relative Messung. Das bedeutet, dass man die Dicke der Scheiben relativ zu einer Standardscheibe
misst. Aus der Geradengleichung
kann man ablesen, dass 1 mA Ausgangsstromänderung einer Dickenänderung von 0,32 mm
entspricht. Bei einer Messgenauigkeit von 0,1 mA kann man Dickendifferenzen von 0,032 mm
auflösen. Bei geeigneter Wahl des Abstandes zwischen der Standardscheibe und dem Sensor kann
man einen Messbereich von ± 2,5 mm sicher erfassen.
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Aufgabe 6 Sortieren von Flachdichtungen
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie die Abhängigkeit des Ausgangsstromes vom Material und vom Abstand des Messobjektes
• kennen Sie die Abhängigkeit des Ausgangsstromes von der Größe der Querschnittsfläche und vom
Abstand des Messobjektes
Problembeschreibung Gefalzte Flachdichtungen aus verschiedenen Metallen der Größen R 1/4" und R 3/8" werden mit einem
induktiven Sensor mit Analogausgang nachgewiesen und anschließend sortiert. Untersuchen Sie, ob der
Sensor für diesen Ablauf geeignet ist.
Lageplan
Sortiereinrichtung
Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 39
Projektauftrag 1. Ermitteln Sie die Kennlinie des analogen Sensors für die Metalle Edelstahl, Aluminium, Messing und
Kupfer.
2. Untersuchen Sie den Zusammenhang zwischen Ausgangsstrom und Größe der Objektfläche für
Messplatten aus Stahl.
3. Beantworten Sie die Frage.
Arbeitshilfen • Datenblätter
• Lehrbuch Näherungsschalter
Hinweise
Für alle Teilaufgaben kann statt des analogen Stromausgangs auch der analoge Spannungsausgang
(Ausgang Q1) des induktiven Sensors eingesetzt werden. Wählen Sie den geeigneten Messbereich am
Digital-Multimeter. Die Tabellen und die Diagramme auf den Arbeitsblättern sind für den Stromausgang
ausgelegt. Sie müssen angepasst werden, wenn der Spannungsausgang benutzt wird.
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.
Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen
40 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Ermitteln der Kennlinien für verschiedene Metalle
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den induktiven Sensor mit
Analogausgang auf die Profilplatte.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den induktiven Sensor an die
Meldeeinrichtung an.
24 V
1
3
24 VB
P1 P2
U
I
4
2 Q2
Q1
A V
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 41
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Messung der Kennlinien
benötigen.
Menge Komponente
1 Sensor, induktiv, mit Analogausgang
1 Digital-Multimeter
1 Verschiebeschlitten
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
6 Edelstahl
7 Aluminium
8 Messing
9 Kupfer
Einzelteile des Objektsortiments
– Nehmen Sie aus dem Objektsortiment die Messplatte aus Stahl (5), und schieben Sie diese in die
Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens.
– Wählen Sie den geeigneten Messbereich am Multimeter, siehe Datenblatt des Sensors.
– Führen Sie die Messungen durch und tragen Sie die Werte in die Tabellen ein.
– Bewegen Sie die Messobjekte mit Hilfe des Verschiebeschlittens in Schritten von 1 mm vom induktiven
Sensor weg.
– Übertragen Sie die Messwerte in das Diagramm.
Messreihe Stahl, verzinkt (5)
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 4,41 6,02 8,59 11,57 14,50 17,96 20,23 22,18 22,98
Messreihe Edelstahl (6)
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 4,90 7,00 11,41 16,36 21,03 22,99 22,99 23,01 22,98
Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen
42 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Messreihe Aluminium (7)
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 7,00 14,78 22,98 22,98 22,98 23,01 22,99 23,01 22,98
Messreihe Messing (8)
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 6,18 11,01 17,63 23,01 22,98 22,96 23,01 22,96 22,98
Messreihe Kupfer (9)
Abstand s (mm) 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Ausgangsstrom I (mA) 7,62 14,22 22,98 23,01 23,01 22,98 23,01 23,01 22,99
1: Kupfer; 2: Aluminium; 3: Messing; 4: Edelstahl; 5: Stahl
Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 43
Untersuchen des Zusammenhangs zwischen Ausgangsstrom und Größe der Werkstücke
Nr. Einzelteil
20 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 20 x 20
21 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 15 x 15
22 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 10 x 10
23 Stahl, verzinkt, auf Trägerplatte, 5 x 5
Einzelteile des Objektsortiments
– Führen Sie je drei Messungen mit den vier Probengrößen durch und tragen Sie die Werte in die Tabelle
ein. Wählen Sie einen Abstand von 3 mm zwischen Sensor und Messobjekt.
– Berechnen Sie die Mittelwerte.
– Übertragen Sie die Werte in das Diagramm.
Probengröße Ausgangsstrom I in mA
Messwert 1 Messwert 2 Messwert 3 Mittelwert
Stahl, 20 x 20 10,34 10,25 10,36 10,3
Stahl, 15 x 15 11,23 11,41 11,32 11,3
Stahl, 10 x 10 12,07 12,15 12,04 12,1
Stahl, 5 x 5 15,79 15,34 15,48 15,5
– Wählen Sie einen Abstand von 4 mm zwischen Sensor und Messobjekt.
– Wiederholen Sie alle Messungen und Auswertungen.
Probengröße Ausgangsstrom I in mA
Messwert 1 Messwert 2 Messwert 3 Mittelwert
Stahl, 20 x 20 12,15 12,00 12,05 12,1
Stahl, 15 x 15 12,84 12,36 12,56 12,6
Stahl, 10 x 10 13,41 13,35 13,45 13,4
Stahl, 5 x 5 17,41 17,49 17,52 17,5
Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen
44 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
1: Abstand Sensor – Messobjekt 3 mm; 2: Abstand Sensor – Messobjekt 4 mm
Beantworten Sie die folgende Frage.
– Wenn Sie das Ergebnis auf die anfangs gegebene Problembeschreibung übertragen, lassen sich dann
die Metallringe (Flachdichtungen) aufgrund der obigen Ergebnisse in Bezug auf die Material- und
Formabhängigkeit unterscheiden?
Wenn sich die Durchmesser um Millimeter unterscheiden, lassen sich die Flachdichtungen
detektieren. Ebenso spielt die Form eine gewisse Rolle.
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Aufgabe 7 Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie den Aufbau und die Funktion einer Einweg-Lichtschranke
• kennen Sie das Ansprechverhalten einer Einweg-Lichtschranke kennen
• kennen Sie die Materialien, die mit einer Einweg-Lichtschranke nachgewiesen werden können
Problembeschreibung Zur Durchhangregelung an einer Bandzugeinrichtung werden zwei Einweg-Lichtschranken eingesetzt. Es
müssen verschiedene Materialien nachgewiesen werden. Untersuchen Sie das Ansprechverhalten einer
Einweg-Lichtschranke auf verschiedene Materialien.
Lageplan
Bandzugeinrichtung
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
46 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Projektauftrag 1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion einer Einweg-Lichtschranke.
2. Untersuchen Sie das Ansprechverhalten einer Einweg-Lichtschranke.
3. Messen Sie den Ansprechbereich einer Einweg-Lichtschranke.
4. Beantworten Sie die Fragen.
Arbeitshilfen • Millimeterpapier
• 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.
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 47
Beschreiben von Aufbau und Funktion
– Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion einer Einweg-Lichtschranke
Optische Näherungsschalter bestehen aus zwei Hauptbaugruppen, dem Sender und dem Empfänger.
Bei Einweg-Lichtschranken sind diese in getrennten Gehäusen untergebracht.
Sendeelemente sind Leuchtdioden. Ihr Wellenlängenbereich liegt im roten oder infraroten Teil des
Lichtspektrums. Durch geeignete Empfänger wird dieses Licht nachgewiesen. Das Objekt unterbricht
die bestehende direkte Lichtverbindung zwischen Sender und Empfänger. Das nachzuweisende
Objekt darf nur wenig Lichtstrahlung durchlassen, aber beliebig viel reflektieren.
– Ergänzen Sie die Symbole für den Sender und den Empfänger der Einweg-Lichtschranke.
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten den
Datenblättern von Sender und Empfänger der Einweg-Lichtschranke.
Parameter Wert
Reichweite 0 – 6000 mm
Lichtart Infrarot
Betriebsspannung 10 – 36 V DC
Leerlaufstrom ≤ 25 mA
Schutzart IP 65
Einweg-Lichtschranke – Sender
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
48 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Parameter Wert
Lichtart Infrarot
Einstellmöglichkeit Potenziometer
Betriebsspannung 10 … 36 V DC
Leerlaufstrom ≤ 15 mA
Schaltausgang PNP, Schließer
Schaltzustandsanzeige LED gelb
Schaltelementfunktion dunkelschaltend
Ausgangsstrom max. 200 mA
Schaltfrequenz max. 1000 Hz
Funktionsreserveanzeige LED grün
Einweg-Lichtschranke – Empfänger
Untersuchen des Ansprechverhaltens
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Einweg-Lichtschranken Sender und den Einweg-
Lichtschranken Empfänger auf die Profilplatte.
