Lehrgangs- Handbuch - swibox.ch · Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik i Inhalt Vorwort...

Grundbegriffe

der Sensorik

Lehrgangs-Handbuch

Inhalt

VorwortOnline-Ansicht über Adobe Acrobat Reader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

Grundlegendes zum Einsatz von Sensoren

Was ist ein Sensor? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2

Berührungsgebundene gegen berührungslose Technologien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2

Diskrete gegen analoge Erkennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3

Eigenschaften und Spezifikationen von Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3

Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-6

Behördliche Zulassungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6

Auswahl des Sensors — Ein methodischer Ansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-8

Ausgänge und Verdrahtung

Stromversorgungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2

Verfügbare Spannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2

Bemessungswerte von Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2

Schutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3

Stromfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3

Ausgangsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4

Elektromechanisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4

Halbleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5

Verdrahtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-10

2-Draht gegen 3-Draht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-10

Zeit- und Logikfunktionen für Schaltausgänge . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13

Anzugs- und Abfallverzögerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13

Wischimpuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14

Anzugsverzögerter Wischimpuls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14

Bewegungserkennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-15

Endschalter

Konstruktion eines Endschalters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2

Basiskomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-2

NEMA gegen IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3

Plug-In- gegen Nonplug-In-Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3

Funktion und Typen von Betätigern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5

Funktion und Eigenschaften der Schaltkontakte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7

Vorteile und Nachteile von Endschaltern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12

Typische Applikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-13

Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik i

INHALT

ii

Induktive Näherungssensoren

Konstruktion induktiver Näherungssensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2


Konstruktion für bündige und nicht bündige Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3

Überlegungen zum Objekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6

Erfassungsreichweite als Funktion von Material und Grösse des Objektes . . . . . . . . . . 4-6

Einfluss des Objektmaterials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7

Einfluss der Grösse und Gestalt des Objektes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8

Allmetall-, eisen- und nichteisen-selektive Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9

Objektbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9

Schweissfeldimmun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11

Vorteile und Nachteile induktiver Näherungssensoren . . . . . . . . . . 4-12


Kapazitive Näherungssensoren

Konstruktion kapazitiver Näherungssensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2


Konstruktion für bündige und nicht bündige Montage . . . . . . . . . . . 5-3

Messfühler für bündige Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3

Messfühler für nicht bündige Montage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-4


Dielektrizitätskonstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5

Überlegungen zu Umgebungseinflüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-7

Vorteile und Nachteile kapazitiver Näherungssensoren . . . . . . . . . 5-8


Ultraschall-Näherungssensoren

Konstruktion von Ultraschall-Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2


Erfassungsreichweite und effektiver Strahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3

Minimaler Schaltabstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3

Maximaler Schaltabstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3

Effektiver Strahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4

Hintergrund-Ausblendung und zu ignorierende Objekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4

Überlegungen zum Abstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5

Sensor-Ausrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-6


Objektgrösse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7

Abstand Objekt-Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-7

Überlegungen zu Umgebungseinflüssen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8

Umgebungsgeräusch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8

Luftdruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8

Lufttemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8

Luftturbulenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8

Schutzmassnahmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8

Vorteile und Nachteile von Ultraschall-Näherungssensoren . . . . . 6-9

Grundbegriffe der Sensorik Rockwell Automation

INHALT


Optoelektronische Sensoren

Konstruktion von optoelektronischen Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2


Reich-/Tastweiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-8

Öffnungswinkel der Optik bzw. Erfassungsbereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-8

Maximale Reich-/Tastweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10

Minimale Reich-/Tastweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10

Funktionsreserve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-11

Hysterese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-12

Ansprechzeit bzw. Schaltfrequenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13

Hell-/Dunkel-schaltender Ausgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13

Sensor-Betriebsarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-14

Einweg-Lichtschranke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16

Erreichen eines optimalen effektiven Strahls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-17

Sensor-Ausrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-17

Optische Charakteristiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-18

Vorteile und Nachteile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-19

Typische Applikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-22

Reflexions-Lichtschranke mit bzw. ohne Polarisationsfilter . . . . 7-23

Reflexions-Lichtschranke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-23

Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfilter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-24

