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Arbeitsbuch TP 1110 Mit CD-ROM Festo Didactic 566919 DE Sensoren zur Objekterkennung 24 V 0V 1 3 4 24 V 0V Q1 B P 10 -30 30 20 -20 10 40 30 20 mm 40 50 mm -40 -50 S

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Arbeitsbuch

TP 1110

Mit CD-ROM

Festo Didactic

566919 DE

Sensoren zur Objekterkennung

24 V

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24 V

0 V

Q1B

P

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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]

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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.

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© 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

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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.

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© 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.

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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.

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© 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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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 •

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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

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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

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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

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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.

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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.

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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.

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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

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Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

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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.

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Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

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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

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Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

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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

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Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

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– 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.

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Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

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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

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Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

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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

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Aufgabe 1 – Erfassen der Drehzahl eines Zahnrads

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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

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Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers

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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.

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Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers

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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.

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Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers

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– 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

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Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers

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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)

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Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers

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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

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Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers

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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 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

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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

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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.

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Aufgabe 2 – Abfragen der Stellung eines Ventilschiebers

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– 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

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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.

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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

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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

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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.

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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

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Aufgabe 4 – Sortieren von Unterlegscheiben

26 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

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.

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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

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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

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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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30 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

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

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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.

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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

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Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 33

– 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

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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

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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.

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Aufgabe 5 – Messen der Dicke von Stahlscheiben

36 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919

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.

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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

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Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen

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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.

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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

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Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen

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– 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

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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

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Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen

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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

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Aufgabe 6 – Sortieren von Flachdichtungen

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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

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Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung

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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.

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Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung

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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

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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

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Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung

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– 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

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Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung

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– 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

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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.

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Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung

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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

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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.

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Aufgabe 7 – Regeln des Durchhangs an einer Bandzugeinrichtung

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– 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

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Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors

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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.

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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

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Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors

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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

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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

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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.

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Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors

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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.

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Aufgabe 8 – Überwachen eines elektrisch angetriebenen Hoftors

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– 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

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Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken

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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.

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Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken

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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

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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

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Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken

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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

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Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken

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– 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

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Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken

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– 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.

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Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken

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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.

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Aufgabe 9 – Zuführen von Kronkorken

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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.

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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

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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.

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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

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Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken

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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

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Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken

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– 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

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Aufgabe 10 – Sortieren von Werkstücken

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– 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.

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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.

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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

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Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen

© Festo Didactic GmbH & Co. KG 566919 81

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.

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Aufgabe 11 – Nachweisen von Leitersprossen

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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.

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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

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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.

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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

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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.

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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

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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.

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Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen

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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

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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.

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Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen

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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.

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Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen

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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

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Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen

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– 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.

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Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen

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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

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Aufgabe 12 – Überwachen von Füllständen

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– 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.

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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

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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.

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Aufgabe 13 – Erfassen verschiedenfarbiger Transportkisten

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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.

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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.

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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.

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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

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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.

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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

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Aufgabe 14 – Kontrollieren von Gewinden

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– 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

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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.

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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

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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

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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

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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.

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Aufgabe 15 – Überwachen der Materialzufuhr einer Presse

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