– Der Abstand zwischen Sender und Empfänger beträgt 300 mm.
Aufbau
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 49
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung, den Einweg-Lichtschranken Sender und den
Einweg-Lichtschranken Empfänger an die Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
Elektrischer Schaltplan
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Einweg-Lichtschranke, Sender
1 Einweg-Lichtschranke, Empfänger
1 Schraubendreher
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
6 Edelstahl
7 Aluminium
12 Kunststoff, transparent
13 Kunststoff, rot
14 Kunststoff, blau
16 Kunststoff, schwarz
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
50 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Untersuchen Sie das Ansprechverhalten auf unterschiedliche Materialien.
– Stellen Sie hierzu das Einstell-Potenziometer des Einweg-Lichtschranken Empfängers auf den
maximalen Wert (im Uhrzeigersinn, maximal 12 Umdrehungen).
– Führen Sie die Objekte in den Strahlengang der Einweg-Lichtschranke.
– Tragen Sie ihre Ergebnisse in die Tabelle ein.
Material Nachweis ja/nein
Stahl, verzinkt Ja
Edelstahl Ja
Aluminium Ja
Kunststoff, transparent Nein
Kunststoff, rot Nein
Kunststoff, blau Nein
Kunststoff, schwarz Ja
– Bewerten Sie die Ergebnisse Ihrer Messung.
Mit einer Einweg-Lichtschranke kann man auch spiegelnde Materialien sicher nachweisen.
Transparente oder durchscheinende Materialien bereiten dagegen Probleme.
Hinweise für den Unterricht
Um transparente Objekte nachweisen zu können, kann mit dem Potenziometer am Lichtschranken
Empfänger die Empfindlichkeit reduziert werden. Dieses führt allerdings auch zu einer Verringerung des
Schaltabstandes.
Ein sicherer Betrieb der Einweg-Lichtschranke ist gewährleistet, wenn die grüne LED
(Funktionsreserveanzeige) leuchtet, wenn die Einweg-Lichtschranke kein Objekt nachweist.
Messen der Ansprechkurve
Nr. Einzelteil
11 Kodak-Graukarte
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
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– Untersuchen Sie die Ansprechkurve der Einweg-Lichtschranke.
– Stellen Sie das Potenziometer hierzu auf den maximalen Wert.
– Klemmen Sie ein Blatt Millimeterpapier unter Sender und Empfänger der Einweg-Lichtschranke.
– Führen Sie die Kodak-Graukarte, mit der weißen Seite auf den Sender zeigend, seitlich in den
Strahlengang, und notieren Sie die Einschaltpunkte auf dem Rasterblock.
– Messen Sie in Abständen von 40 mm entlang der optischen Achse. Bringen Sie die Graukarte jeweils
von rechts und von links in den Strahlengang.
– Heften Sie das ausgefüllte Blatt zu Ihren Unterlagen.
Hinweis
Beachten Sie bei Ihren Messungen, dass für Näherungsschalter die Einschaltpunkte und die
Ausschaltpunkte nicht zusammenfallen. Nähern Sie die Kodak-Graukarte z. B. von links an den
unbetätigten Näherungsschalter bis dieser seinen Schaltzustand ändert, so erhalten Sie den
Einschaltpunkt. Entfernen Sie die Kodak-Graukarte 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.
Skizze der Ansprechkurve der Einweg-Lichtschranke; links: Sender, rechts: Empfänger
Hinweis für den Unterricht
Die Abbildung zeigt die Einschaltpunkte der Ansprechkurve der Einweg-Lichtschranke. Man kann
erkennen, dass der Sender nur über eine einzige Linse der Optik strahlt, während der Empfänger über
beide Linsen empfängt.
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
52 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Nachweisen kleiner Objekte
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Einweg-Lichtschranken Sender, den Einweg-Lichtschranken
Empfänger und den Verschiebeschlitten auf die Profilplatte.
– Der Abstand zwischen Sender und Empfänger beträgt 300 mm.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung, den Einweg-Lichtschranken Sender und den
Einweg-Lichtschranken Empfänger an die Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zum Nachweis kleiner Objekte
benötigen.
Menge Komponente
1 Einweg-Lichtschranke, Sender
1 Einweg-Lichtschranke, Empfänger
1 Schraubendreher
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
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Nr. Einzelteil
1 Werkstückhalter
4 Kamm, Spaltbreite 7 mm und 1 mm
13 Kunststoff, rot
Einzelteile des Objektsortiments
– Setzen Sie den Werkstückhalter aus dem Objektsortiment in die Werkstückaufnahme des
Verschiebeschlittens ein.
– Nehmen Sie den Kamm aus dem Objektsortiment und schieben Sie ihn in den Werkstückhalter.
– Verschieben Sie die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens so, dass der Abstand zwischen
Sender und Kamm 5 mm beträgt.
– Stellen Sie die rote Kunststoffplatte vor den Einweg-Lichtschranken Empfänger, um die einfallende
Lichtintensität abzuschwächen.
– Fahren Sie mit dem Kamm am Einweg-Lichtschranken Sender vorbei. Hierbei zeigen zunächst die
breiten Zähne nach oben, danach die schmalen.
– Notieren Sie Ihre Ergebnisse.
Spaltbreite Nachweis ja/nein
1 mm Nein
7 mm Ja
– Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messung.
Schmale, dicht aufeinander folgende Werkstücke werden von der Einweg-Lichtschranke nicht
nachgewiesen. Die Abschwächung des Lichtstrahls zwischen Sender und Empfänger reicht nicht aus,
um ein sicheres Schalten zu erzielen.
Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– Welchen Mindestabstand muss man zwischen zwei Einweg-Lichtschranken seitlich einhalten?
In der Bedienungsanleitung ist ein seitlicher Mindestabstand von 250 mm angegeben. Zusätzlich sind
gegenseitige Störungen durch eine wechselseitige Montage von Einweg-Lichtschranken Sender und
Empfänger zu vermeiden.
Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung
54 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Erklären Sie die Begriffe hellschaltend und dunkelschaltend.
Hellschaltend
Die Funktion "hellschaltend" bedeutet, dass der betreffende Ausgang Strom führt (durchgeschaltet
ist), wenn Licht auf den Empfänger auftrifft.
Dunkelschaltend
Die Funktion "dunkelschaltend" bedeutet, dass der betreffende Ausgang Strom führt
(durchgeschaltet ist), wenn kein Licht auf den Empfänger auftrifft.
– Welche Bedeutung hat die Funktionsreserve bei optischen Näherungsschaltern?
Die Funktionsreserve ist ein Maß für die überschüssige Strahlungsleistung, die auf die
Lichteintrittsfläche fällt und vom Lichtempfänger bewertet wird. Durch Verschmutzung, Änderung des
Reflexionsfaktors des Objektes und Alterung der Sendediode kann die Funktionsreserve im Laufe der
Zeit abnehmen, so dass ein sicherer Betrieb nicht mehr gewährleistet ist.
– Wann ist ein sicherer Betrieb der Einweg-Lichtschranke gewährleistet?
Ein sicherer Betrieb der Einweg-Lichtschranke ist gewährleistet, wenn die grüne LED
(Funktionsreserveanzeige) leuchtet, wenn die Einweg-Lichtschranke kein Werkstück nachweist.
– Erklären Sie die folgenden Begriffe aus dem Gebiet der Näherungsschalter.
Infrarot-Licht
Infrarotes Licht ist eine unsichtbare Strahlung mit einer größeren Wellenlänge als das sichtbare Licht
(780 nm bis ca. 100 µm).
Sichtbares Licht
Licht vom roten bis zum violetten Bereich (ca. 780 – 380 nm Wellenlänge).
Reichweite
Maximaler Abstand zwischen einem Sender und einem Empfänger einer Einweg-Lichtschranke oder
bei einer Reflex-Lichtschranke zwischen Sende- und Empfangsgerät und Reflektor.
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Aufgabe 8 Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Aufbau und Funktion einer Reflex-Lichtschranke
• kennen Sie das Schaltverhalten einer Reflex-Lichtschranke
• kennen Sie Einsatzmöglichkeiten für eine Reflex-Lichtschranke
Problembeschreibung Mit einer Reflex-Lichtschranke soll ein Hoftor überwacht werden. Es soll verhindert werden, dass das Tor
schließt, solange noch Personen oder Fahrzeuge in der Toröffnung sind. Untersuchen Sie, welche Objekte
von Reflex-Lichtschranken nachgewiesen werden.
Lageplan
Überwachung eines Hoftors
Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
56 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Aufgabenstellung 1. Beschreiben Sie Aufbau und Funktion einer Reflex-Lichtschranke.
2. Untersuchen Sie das Schaltverhalten einer Reflex-Lichtschranke.
3. Nennen Sie Einsatzmöglichkeiten für eine Reflex-Lichtschranke.
4. Beantworten Sie die Fragen.
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.
Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
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Beschreiben von Aufbau und Funktion
– Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion einer Reflex-Lichtschranke
Optische Näherungsschalter bestehen aus zwei Hauptbaugruppen, dem Sender und dem Empfänger.