Sensor-Ausrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-26

Optische Charakteristiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-26

Vorteile und Nachteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-27

Typische Applikationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-28

Lichttaster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-29

Winkel-Lichttaster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-30

Lichttaster mit Hintergrund-Ausblendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-31

Lichttaster mit fester Fokussierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-32

Weitwinkel-Lichttaster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-32

Sensor-Ausrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-33

Optische Charakteristiken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-34

Vorteile und Nachteile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-35


Lichtwellenleiter-Optik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-39

Glas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-40

Kunststoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-40

Vorteile und Nachteile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-41


Anhang A — Auswahl des Sensors

Auswahl der Technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1

Auswahl der Sensor-Lösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-6

Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik iii

INHALT

iv

Anhang B — IEC- und NEMA-Gehäuse

IEC-Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1

Schutzgrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-1

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1

Gehäuseklassifizierung gemäss IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-2

Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen für IEC-Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . B-3

NEMA-Gehäuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-7

Spezifizierung des richtigen Gehäuses für Motorsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-7

Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-10

Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen für NEMA-Gehäuse . . . . . . . . . . . B-10

Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-13

Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen nach UL 698 . . . . . . . . . . . . . . . . . B-14

Anhang C—Glossar


Vorwort

Grundbegriffe der Sensorik stellt in kompakter Form Informationen zur Anwendung von Sensoren bereit und richtet sich an alle Perso-nen, die in den Bereichen Entwicklung, Projektierung, Manage-ment, Support und Vertrieb von Sensortechnologie tätig sind:

• Maschinenkonstrukteure• Steuerungs- und Applikationsingenieure• Fertigungs- und Qualitätsingenieure• Verfahrens- und Kundendiensttechniker• Schüler an Techniker- und Handelsschulen• Distributoren, Vertriebsmitarbeiter und ihre Vorgesetzten

Durch Kombinieren der grundlegenden Sensortheorie mit Applika-tionsbeispielen vermittelt Grundbegriffe der Sensorik neben dem begrifflichen Verständnis der theoretischen Zusammenhänge auch den praktischen Bezug zu entsprechenden Abläufen in der Indu-strie. Und zur Vereinfachung notwendiger Designentscheidungen, die sich auf den Einsatz von Sensoren beziehen, kann der Anwender mit Hilfe dieses Handbuches geeignete Regeln ableiten.

Online-Ansicht über Adobe Acrobat Reader

Dieses Handbuch ist neben der gedruckten Version auch als Online-Version verfügbar. Wenn Sie die Online-Version betrachten, werden Sie zum Teil auch grün hinterlegten Text sehen. Dabei handelt es sich um Hyperlinks zu weiterführenden Informationen oder zu Begriffserklärungen im Glossar.

Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik 1

VORWORT

2

1

Grundlegendes zum Einsatz von Sensoren

Die Industrie ist ständig bemüht, Produkte schneller und wirt-schaftlicher zu entwickeln. Durch automatisierte Prozesse können Hersteller diese Ziele verwirklichen und gleichzeitig höhere Quali-tät und Zuverlässigkeit gewährleisten. Sensortechnologie wird zur Überwachung, Regelung und Steuerung dieser Abläufe eingesetzt. Genauer gesagt, helfen Sensoren bei dem Nachweis, dass kritische Prozessschritte wie vorgesehen ablaufen.

Der erste Abschnitt dieses Kapitels behandelt die Terminologie sowie grundlegende Einsatzprinzipien, die auf alle Sensoren zutref-fen. Auf den restlichen Seiten wird eine Vorgehensweise beschrie-ben, mit der mögliche Applikationen untersucht und der für die jeweilige Aufgabe am besten geeignete Sensor ausgewählt werden kann.

Weitere Kapitel gehen ausführlich auf die vorherrschenden Techno-logien und ihre Anwendungen ein:

• Endschalter (Kapitel 3) • Induktive Näherungssensoren (Kapitel 4)• Kapazitive Näherungssensoren (Kapitel 5)• Ultraschall-Näherungssensoren (Kapitel 6)• Optoelektronische Sensoren (Kapitel 7)

Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik 1-1

GRUNDLEGENDES ZUM EINSATZ VON SENSOREN

Was ist ein Sensor?/Berührungsgebundene gegen berührungslose Technologien

1-2

Was ist ein Sensor?