Bei Reflex-Lichtschranken sind diese in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht. Ein zusätzlicher
Reflektor wird benötigt.
Als Sender werden meist im roten oder infraroten Wellenlängenbereich emittierende Leuchtdioden
verwendet. Durch geeignete Halbleiterempfänger wird dieses Licht im Empfänger nachgewiesen. Das
Objekt unterbricht die bestehende Lichtverbindung zwischen Sender und Empfänger. Diese
Unterbrechung kann durch gerichtete oder diffuse Reflexion an einem Objekt verhindert werden.
Spiegelnde Objekte können diese Unterbrechung allerdings verhindern.
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
der Reflex-Lichtschranke.
Parameter Wert
Reichweite 0 – 2000 mm
Lichtart Rot, polarisiert
Einstellmöglichkeit Potenziometer
Betriebsspannung 10 – 30 V DC
Leerlaufstrom ≤ 25 mA
Schaltausgang PNP, Schließer
Schaltzustandsanzeige LED gelb
Schaltelementfunktion dunkelschaltend
Ausgangsstrom max. 200 mA
Schaltfrequenz max. 1000 Hz
Funktionsreserveanzeige LED grün
Schutzart IP 65
Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
58 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Untersuchen des Ansprechverhaltens
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten, die Reflex-Lichtschranke und den
Reflektor auf die Profilplatte.
– Der Abstand zwischen Reflex-Lichtschranke und Reflektor beträgt 300 mm.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und die Reflex-Lichtschranke an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie Kennzeichnung und Anschlussbezeichnungen der Reflex-
Lichtschranke.
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
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– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Reflex-Lichtschranke
1 Reflektor
1 Schraubendreher
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
6 Edelstahl
7 Aluminium
12 Kunststoff, transparent
13 Kunststoff, rot
14 Kunststoff, blau
16 Kunststoff, schwarz
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
60 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Drehen Sie das Einstell-Potenziometer der Reflex-Lichtschranke auf den maximalen Wert (im
Uhrzeigersinn, maximal 12 Umdrehungen).
– Bringen Sie unterschiedliche Materialien rechtwinklig in den Strahlengang, und notieren Sie, ob sie
nachgewiesen werden.
Material Nachweis ja/nein
Stahl, verzinkt Ja
Edelstahl Ja
Aluminium Ja
Kunststoff, transparent Nein
Kunststoff, rot Ja
Kunststoff, blau Ja
Kunststoff, schwarz Ja
– Bewerten Sie die Ergebnisse Ihrer Messung.
Bei Reflex-Lichtschranken ist eine sichere Unterbrechung der Lichtstrecke bei allen undurchsichtigen
Materialien mit matter Oberfläche gegeben. Da die eingesetzte Reflex-Lichtschranke polarisiertes
Licht aussendet, ist ein Nachweis spiegelnder Objekte ebenfalls sicher möglich.
Messen der Ansprechkurve
Nr. Einzelteil
11 Kodak-Graukarte
Einzelteile des Objektsortiments
– Untersuchen Sie den Ansprechbereich der Reflex-Lichtschranke.
– Stellen Sie das Potenziometer hierzu auf den maximalen Wert.
– Klemmen Sie ein Blatt Millimeterpapier unter Reflex-Lichtschranke und Reflektor.
– Führen Sie die Kodak-Graukarte, mit der weißen Seite auf die Reflex-Lichtschranke zeigend, seitlich in
den Strahlengang, und notieren Sie die Einschaltpunkte auf dem Rasterblock.
– Messen Sie in Abständen von 40 mm entlang der optischen Achse. Bringen Sie die Graukarte jeweils
von rechts und von links in den Strahlengang.
– Heften Sie das ausgefüllte Blatt zu Ihren Unterlagen.
Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 61
Skizze der Ansprechkurve der Reflex-Lichtschranke
Hinweise für den Unterricht
Die Abbildung zeigt die Einschaltpunkte der Ansprechkurve der Reflex-Lichtschranke.
Ein sicherer Betrieb der Reflex-Lichtschranke ist gewährleistet, wenn die grüne LED
(Funktionsreserveanzeige) leuchtet, wenn die Reflex-Lichtschranke kein Objekt nachweist.
Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– Beim Einsatz optischer Näherungsschalter treten verschiedene Arten der Reflexion des ausgestrahlten
Lichts auf. Erklären Sie die Unterschiede zwischen diffuser Reflexion, Totalreflexion und Retro-Reflexion.
Diffuse Reflexion
Diffuse Reflexion ist die Reflexion von Licht von einer unebenen oder körnigen Oberfläche, wobei ein
auftreffender Strahl anscheinend in mehreren Winkeln reflektiert wird. Diese Reflexionsart ist das
Gegenstück zur spiegelnden Reflexion (Totalreflexion).
Totalreflexion
Totalreflexion (spiegelnde Reflexion) ist die perfekte Reflexion von Licht von einer Oberfläche, wobei
aus einer einzigen Richtung einfallendes Licht in eine einzige Richtung reflektiert wird. Dieses
Verhalten ist im Reflexionsgesetz beschrieben. Danach bilden die Richtung des reflektierten Lichts
und die Richtung des einfallenden Lichts zum Einfallslot den gleichen Winkel (Einfallswinkel ist gleich
Ausfallswinkel).
Retroreflexion
Retroreflexion ist die Reflexion, bei der das Licht unabhängig vom Einfallswinkel in die Richtung der
Lichtquelle zurückgestrahlt wird. Im Gegensatz dazu ist dies bei einem Spiegel nur dann der Fall, wenn
der Spiegel genau senkrecht zum Lichtstrahl steht. Diese Reflexionsart kann nur mit speziellen
Reflektoren erreicht werden.
Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors
62 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Beschreiben Sie, warum durch polarisiertes Licht der Nachweis spiegelnder Objekte mit Reflex-
Lichtschranken sicher erfolgen kann.
Natürliches Licht (und auch das Licht der Sendedioden) ist unpolarisiert. Das Polarisationsfilter des
Senders lässt nur denjenigen Anteil des Lichtes durch, welcher in einer bestimmten
Polarisationsebene schwingt. Auf den Reflektor gelangt damit nur der polarisierte Lichtanteil.
Der Reflektor in Form eines Tripelspiegels dreht die Polarisationsebene um 90°. Damit das vom
Tripelspiegel reflektierte Licht vom Empfänger empfangen werden kann, ist sein vorgeschaltetes
Polarisationsfilter um 90° gegenüber dem Sender-Polarisationsfilter gedreht.
Befindet sich ein spiegelndes Objekt im Strahlengang, so bleibt im Unterschied zum Tripelspiegel die
Polarisationsebene erhalten. Das vom Objekt auf das Empfänger-Polarisationsfilter treffende Licht
wird damit nicht zum Empfänger durchgelassen. Der Empfänger wertet das Ausbleiben des
Lichtsignals als "Objekt vorhanden".
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Aufgabe 9 Zuführen von Kronkorken
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Aufbau und Funktion von Lichtleitern
• kennen Sie Einsatzgebiete von Lichtleitern
Problembeschreibung Die lagerichtige Zufuhr von Kronkorken, die von einem Schwingförderer zugeführt werden, ist zu
überprüfen. Durch beengte Platzverhältnisse kommt nur der Einsatz von Näherungsschaltern mit Lichtleitern
in Frage. Prüfen Sie, ob die Tastweite dieses optischen Näherungsschalters ausreichend ist.
Lageplan
Zuführeinrichtung für Kronkorken
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
64 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Projektauftrag 1. Beschreiben Sie Aufbau und Funktionsweise eines Lichtleiters.
2. Untersuchen Sie den Einfluss der Oberfläche von Werkstücken auf die Tastweite eines Lichtleiters mit
der Funktion Reflex-Lichttaster.
3. Nennen Sie Anwendungsgebiete für optische Näherungsschalter mit Lichtleitern.
4. Beantworten Sie die Fragen.
Arbeitshilfen • Bedienungsanleitungen
• 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.
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 65
Beschreiben von Aufbau und Funktion
– Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines Lichtleiters.
Lichtleiter (Lichtwellenleiter, Glasfaserkabel) dienen in der Sensortechnik dazu, das Licht an schwer
zugängliche oder besonders exponierte Stellen zu führen, an denen für Sender und/oder Empfänger
kein Platz ist oder erschwerte Umweltbedingungen herrschen.
Ein Lichtleiter kann aus einem Bündel von Glasfasern oder aus einer oder mehreren Kunststofffasern
bestehen. Er dient zur Leitung von Licht von einem Ort zum anderen, wobei das Licht sogar durch
Biegungen und Kurven geleitet werden kann.
Die Wirkung der Lichtleiter beruht auf der Totalreflexion des eingestrahlten Lichtes im Inneren des
Lichtleiters.
– Der Lichtstrahl trifft im Inneren des Lichtleiters mit einem Winkel von 40° auf den Rand von
Lichtleiterkern und Lichtleitermantel. Skizzieren Sie den Verlauf des Lichtstrahls im Lichtleiter.
Hinweis für den Unterricht
Bei Totalreflexion gilt Einfallswinkel = Ausfallswinkel
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
66 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des Lichtleiters.
Parameter Wert
Durchmesser Lichtleitfaserbündel 1 mm
Länge 2000 mm
Erfassungsbereich max. 0 – 120 mm
min. 0 – 24 mm
Schutzart IP 65
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des Lichtleitergeräts.
Parameter Wert
Lichtart Rot
Einstellmöglichkeit Potenziometer
Betriebsspannung 10 – 30 V DC
Leerlaufstrom ≤ 25 mA
Schaltausgang PNP, Schließer/Öffner antivalent
Schaltzustandsanzeige LED gelb
Ausgangsstrom max. 200 mA
Schaltfrequenz max. 1000 Hz
Funktionsreserveanzeige LED grün
Schutzart IP 65
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 67
Untersuchen des Ansprechverhaltens
– Montieren Sie den Lichtleiter in die Halterung und am Lichtleitergerät.
• Halterung
1. Lichtleiterkopf in die Montagebohrung der Halterung stecken.
2. Muttern mit max. 1,5 Nm festziehen.
• Lichtleitergerät
1. Lichtleiter bis zum Anschlag in die Steckanschlüsse des Lichtleitergeräts stecken.
2. Klemmschraube am Lichtleitergerät festdrehen.
3. Steckverbindung von Zug- oder Torsionsbelastung freihalten.
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten, das Lichtleitergerät und den Lichtleiter
auf die Profilplatte.
– Der Abstand zwischen den Halterungen des Lichtleiters und des Verschiebeschlitten beträgt 50 mm. Der
Abstand zwischen dem Lichtleiterkopf und dem Werkstück in der Werkstückaufnahme beträgt 65 mm.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und das Lichtleitergerät an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
68 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Lichtleitergerät
1 Lichtleiter, Funktion Reflex-Lichttaster
1 Schraubendreher
1 Lineal
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
10 Zeichenkarton
11 Kodak-Graukarte
12 Kunststoff, transparent
13 Kunststoff, rot
14 Kunststoff, blau
15 Kunststoff, grau
16 Kunststoff, schwarz
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 69
– Setzen Sie die Kodak-Graukarte in die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens. Die weiße Seite
zeigt zum Lichtleiterkopf.
– Stellen Sie das Potenziometer des Lichtleitergeräts so ein, dass die Kodak-Graukarte sicher
nachgewiesen wird. Die grüne LED (Funktionsreserveanzeige) muss leuchten.
– Bringen Sie unterschiedliche Materialien in den Strahlengang und notieren Sie, ob sie nachgewiesen
werden.
Material Nachweis ja/nein
Zeichenkarton (10) Ja
Kodak-Graukarte (11), weiße Seite Ja
Kodak-Graukarte (11), graue Seite Ja
Kunststoff, transparent (12) Ja
Kunststoff, rot (13) Ja
Kunststoff, blau (14) Nein
Kunststoff, grau (15) Nein
Kunststoff, schwarz (16) Nein
– Bewerten Sie die Ergebnisse Ihrer Messung.
Mit dem Lichtleiter, Funktion Reflex-Lichttaster, werden Tastweiten bis etwa 100 mm für spiegelnde
Oberfläche erreicht. Der Näherungsschalter arbeitet mit Rotlicht. Der sichtbare Lichtstrahl erleichtert
die Justierung.
Bestimmen der Tastweite
– Bestimmen Sie jetzt die Tastweite.
– Übernehmen Sie die Einstellungen des Lichtleitergeräts unverändert.
– Schieben Sie die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens an den Anschlag (Skalenwert „0 mm“).
– Messen Sie den Abstand zwischen Lichtleiterkopf und Werkstück.
– Addieren Sie den gemessenen Wert zum abgelesenen Skalenwert des Verschiebeschlittens.
– Tragen Sie die Messwerte, bei denen ein sicherer Nachweis erfolgt, in die Tabelle ein.
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
70 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Hinweis
Beachten Sie bei Ihren Messungen, dass für den Näherungsschalter die Einschaltpunkte und die
Ausschaltpunkte nicht zusammenfallen. Nähern Sie die Kodak-Graukarte an den unbetätigten
Näherungsschalter bis dieser seinen Schaltzustand ändert, so erhalten Sie den Einschaltpunkt. Entfernen
Sie die Kodak-Graukarte nun wieder 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.
Material Einschaltpunkt [mm] Ausschaltpunkt [mm] Hysterese [mm]
Kodak-Graukarte (11), graue Seite 66 74 8
Kunststoff, transparent (12) 72 85 13
Kunststoff, rot (13) 83 93 10
Kunststoff, blau (14) 41 50 9
Kunststoff, grau (15) 56 65 9
Kunststoff, schwarz (16) 42 48 6
Hinweis für den Unterricht
Ein sicherer Nachweis erfolgt, wenn zusätzlich zur gelben LED (Schaltzustandsanzeige) auch die grüne
LED (Funktionsreserveanzeige) leuchtet.
Für den Nachweis der Materialien blauer, grauer und schwarzer Kunststoff ist der Abstand zwischen
Lichtleiterkopf und Werkstück um 50 mm zu reduzieren.
– Bewerten Sie die Ergebnisse Ihrer Messung.
In Abhängigkeit vom Reflexionsvermögen des untersuchten Materials ändert sich die Tastweite des
eingesetzten Näherungsschalters deutlich.
Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 71
Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– Das Lichtleitergerät hat zwei antivalente Ausgänge. Erklären Sie deren Funktion.
Wird kein Werkstück nachgewiesen, liegt am Ausgang Q2 (Öffner) ein 24 V Ausgangssignal an. Am
Ausgang Q1 (Schließer) liegt keine Ausgangsspannung an.
Wird ein Werkstück nachgewiesen, liegt am Ausgang Q1 (Schließer) ein 24 V Ausgangssignal an. Am
Ausgang Q2 (Öffner) liegt keine Ausgangsspannung an.
– Wann ist ein sicherer Betrieb des Lichtleitergerätes mit Lichtleiter gegeben?
Ein sicherer Betrieb des Lichtleitergerätes mit Lichtleiter ist gewährleistet, wenn sowohl die grüne LED
(Funktionsreserveanzeige) als auch die gelbe LED (Schaltzustandsanzeige) leuchten, wenn das
Lichtleitergerät mit Lichtleiter ein Werkstück nachweist.
– Nennen Sie Anwendungsbeispiele für den Einsatz von Lichtwellenleitern.
• Erfassung von Objekten an schlecht zugänglichen Stellen, z.B. durch Bohrungen hindurch.
• Möglichkeiten zur abgesetzten Montage des Näherungsschaltergehäuses
(z.B. in gefährdeter Umgebung: Wärme, Wasser, Störstrahlung, Explosionsgefährdung).
• Präzise Erfassung kleiner Objekte.
• Möglichkeit der beweglichen Anordnung der Tastelemente.
– Erklären Sie den folgenden Begriff aus dem Gebiet der Näherungsschalter.
Tastweite
Abstand zwischen einem Reflex-Lichttaster und einer Bezugsoberfläche mit festgelegten
Abmessungen (mattweißes Papier), wenn diese sich in Richtung der optischen Achse dem Gerät
nähert, bis ein Signalwechsel erfolgt.
72 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Aufgabe 10 Sortieren von Werkstücken
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Aufbau und Funktionsweise eines Reflex-Lichttasters
• kennen Sie den Einfluss der Oberfläche von Werkstücken auf die Tastweite eines Reflex-Lichttasters
Problembeschreibung In einer Sortiereinrichtung sollen Materialien unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheit und
unterschiedlicher Farbe mit einem optischen Reflex-Lichttaster nachgewiesen werden. Untersuchen Sie das
Schaltverhalten und die Reichweite des Reflex-Lichttasters.
Lageplan
Sortiereinrichtung
Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 73
Projektauftrag 1. Beschreiben Sie Aufbau und Funktionsweise eines Reflex-Lichttasters.
2. Untersuchen Sie den Einfluss der Oberfläche von Werkstücken auf die Tastweite eines Reflex-
Lichttasters.
3. Beantworten Sie die Fragen.
Arbeitshilfen • Bedienungsanleitungen
• 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.
Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken
74 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Beschreiben von Aufbau und Funktion
– Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines Reflex-Lichttasters.
Optische Näherungsschalter bestehen aus zwei Hauptbaugruppen, dem Sender und dem Empfänger.
Bei Reflex-Lichttastern sind diese in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht.
Als Sender werden meist im roten oder infraroten Wellenlängenbereich emittierende Leuchtdioden
verwendet. Durch geeignete Halbleiterempfänger wird dieses Licht im Empfänger nachgewiesen. Das
Objekt wirft hierbei einen Teil des ausgesandten Lichtes zurück und aktiviert den Empfänger. Das zu
detektierende Objekt kann spiegelnd, matt, transparent oder undurchsichtig sein, wenn ein
ausreichend hoher Lichtanteil direkt oder diffus reflektiert wird.
– Füllen Sie die folgende Tabelle vollständig aus. Entnehmen Sie die erforderlichen Daten dem Datenblatt
des Reflex-Lichttasters.