Ein Sensor ist ein Gerät zur Erfassung und Signalisierung eines sich ändernden Zustandes. Bei diesem "sich ändernden Zustand" handelt es sich häufig um die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objektes oder Materials (diskrete Erkennung). Es kann jedoch auch ein messbare Grösse wie zum Beispiel eine sich ändernde Distanz, Abmessung oder Farbe sein (analoge Erkennung). Auf dieser Infor-mation bzw. auf dem Ausgangssignal des Sensors basiert die Über-wachung und Steuerung von Herstellungsprozessen.

Berührungsgebundene gegen berührungslose Technologien

Berührungsgebundene Sensoren sind elektromechanische Geräte, die eine Änderung des Zustandes über den direkten mecha-nischen Kontakt zu dem Objekt erkennen. Berührungsgebundene Sensoren:

• benötigen normalerweise keine Spannungsversorgung• nehmen höhere Ströme auf und tolerieren Störungen im

Stromnetz besser • sind im allgemeinen einfacher zu verstehen und zu

diagnostizieren

Encoder, Endschalter und Sicherheitsschalter sind berührungsge-bundene Sensoren. Encoder wandeln Maschinenbewegungen in Signale und Daten um. Endschalter werden verwendet, wenn ein Objekt den mechanischen Kontakt aufnehmen kann. Sicherheits-schalter vereinen verfälschungssichere Betätigung und zwangsöff-nende Schaltkontakte zur Verwendung in Maschinenschutzeinrichtungen und Not-Aus-Einrichtungen.

Berührungslose Sensoren sind elektronische Halbleitergeräte, die ein energiereiches Feld oder einen Strahl erzeugen und auf eine Störung innerhalb des Feldes ansprechen. Einige charakteristische Eigenschaften von berührungslosen Sensoren:

• kein mechanischer Kontakt mit dem Objekt erforderlich• keine beweglichen Teile, die blockieren, verschleissen oder

brechen können (daher weniger Wartungsaufwand)• arbeiten normalerweise schneller• bieten höhere Flexibilität in Applikationen

Optoelektronische, induktive, kapazitive und Ultraschallsensoren stellen berührungslose Sensoren dar. Aufgrund des fehlenden mechanischen Kontaktes werden Verschleisserscheinungen elimi-niert. Es gibt jedoch einige seltene Umstände, unter denen es zur Interaktion zwischen Sensor und Objekt kommen könnte. Darüber hinaus sprechen berührungslose Sensoren eventuell empfindlich auf von anderen Geräten oder Prozessen abgestrahlte Energie an.



Was ist ein Sensor?/Diskrete gegen analoge Erkennung

Beispiel

aus der Praxis

Als Beispiel für den Einsatz berührungsgebundener und berüh-rungsloser Sensoren betrachten wir eine Lackierlinie. Ein berüh-rungsgebundener Sensor kann eingesetzt werden, um alle Türen beim Eintreten in den Lackierbereich zu zählen und festzustellen, wieviele Türen insgesamt in den Lackierbereich geleitet wurden. Werden die Türen dann in den Trockenbereich geleitet, so zählt ein berührungsloser Sensor, wieviele Türen den Lackierbereich verlas-sen haben und wieviele in den Trockenbereich bewegt wurden. Der berührungslose Sensor wird hier gewählt, um Berührungen bzw. mögliche Beschädigungen der neu lackierten Türen zu vermeiden.

Diskrete gegen analoge Erkennung

Diskrete Erkennung beantwortet die Frage: "Ist das Objekt anwe-send?" Basierend auf der Anwesenheit oder Abwesenheit des Objek-tes erzeugt der Sensor am Ausgang ein (digitales) Ein/Aus-Signal.

Über einen kontinuierlich ansprechenden Ausgang beantwortet die analoge Erkennung die Fragen "Wo ist es?" oder "Wieviel ist vor-handen?" Das Ausgangssignal verhält sich proportional zum Ein-fluss des Objektes auf den Sensor, wobei sich dies auf die Position des Objektes im Erkennungsbereich oder auf die relative Stärke des an den Sensor zurückgesendeten Signals beziehen kann.

Eigenschaften und Spezifikationen von Sensoren

Zur Spezifikation von Sensoren ist die Kenntnis der technologiespe-zifischen Begriffe oder auch Schlagwörter wichtig. Während sich die Wortwahl von Hersteller zu Hersteller unterscheiden kann, werden die Fachbegriffe in der gesamten Industrie verstanden.