Parameter Wert
Reichweite 25 – 100 mm
Lichtart Rot
Einstellmöglichkeit Teach-In, Teach-In über elektrischen Anschluss
Betriebsspannung 10 – 30 V DC
Leerlaufstrom ≤ 35 mA
Schaltausgang PNP, Schließer/Öffner umschaltbar
Schaltzustandsanzeige LED gelb
Ausgangsstrom max. 100 mA
Schaltfrequenz max. 1000 Hz
Funktionsreserveanzeige LED grün
Schutzart IP 67
Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 75
Untersuchen des Ansprechverhaltens
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den Reflex-Lichttaster auf die
Profilplatte.
– Montieren Sie den Reflex-Lichttaster 2 Nuten versetzt zur Nut, in der Sie den Verschiebeschlitten
montiert haben.
– Der Abstand zwischen Reflex-Lichttaster und Verschiebeschlitten beträgt 15 mm.
Die Werkstückaufnahme steht am Skalenwert 20 mm.
– Drehen Sie den Reflex-Lichttaster um 30°.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den Reflex-Lichttaster an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken
76 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Reflex-Lichttaster
1 Lineal
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
6 Edelstahl
7 Aluminium
8 Messing
9 Kupfer
10 Zeichenkarton
11 Kodak-Graukarte
12 Kunststoff, transparent
13 Kunststoff, rot
14 Kunststoff, blau
15 Kunststoff, grau
16 Kunststoff, schwarz
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 77
– Setzen Sie die Kodak-Graukarte in die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens. Die weiße Seite
zeigt zum Reflex-Lichttaster.
– Drücken Sie die Teach-In Taste des Reflex-Lichttasters ca. 3 s bis beide LEDs gleichzeitig blinken.
– Drücken Sie die Teach-In Taste des Reflex-Lichttasters ca. 1 s, die grüne LED blinkt. Der Schaltpunkt
wird gespeichert.
– Bringen Sie unterschiedliche Materialien in den Strahlengang und notieren Sie, ob sie nachgewiesen
werden.
Material Nachweis ja/nein
Stahl, verzinkt (5) Ja
Edelstahl (6) Ja
Aluminium (7) Ja
Messing (8) Ja
Kupfer (9) Ja
Zeichenkarton (10) Ja
Kodak-Graukarte (11), weiße Seite Ja
Kodak-Graukarte (11), graue Seite Ja
Kunststoff, transparent (12) Nein
Kunststoff, rot (13) Ja
Kunststoff, blau (14) Nein
Kunststoff, grau (15) Ja
Kunststoff, schwarz (16) Nein
– Bewerten Sie die Ergebnisse Ihrer Messung.
Der Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung kann viele Materialien weitgehend unabhängig
von der Farbe und dem Reflexionsvermögen nachweisen.
Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken
78 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Bestimmen der Tastweite
– Setzen Sie die Kodak-Graukarte in die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens. Die weiße Seite
zeigt zum Reflex-Lichttaster.
– Wählen Sie nacheinander Abstände von 60, 80 und 100 mm zwischen Reflex-Lichttaster und der Kodak-
Graukarte. Diese Werte entsprechen einem Skalenwert von 0 mm, 20 mm und 35 mm.
– Teachen Sie die jeweiligen Tastweiten.
– Bringen Sie unterschiedliche Materialien in den Strahlengang und notieren Sie, bei welchen Tastweiten
sie nachgewiesen werden.
Material Tastweite 60 mm Nachweis ja/nein
Tastweite 80 mm Nachweis ja/nein
Tastweite 100 mm Nachweis ja/nein
Zeichenkarton (10) Ja Ja Ja
Kodak-Graukarte (11), weiße Seite Ja Ja Ja
Kodak-Graukarte (11), graue Seite Ja Ja Ja
Kunststoff, transparent (12) Nein Nein Nein
Kunststoff, rot (13) Ja Ja Ja
Kunststoff, blau (14) Nein Nein Nein
Kunststoff, grau (15) Ja Ja Nein
Kunststoff, schwarz (16) Nein Nein Nein
– Bewerten Sie die Ergebnisse Ihrer Messung.
Mit dem Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung werden Tastweiten bis etwa 100 mm erreicht.
Der Näherungsschalter arbeitet mit Rotlicht. Der sichtbare Lichtstrahl erleichtert die Justierung.
Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken
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Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– Der Reflex-Lichttaster arbeitet mit Hintergrundausblendung. Erklären Sie diese Funktion.
Bei dem Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung erfolgt die Einstellung des Schaltabstands
nicht auf der Grundlage der Empfängerempfindlichkeit. Zum Nachweis der Objekte werden die
folgenden Methoden eingesetzt:
• optische Triangulation,
• mechanische Veränderung von Linsen- bzw. Empfängerwinkel oder
• elektronisch unter Verwendung von PSD-Elementen
(Position-Sensitive Detectors – positionsempfindliche Detektoren).
Auf diese Weise ist die Erfassung eines Objekts nahezu unabhängig von anderen Objekten im
Hintergrund sowie von Farbe, Größe oder Oberflächenbeschaffenheit. Für diese Geräte ist ein
gewisser Grad an diffuser Reflexion erforderlich. Deshalb eignen sie sich nicht für Objekte mit
glänzenden oder sehr schwach reflektierenden Oberflächen.
– Welche Art der Reflexion des Lichts ist für den Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung von
Bedeutung?
Bei Reflex-Lichttastern mit Intensitätsunterscheidung, Reflex-Lichttastern mit
Hintergrundausblendung sowie Abstands- und Farbsensoren basiert die Erfassung auf diffuser
Reflexion. Daher benötigen diese Sensoren eine größtmögliche diffuse Reflexion. Totalreflexion macht
die Erfassung schwierig und muss vermieden werden.
Montieren Sie die Näherungsschalter in einem Winkel von 10° bis 20° geneigt zur Oberfläche des zu
erfassenden Werkstücks.
Im Fall von Reflex-Lichtschranken sowie Einweg-Lichtschranken ist die Reflexionsart nicht relevant. In
diesem Fall muss das Objekt nur den Lichtstrahl unterbrechen. Bei Reflex-Lichtschranken ist durch
Polarisationsfilter eine Unterscheidung zwischen der Reflexion vom Objekt und der Reflexion vom
Reflektor möglich
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Aufgabe 11 Nachweisen von Leitersprossen
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Aufbau und Funktion eines kapazitiven Näherungsschalters
• kennen Sie das Schaltverhalten eines kapazitiven Näherungsschalters
Problembeschreibung Bei der Produktion von Holzleitern muss die Anwesenheit aller Sprossen erfasst werden. Zum Nachweis
sollen kapazitive Näherungsschalter eingesetzt werden. Untersuchen Sie, ob er hierfür geeignet ist. Um zu
klären, ob er auch zum Nachweis anderer Sprossen eingesetzt werden kann, bestimmen Sie den
Schaltabstand des kapazitiven Näherungsschalters für unterschiedliche Materialien.
Lageplan
Fertigung von Leitern
Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen
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Projektauftrag 1. Beschreiben Sie die Funktion eines kapazitiven Näherungsschalters.
2. Untersuchen Sie das Schaltverhalten eines kapazitiven Näherungsschalters.
3. Untersuchen Sie das Schaltverhalten in Abhängigkeit vom nachzuweisenden Material.
4. Beantworten Sie die Fragen.
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.
Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen
82 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Beschreiben der Funktion
– Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktion eines kapazitiven Näherungsschalters.
Das Funktionsprinzip eines kapazitiven Näherungsschalters beruht auf der Auswertung der
Kapazitätsänderung eines Kondensators in einem RC-Schwingkreis, der aus einem Kondensator (C)
und einem Widerstand (R) gebildet wird.
Wird ein Material an den Näherungsschalter angenähert, erhöht sich die Kapazität des Kondensators.
Dies führt zu einer auswertbaren Änderung des Schwingverhaltens des RC-Kreises. Diese Änderung
wird durch eine Auswerteelektronik in ein verwertbares Ausgangssignal umgesetzt. Die
Kapazitätsänderung hängt im Wesentlichen von Abstand, Abmessungen und der
Dielektrizitätskonstanten des jeweiligen Materials ab.
– Ergänzen Sie das Schaltzeichen eines kapazitiven Näherungsschalters
Vorgaben: • Der Näherungsschalter arbeitet berührungslos,
• hat einen eingebauten RC-Schwingkreis zum Werkstücknachweis und
• als Schaltausgang einen Schließerkontakt.
Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen
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Untersuchen des Schaltverhaltens
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den kapazitiven
Näherungsschalter M12 auf die Profilplatte.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den kapazitiven Näherungsschalter an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie Kennzeichnung und die Anschlussbezeichnungen des kapazitiven
Näherungsschalters.
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen
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– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Näherungsschalter, kapazitiv, M12
1 Schraubendreher
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
6 Edelstahl
7 Aluminium
8 Messing
9 Kupfer
10 Zeichenkarton
16 Kunststoff, schwarz
17 Holz
Einzelteile des Objektsortiments
– Nehmen Sie aus dem Objektsortiment die Messplatte aus Stahl (5), und schieben Sie diese in die
Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens.