Reich-/Tastweite bzw.

Schaltabstand

Für den Einsatz eines Sensors in einer Applikation müssen Daten zur Nenn-Reich-/Tastweite (optoelektronische Sensoren) bzw. zum normierten Schaltabstand (Näherungssensoren) sowie zur effekti-ven Reich-/Tastweite bzw. zum effektiven Schaltabstand vorliegen.

Nenn-Reich-/Tastweite bzw. normierter Schaltabstand

Unter der Nenn-Reich-/Tastweite bzw. dem normierten Schaltab-stand versteht man die vom Hersteller spezifizierte Reich-/Tast-weite bzw. den Schaltabstand, für den der Sensor ausgelegt ist. Diese Bemessungsdaten werden unter Einhaltung standardisierter Kriterien und Durchschnittsbedingungen erreicht.



Was ist ein Sensor?/Eigenschaften und Spezifikationen von Sensoren

1-4

Abb. 1.1:

Nenn-Reich-/Tastweite bzw.

normierter Schaltabstand

Effektive Reich-/Tastweite bzw. effektiver Schaltabstand

Unter effektiver Reich-/Tastweite (optoelektronische Sensoren) bzw. effektivem Schaltabstand (Näherungssensoren) versteht man die tatsächliche Reich-/Tastweite bzw. den tatsächlichen Schaltabstand, der in einer installierten Anwendung erreicht wird. Diese Distanz liegt im Bereich zwischen der idealen Nenn-Reich-/Tastweite bzw. dem idealen normierten Schaltabstand und der im ungünstigsten Fall erreichbaren Reich-/Tastweite bzw. Schaltabstand.

Hysterese Hysterese oder Differentialweg ist die Differenz zwischen dem Ein-schaltpunkt und Ausschaltpunkt, wenn sich das Objekt von der aktiven Schaltfläche des Sensors wegbewegt. Es wird als Prozent-satz der Reich-/Tastweite bzw. des Schaltabstandes angegeben. Ohne ausreichend bemessene Hysterese wird ein Näherungssensor im Falle starker Vibrationen, die auf das Objekt oder den Sensor wirken, pausenlos ein- und ausschalten bzw. prellen. Über zusätzli-che Schaltungen kann die Hysterese einstellbar gemacht werden.

Abb. 1.2:

Hysterese

Wiederholgenauigkeit Unter Wiederholgenauigkeit versteht man die Fähigkeit eines Sen-sors, dasselbe Objekt im selben Abstand jederzeit wieder zu erken-nen. Die Wiederholgenauigkeit wird als Prozentsatz der Nenn-Reich-/Tastweite bzw. des normierten Schaltabstandes angegeben und basiert auf einer konstanten Umgebungstemperatur und Ver-sorgungsspannung.

5mm

152m bei 1x

0114-PX-LT

Objekt

Distanz "y" - Distanz "x"Distanz "x"

= % Differential

Einschaltpunkt Distanz x

AusschaltpunktDistanz y

Schalt- weg

Ein Aus

0116-PX-LT



Was ist ein Sensor?/Eigenschaften und Spezifikationen von Sensoren

Abb. 1.3:

Wiederholgenauigkeit

Schaltfrequenz Unter der Schaltfrequenz versteht man die maximale Häufigkeit, mit der ein Sensor unter standardisierten Bedingungen pro Sekunde seinen Schaltzustand (EIN/AUS) ändern kann. Allgemei-ner ausgedrückt stellt die Schaltfrequenz die relative Geschwindig-keit des Sensors dar.

Abb. 1.4:

Standardisierter Messaufbau

für die Schaltfrequenz

Ansprechzeit Unter der Ansprechzeit eines Sensors versteht man die Zeitspanne, die zwischen der Erkennung eines Objektes und der Änderung des Schaltzustands am Schaltausgang (von EIN auf AUS bzw. von AUS auf EIN) verstreicht. Sie entspricht auch der vom Schaltausgang zur Änderung des Schaltzustands benötigten Zeitspanne, wenn ein Objekt nicht mehr erfasst wird.