– Messen Sie den Schaltabstand des Näherungsschalters.
Notieren Sie den Punkt, bei dem bei der Annäherung der Platte an den Näherungsschalter der
Signalwechsel erfolgt, und ebenfalls den Punkt, bei dem der Signalwechsel erfolgt, wenn Sie die Platte
wieder vom Näherungsschalter entfernen. Die Differenz dieser beiden Werte ist die Hysterese des
Näherungsschalters.
Hysterese (mm) = Ausschaltpunkt (mm) – Einschaltpunkt (mm)
– Wiederholen Sie die Messungen mehrmals, um die Reproduzierbarkeit des Schaltabstandes zu
überprüfen.
Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen
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Parameter Messwert 1 Messwert 2 Messwert 3 Mittelwert
Einschaltpunkt: 4,0 4,0 4,0 4,0
Ausschaltpunkt: 5,0 4,75 4,75 4,8
Hysterese: 1,0 0,75 0,75 0,8
Nachweisen verschiedener Materialien
– Messen Sie den Schaltabstand des Näherungsschalters für die unterschiedlichen Materialien aus dem
Objektsortiment. Notieren Sie den Punkt, bei dem bei Annäherung der Platte an den Näherungsschalter
der Signalwechsel erfolgt, und ebenfalls den Punkt, bei dem der Signalwechsel erfolgt, wenn Sie die
Platte wieder vom Näherungsschalter entfernen.
– Nehmen Sie aus dem Objektsortiment die Werkstücke aus den anderen Materialien (Stahl, Edelstahl,
Aluminium, Messing, Kupfer, Zeichenkarton, schwarzem Kunststoff und Holz) und führen Sie die
Messungen durch.
– Tragen Sie die ermittelten Messwerte in die folgende Tabelle ein.
Material Einschaltpunkt [mm] Ausschaltpunkt [mm] Hysterese [mm]
Stahl (5) 4,0 4,75 0,75
Edelstahl (6) 4,0 4,75 0,75
Aluminium (7) 4,0 4,75 0,75
Messing (8) 4,0 4,75 0,75
Kupfer (9) 4,0 4,75 0,75
Zeichenkarton (10) 0,0 0,5 0,5
Kunststoff, schwarz (16) – – –
Holz (17) 0,5 1,0 0,5
Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen
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Hinweise für den Unterricht
Da die in der Tabelle angegebenen Werte von der Potenziometereinstellung abhängig sind, können sich
bei Ihren Messungen andere Resultate ergeben, wenn Sie für die Grundeinstellung mit der Stahlplatte
einen abweichenden Wert erhalten.
Der schwarze Kunststoff wird nachgewiesen, wenn Sie z. B. die Kunststoffplatte 29 aus dem
Objektsortiment hinter die schwarze Kunststoffplatte 16 halten. Erst hierdurch wird die
Kapazitätsänderung des Kondensators so groß, dass ein Nachweis erfolgt.
– Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen.
Mit kapazitiven Näherungsschaltern lassen sich metallische und nichtmetallische Objekte
nachweisen. Ein Vorteil gegenüber optischen Reflex-Lichttastern besteht z. B. darin, dass sich auch
Materialien mit einer sehr geringen Reflektivität (sehr dunkle Oberflächen) nachweisen lassen. Bei
Materialien mit geringer Dielektrizitätskonstanten (z. B. viele Kunststoffe) erfolgt ein Nachweis erst
bei einem reduzierten Schaltabstand.
Beantworten Sie die folgenden Fragen.
– In der folgenden Tabelle sind die Dielektrizitätskonstanten für verschiedene Materialien eingetragen.
Stellen Sie einen Zusammenhang der Werte mit den Ergebnissen der Messung der Schaltabstände her.
Material relative Dielektizitätskonstante
Material relative Dielektizitätskonstante
Äthylalkohol 25,1 Papier 1,2 – 3,0
Glas 3 – 15 Polyäthylen 2,3
Hartgummi 3 – 4 Polystyrol 3,0
Holz 2 – 7 Trafoöl 2,2 – 2,5
Luft 1 Vaseline 2,1 – 2,3
Methylalkohol 33,5 Wasser 81
Ölpapier 5 Ziegel 2,3
Bringt man ein nichtleitendes Material in die aktive Zone, so nimmt die Kapazität mit der relativen
Dielektrizitätskonstanten εr des Materials zu und umgekehrt proportional zum Abstand von der
scheibenförmigen Kondensatorelektrode ab. Der größte Schaltabstand wird gegenüber einer
Wasseroberfläche oder mit geerdeten, elektrisch leitfähigen Materialien erreicht. Je kleiner die relative
Dielektrizitätskonstante eines nichtleitenden Materials ist, desto kleiner ist der Schaltabstand.
Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen
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– Halten Sie Ihren Finger vor die aktive Fläche des kapazitiven Näherungsschalters. Wird der Finger
nachgewiesen? Erklären Sie das Ergebnis.
Der Finger wird nachgewiesen. Das liegt am hohen Wassergehalt des menschlichen Körpers.
– Nennen Sie Einsatzmöglichkeiten für kapazitive Näherungsschalter
• Erfassen mattschwarzer Objekte
• Erfassen des Füllstands von Flüssigkeiten durch eine dünne Wandung hindurch
• Erfassen des Füllstands von Schüttgütern
• Objekte in Faltschachteln und ähnlichen Verpackungen
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Aufgabe 12 Überwachen von Füllständen
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie den Einfluss der Materialdicke auf das Schaltverhalten eines kapazitiven
Näherungsschalters
• kennen Sie Einsatzmöglichkeiten kapazitiver Näherungsschalter
• können Sie den Füllstand mit einem kapazitiven Näherungsschalter und einer Einweg-Lichtschranke
erfassen
Problembeschreibung Bei der Abfüllung von Getränken muss der Füllstand der Flaschen erfasst werden. Die Abfrage des Füllstands
muss hierbei durch die Flasche hindurch erfolgen. Überprüfen Sie die Einsatzmöglichkeiten kapazitiver und
optischer Näherungsschalter. Da Flaschen mit unterschiedlichen Wandstärken eingesetzt werden, prüfen
Sie auch den Einfluss der Wandstärke.
Lageplan
Füllstandskontrolle
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
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Projektauftrag 1. Untersuchen Sie den Einfluss der Materialdicke auf das Schaltverhalten eines kapazitiven
Näherungsschalters.
2. Nennen Sie Einsatzmöglichkeiten kapazitiver Näherungsschalter.
3. Untersuchen Sie die Möglichkeit, Füllstände mit einem kapazitiven Näherungsschalter zu erfassen.
4. Untersuchen Sie die Möglichkeit, Füllstände mit einer Einweg-Lichtschranke zu erfassen.
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.
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
90 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Einfluss der Materialdicke auf das Schaltverhalten
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den kapazitiven
Näherungsschalter M12 auf die Profilplatte.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den kapazitiven Näherungsschalter an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie Kennzeichnung und die Anschlussbezeichnungen des kapazitiven
Näherungsschalters.
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
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– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Näherungsschalter, kapazitiv, M12
1 Schraubendreher
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
15 Kunststoff, grau, 2,0 mm
24 Kunststoff, grau, auf Trägerplatte, 3,0 mm
25 Kunststoff, grau, auf Trägerplatte, 5,0 mm
26 Kunststoff, grau, auf Trägerplatte, 8,0 mm
27 Kunststoff, grau, auf Trägerplatte, 11,0 mm
28 Kunststoff, grau, auf Trägerplatte, 14,0 mm
29 Kunststoff, grau, auf Trägerplatte, 17,0 mm
Einzelteile des Objektsortiments
– Verwenden Sie zunächst die Messplatte aus Stahl (5) und stellen Sie den Schaltabstand auf 4 mm ein.
– Nehmen Sie nun die Kunststoffplatten unterschiedlicher Dicke aus dem Objektsortiment (Einzelteile 15,
24 bis 29), und bestimmen Sie den Schaltabstand.
– Schieben Sie die Kunststoffplatten so in die Werkstückaufnahme, dass die aufgeklebten Platten vom
Näherungsschalter weg zeigen.
– Tragen Sie die Messpunkte in eine Tabelle ein, und stellen Sie den Schaltabstand in Abhängigkeit von
der Materialdicke graphisch dar.
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
92 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Materialdicke [mm] Schaltabstand [mm]
Kunststoff (15), 2,0 0,00
Kunststoff (24), 3,0 0,25
Kunststoff (25), 5,0 1,0
Kunststoff (26), 8,0 1,5
Kunststoff (27), 11,0 2,0
Kunststoff (28), 14,0 2,0
Kunststoff (29) 17,0 2,0
Schaltabstand des kapazitiven Näherungsschalters als Funktion der Materialdicke von Kunststoff
– Bewerten Sie das Ergebnis Ihrer Messungen.
Wie man aus der graphischen Darstellung entnehmen kann, ist für Kunststoff der Schaltabstand eines
kapazitiven Näherungsschalters abhängig von der Materialdicke.
Da bei einem kapazitiven Näherungsschalter die Kapazitätsänderung gemessen wird, die sich durch
die Annäherung des Objektes ergibt, muss eine genügend große Menge des Materials vor den
Näherungsschalter gebracht werden, damit er anspricht. Je geringer die Dielektrizitätskonstante des
Materiales ist, um so mehr muss man davon in die aktive Zone des Näherungsschalters bringen, um es
nachweisen zu können.
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 93
Erfassen von Füllständen mit einem kapazitiven Näherungsschalter
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den kapazitiven
Näherungsschalter M12 auf die Profilplatte.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den kapazitiven Näherungsschalter an die
Meldeeinrichtung an.
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
12 Kunststoff, transparent
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
94 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Verwenden Sie zunächst die Messplatte aus Kunststoff (12). Bringen Sie die Kunststoffplatte in einen
Abstand von ca. 1 mm vom Näherungsschalter.
– Der kapazitive Näherungsschalter weist diese Kunststoffplatte nicht nach.
– Nehmen Sie nun die Messplatte aus Stahl (5) und führen Sie diese hinter der transparenten
Kunststoffplatte von oben an den Näherungsschalter heran.
– Bewerten Sie Ihre Messung.
Mit einem kapazitiven Näherungsschalter ist es möglich, durch bestimmte Behälterwände hindurch
einen Flüssigkeitsfüllstand zu detektieren. Die Behälterwand muss so beschaffen sein, dass sie nicht
von dem kapazitiven Näherungsschalter nachgewiesen werden kann. Es eignet sich zum Beispiel
Kunststoff. Die Dicke sollte nicht mehr als 2-4 mm betragen.
– Welchen Vorteil hat die Messung mit dem kapazitiven Näherungsschalter?
Bei dem kapazitiven Näherungsschalter ist kein Kontakt zwischen Näherungsschalter und zu
detektierendem Füllmaterial notwendig, dafür ist man bei der Behälterwandung meist auf Kunststoffe
angewiesen. Baut man den Näherungsschalter in den Behälter ein, muss man Ausführungen des
Näherungsschalters wählen, die nicht von der zu detektierenden Substanz angegriffen oder
beschädigt werden.
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 95
Erfassen von Füllständen mit einer Einweg-Lichtschranke
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten, den Einweg-Lichtschranken Sender und
den Einweg-Lichtschranken Empfänger auf die Profilplatte.
– Der Einweg-Lichtschranken Sender und der Empfänger werden 4 Nuten auseinander montiert. Sender
und Empfänger werden jeweils 45° zueinander gedreht.
– Der Verschiebeschlitten wird so montiert, dass er in der Mitte zwischen Sender und Empfänger steht.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung, den Einweg-Lichtschranken Sender und den
Einweg-Lichtschranken Empfänger an die Meldeeinrichtung an.
1
3
4
24 V
0 V
Q1B2
2 Q3B1
24 V
1
3
24 V
0 V
24 V
24 V
0 VP
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen
96 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
– Geräteliste der Komponenten, die Sie zur Messung des Füllstands benötigen.
Menge Komponente
1 Einweg-Lichtschranke, Sender
1 Einweg-Lichtschranke, Empfänger
1 Schraubendreher
1 Lineal
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
Einzelteile des Objektsortiments
– Setzen Sie die Messplatte aus Stahl (5) in die Werkstückaufnahme des Verschiebeschlittens.
– Schieben Sie die Werkstückaufnahme in Richtung der Einweg-Lichtschranke.
– Messen Sie den Einschaltpunkt.
– Ziehen Sie die Werkstückaufnahme wieder zurück und messen Sie den Ausschaltpunkt.
– Tragen Sie die Messwerte in die Tabelle ein.
Messwerte
Einschaltpunkt 19 mm
Ausschaltpunkt 23 mm
– Bewerten Sie Ihre Messung.
Mit den optischen Methoden muss die Füllstandshöhe direkt einsehbar sein. Je nach Behältermaterial
sind also an geeigneten Stellen des Tanks Stutzen mit transparenten Flanschen vorzusehen. Eine
Überprüfung, ob z. B. Einweg-Lichtschranken zur Füllstandsmessung geeignet sind, ist auf jeden Fall
notwendig.
Hinweis für den Unterricht
Dieser Aufbau einer Einweg-Lichtschranke stellt auch eine Art der Hintergrundausblendung dar. Nur
Objekte, die im richtigen Abstand von der Einweg-Lichtschranke sind, werden nachgewiesen.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 97
Aufgabe 13 Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• können Sie Näherungsschalter zur Überprüfung von Werkstücken einsetzen
• können Sie geeignete Näherungsschalter auswählen
Problembeschreibung Auf einem Transportband laufen Transportkisten mit verschiedenen Farben um. Zum Nachweis aller
Transportkisten muss ein geeigneter Näherungsschalter ausgewählt werden.
Lageplan
Transportband
Aufgabe 13 – Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten
98 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Projektauftrag 1. Wählen Sie einen geeigneten Näherungsschalter aus.
2. Überprüfen Sie Ihre Auswahl mit geeigneten Werkstücken.
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.
Aufgabe 13 – Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 99
Auswählen eines geeigneten Näherungsschalters
– Wählen Sie einen geeigneten Näherungsschalter aus.
Vorgaben: • Die Transportkisten sind aus Kunststoff.
• Die Transportkisten haben verschiedene Farben.
• Die Oberfläche der Transportkisten ist teilweise matt, teilweise spiegelnd.
• Die Position der Transportkisten auf dem Transportband ist nicht genau festgelegt.
• Der Abstand zwischen Näherungsschalter und Transportkiste beträgt ca. 50 mm.
• Nur auf der Vorderseite des Transportbandes besteht die Möglichkeit,
einen Näherungsschalter mechanisch und elektrisch zu installieren.
Näherungsschalter geeignet nicht geeignet
Magnetischer Näherungsschalter X
Induktiver Näherungsschalter X
Einweg-Lichtschranke X
Reflex-Lichtschranke X
Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung X
Lichtleitergerät mit Lichtleiter X
Kapazitiver Näherungsschalter X
– Begründen Sie Ihre Auswahl. Warum erfüllen andere Näherungsschalter nicht die gestellten Vorgaben?
Magnetische Näherungsschalter sind nicht geeignet. Durch einen Magneten an den Transportkisten
wäre zwar ein Nachweis möglich, der Abstand von ca. 50 mm ist aber nur mit einem starken Magneten
zu überbrücken.
Induktive Näherungsschalter scheiden aus, da die Transportkisten aus Kunststoff sind und der
Schaltabstand zu einem sicheren Nachweis nicht ausreicht
Einweg-Lichtschranke und Reflex-Lichtschranke benötigen Bauraum auf der Rückseite des
Transportbands. Da dieser nicht verfügbar ist, scheiden sie ebenfalls aus.
Das Lichtleitergerät mit Lichtleiter hat eine zu geringe Tastweite. Es kommt daher nicht in Frage.
Der kapazitive Näherungsschalter in der vorliegenden Bauform hat einen zu geringen Schaltabstand.
Der Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung erfüllt alle genannten Vorgaben. Er wird zum
Nachweis der Transportkisten ausgewählt.
Aufgabe 13 – Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten
100 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Prüfen des ausgewählten Näherungsschalters
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten und den gewählten Näherungsschalter auf
die Profilplatte.
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den gewählten Näherungsschalter an die
Meldeeinrichtung an. Ergänzen Sie den Schaltplan.
– Ergänzen Sie die Geräteliste. Tragen Sie alle Komponenten ein, die Sie zur Untersuchung des
Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
10 Zeichenkarton
11 Kodak-Graukarte
13 Kunststoff, rot
15 Kunststoff, grau
Einzelteile des Objektsortiments
– Wählen Sie für Ihren Aufbau eine Entfernung von ca. 75 mm.
– Justieren Sie den Näherungsschalter und stellen Sie ihn für die Messungen ein.
Aufgabe 13 – Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 101
– Bringen Sie die unterschiedlichen Materialien in den Erfassungsbereich und notieren Sie, ob die
Materialien nachgewiesen werden.
Material Nachweis ja/nein
Stahl (5) Ja
Zeichenkarton (10) Ja
Kodak-Graukarte (11), weiße Seite Ja
Kodak-Graukarte (11), graue Seite Ja
Kunststoff, rot (13) Ja
Kunststoff, grau (15) Ja
– Ist der von Ihnen gewählte Näherungsschalter geeignet, die Transportkisten sicher nachzuweisen?
Ja, der Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung ist geeignet.
102 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Aufgabe 14 Kontrollieren von Gewinden
Lernziel Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Einsatzmöglichkeiten optischer Näherungsschalter
Problembeschreibung Bei der Produktion von Motorblöcken wird das Vorhandensein des Gewindes mit einem optischen
Näherungsschalter überprüft. Getestet werden soll ein Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung.
Prüfen Sie, ob der vorgeschlagenen Näherungsschalter für diese Aufgabe geeignet ist.
Lageplan
Kontrolle von Gewinden
Aufgabe 14 – Kontrollieren von Gewinden
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 103
Projektauftrag 1. Untersuchen Sie die Eignung des Näherungsschalters zur Gewindekontrolle.
2. Bauen Sie den notwendigen Testplatz auf.
3. Beurteilen Sie das Ergebnis Ihrer Testmessungen.
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.
Aufgabe 14 – Kontrollieren von Gewinden
104 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919
Untersuchen der Eignung des Näherungsschalters zur Gewindekontrolle
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Reflex-Lichttaster und die Halterung für die Schrauben auf die
Profilplatte.
– Der Abstand zwischen den Halterungen beträgt 65 mm.
– Drehen Sie den Reflex-Lichttaster um 15°, die Halterung mit der Schraube um 45°.
Aufbau
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den Reflex-Lichttaster an die
Meldeeinrichtung an.
24 V
1
3
24 V
0 V
B
P
4
2
Q1
Q3
Elektrischer Schaltplan
Aufgabe 14 – Kontrollieren von Gewinden
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 105
– Geräteliste der Komponenten, die Sie zur Untersuchung des Schaltverhaltens benötigen.
Menge Komponente
1 Reflex-Lichttaster mit Hintergrundausblendung
1 Halterung
1 Lineal
1 Zylinderschraube, DIN 912
1 Zylinderschraube, DIN 912 Gewinde bis Kopf
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Netzgerät 24 V DC
– Montieren Sie die Zylinderschraube mit dem Gewinde bis zum Schraubenkopf in die Halterung.
– Drücken Sie die Teach-In Taste des Reflex-Lichttasters ca. 3 s bis beide LEDs gleichzeitig blinken.
– Drücken Sie die Teach-In Taste des Reflex-Lichttasters ca. 1 s, die grüne LED blinkt. Der Schaltpunkt
wird gespeichert.
– Überprüfen Sie durch Verschieben der Halterung, ob das Gewinde sicher erkannt wird.
– Wird die Zylinderschraube mit dem Gewinde bis zum Schraubenkopf erkannt?
Ja, die Zylinderschraube wird erkannt.
– Montieren Sie die Zylinderschraube mit langem Schaft in die Halterung.
– Verändern Sie die Einstellungen des Näherungsschalters nicht. – Überprüfen Sie, ob der glatte Schaft der Schraube erkannt wird.
– Beurteilen Sie das Ergebnis Ihrer Testmessungen.
Das Gewinde wird sicher erkannt, während der glatte Zylinder nicht nachgewiesen wird. Dies stellt
also eine Möglichkeit zur Überprüfung von Gewinden dar. Ein Standard Reflex-Lichttaster sollte für
diese Überprüfung auch geeignet sein.
Hinweis für den Unterricht
Fehler im Gewinde selbst können mit dieser Methode allerdings nicht erkannt werden.
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Aufgabe 15 Überwachen der Materialzufuhr einer Presse
Lernziele Wenn Sie diese Aufgabe bearbeitet haben
• kennen Sie Grundlagen der Anschlusstechnik und Schaltungstechnik von Näherungsschaltern
• können Sie logische Verknüpfungen mit Näherungsschaltern aufbauen
Problembeschreibung In einer Presse werden Metalleinsätze in Kunststoffteile eingepresst. Mit einer Kombination von
Näherungsschaltern soll eine Überwachung der Materialzufuhr vorgenommen werden. Die Presse soll nur
arbeiten, wenn sowohl das Kunststoffteil als auch der Metalleinsatz in der richtigen Position sind.
Lageplan
Presse
Aufgabe 15 – Überwachen der Materialzufuhr einer Presse
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Projektauftrag 1. Messen Sie die Stromaufnahme der einzelnen Näherungsschalter.
2. Messen Sie die Betriebsspannung und die Ausgangsspannungen bei den logisch verknüpften
Näherungsschaltern.
3. Beantworten Sie die Fragen.
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.
Aufgabe 15 – Überwachen der Materialzufuhr einer Presse
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Messen der Stromaufnahme
– Montieren Sie die Meldeeinrichtung, den Verschiebeschlitten, den induktiven Näherungsschalter M18
und den kapazitiven Näherungsschalter M12 auf die Profilplatte.
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung, den induktiven Näherungsschalter M18 und
den kapazitiven Näherungsschalter M12 an die Meldeeinrichtung an.
24 V
1
3
4
24 V
0 V
Q1B 1
3
4
24 V
0 V
Q1B
PP
Elektrischer Schaltplan
– Geräteliste der Komponenten, die Sie zur Untersuchung der Stromaufnahme benötigen.
Menge Komponente
1 Induktiver Näherungsschalter M18
1 Kapazitiver Näherungsschalter M12
1 Verschiebeschlitten
1 Meldeeinrichtung und Verteiler, elektrisch
1 Digital-Multimeter
1 Netzgerät 24 V DC
Nr. Einzelteil
5 Stahl, verzinkt
Einzelteile des Objektsortiments
Aufgabe 15 – Überwachen der Materialzufuhr einer Presse
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– Messen Sie die Stromaufnahme der beiden angeschlossenen Näherungsschalter in nicht geschaltetem
Zustand (kein Objekt am Näherungsschalter) und geschaltetem Zustand (Objekt wird nachgewiesen).
– Schließen Sie hierzu den Schaltausgang einmal nicht und einmal an die Summerbuchse oder den
Leuchtmelder an.
– Tragen Sie die Werte in die Tabelle ein.
Stromaufnahme kapazitiver Näherungsschalter
a) Schaltausgang nicht angeschlossen
Schaltzustand Stromaufnahme [mA]
nicht geschaltet 2,45
geschaltet 6,4
b) Schaltausgang in Summerbuchse
Schaltzustand Stromaufnahme [mA]
Summerbuchse, geschaltet 24,7
Leuchtmelder, geschaltet 52,4
Stromaufnahme induktiver Näherungsschalter
a) Schaltausgang nicht angeschlossen
Schaltzustand Stromaufnahme [mA]
nicht geschaltet 4,16
geschaltet 7,58
b) Schaltausgang in Summerbuchse
Schaltzustand Stromaufnahme [mA]
Summerbuchse, geschaltet 24,9
Leuchtmelder, geschaltet 52,1
Aufgabe 15 – Überwachen der Materialzufuhr einer Presse
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Messen der Betriebs- und Ausgangsspannungen
– Schließen Sie die elektrische 24 V Spannungsversorgung und den induktiven Näherungsschalter M18
an die Meldeeinrichtung an.
– Schließen Sie den kapazitiven Näherungsschalter M12 am Schaltausgang des induktiven
Näherungsschalters M18 an.
24 V
1
3
4
24 V
0 V
Q1B 1
3
4
24 V
0 V
Q1B
P
Elektrischer Schaltplan
– Messen Sie die einzelnen Spannungen:
UB : Betriebsspannung
U1 : Spannung am durchgeschalteten Ausgang des induktiven Näherungsschalters
(verbleibende Betriebsspannung des kapazitiven Näherungsschalters)
U2 : Spannung am durchgeschalteten Ausgang des kapazitiven Näherungsschalters
– Tragen Sie die gemessenen Werte in die Tabelle ein.
Spannungsmessung bei Reihenschaltung
Spannung [V]
Betriebsspannung UB 23,96
Spannung U1 23,15
Spannung U2 22,39
Aufgabe 15 – Überwachen der Materialzufuhr einer Presse
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– Bewerten Sie die logische Verknüpfung der Näherungsschalter.
Auch ohne Speicherprogrammierbare Steuerungen ist eine einfache logische Verknüpfung der
Ausgangssignale von Näherungsschaltern möglich. Mit der in dieser Aufgabe realisierten
Reihenschaltung von Näherungsschaltern haben Sie eine UND-Verknüpfung erreicht, d.h., nur wenn
alle in Reihe geschalteten Näherungsschalter durchschalten, erhält man ein Ausgangssignal.
Hinweis für den Unterricht
Die Reihenschaltung von Näherungsschaltern sollte nur eingesetzt werden, wenn nicht genügend
Eingänge bei einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) vorhanden sind bzw. keine SPS zum
Einsatz kommt.
– Nennen Sie drei Punkte, die bei der Reihenschaltung der Näherungsschalter zu beachten sind?
Zur Stromaufnahme durch die Last addieren sich die Stromaufnahmen der in Reihe geschalteten
Näherungsschalter, d.h., der maximale Schaltstrom des ersten Näherungsschalters muss so groß sein,
dass er alle nachfolgenden Näherungsschalter und die Last mit Strom versorgen kann.
Im durchgeschalteten Zustand ergibt sich an jedem Näherungsschalter ein Spannungsabfall
(hier ca. 1,3 V); die für die Last zur Verfügung stehende Spannung reduziert sich um die Summe der
Spannungsabfälle.
Da die nachgeschalteten Näherungsschalter ihre Betriebsspannung erst erhalten, wenn der jeweils
vorherige Schalter durchschaltet, muss die Bereitschaftsverzögerungszeit beachtet werden, also die
Zeit, die der Näherungsschalter benötigt, um nach dem Einschalten auf Objekte reagieren zu können.
Aufgabe 15 – Überwachen der Materialzufuhr einer Presse
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