Die für eine bestimmte Applikation erforderliche Ansprechzeit ist eine Funktion des Objektes und der Geschwindigkeit, mit der es sich im Erfassungsbereich des Sensors bewegt.

0120-PX-LT

Objekt

% Wiederholgenauigkeitbei Erkennungsabstand

Sn

Näherungsschalter

Bewegungs-richtung Objekte aus

Fe 360 bzw. A570Klasse 36

d

2 x m

m

m 2

Nichtmagnet. und nichtleitendes Material

m = d 0110-PX-LT



Was ist ein Sensor?/Normen

1-6

Normen

Ein Hersteller im Bereich Industrieautomatisierung hat nur begrenzte oder keine Kontrolle über folgende Faktoren, die für eine sichere Installation von grösster Bedeutung sind:

• Umgebungsbedingungen• Systemgestaltung• Auswahl und Applikation der elektronischen Einrichtungen• Installation• Betriebsregeln• Instandhaltung

Sensoren und Schalter müssen, ebenso wie alle anderen elektro-technischen Einrichtungen, in Übereinstimmung mit spezifischen nationalen elektrotechnischen Betriebsvorschriften (NEC - Natio-nal Electrical Codes/VDE - Verband Deutscher Elektrotechniker) installiert werden. Drei primäre Organisationen für Normgebung haben sich im Laufe der Zeit durchgesetzt:

• CENELEC—Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung

• IEC—International Elecrotechnical Commission• NEMA—National Electrical Manufacturers Association

Generell folgen Installationen auf dem europäischen Markt den CENELEC-Spezifikationen, während sich Installationen in Nord-amerika an den NEMA-Normen orientieren. Das IEC deckt die Nor-men auf internationaler Ebene ab.

Behördliche Zulassungen

Viele Sensorhersteller unterziehen ihre Produkte freiwillig der Prü-fung und Abnahme durch akkreditierte Dienststellen. In anderen Fällen darf der Hersteller in eigener Verantwortung selbst zertifi-zieren, dass ein Design den anwendbaren Normen entspricht. Wäh-rend dies für den generellen Einsatz in den USA im allgemeinen nicht erforderlich ist, kann es gegebenenfalls notwendig sein, ent-sprechend zugelassene Komponenten für den Einsatz in der Ausrü-stung einiger Kunden bzw. für den Export zu verwenden.

Zu den Produkten eines Herstellers, die mit dem Kennzeichen einer akkreditierten Prüfstelle versehen sind, existieren auch Unterla-gen, die es dem Kunden oder Prüfer erlauben, die Übereinstim-mung zu überprüfen. Hierbei ist zu beachten, dass nicht das physikalische Produkt selbst sondern das zugehörige Produktde-sign gegebenenfalls zugelassen bzw. zertifiziert wurde.



Was ist ein Sensor?/Behördliche Zulassungen

Underwriters

Laboratories (UL) und

Canadian Safety

Authority (CSA)

Diese nordamerikanischen Behörden führen in erster Linie Prüfun-gen durch, die sicherstellen sollen, dass Produkte unter Einhaltung bestimmter Vorgaben hergestellt werden und den Anwender bei bestimmungsgemässer Verwendung keiner Gefahr durch Elektro-schock oder Feuer aussetzen.

Factory Mutual (FM) Factory Mutual ist eine nordamerikanische Behörde, die überwacht, dass Produkte im Hinblick auf die Verwendung in Gefahrenberei-chen (Bereiche mit potentiell explosiver Atmosphäre) mit den Regeln für Eigensicherheit übereinstimmen. Diese Regeln helfen bei der Sicherstellung, dass ein Produkt, das in Übereinstimmung mit den auferlegten Anforderungen hergestellt wurde und als Teil eines zugelassenen Systems eingesetzt wird, nur Energiepegel auf-weist, die unter denjenigen liegen, durch die eine Explosion ausge-löst werden könnte. Die technischen Unterlagen zu jedem Produkt enthalten das amtlich zulässige Verdrahtungsschema.

Europäische

Gemeinschaft

(CE-Zeichen)

Diese Anforderungen betreffen nahezu alle Phasen des Produktde-signs, der Konstruktion, der Werkstoffe, des Einsatzes und sogar der Entsorgung. Produkte ohne CE-Zeichen dürfen innerhalb der Europäischen Gemeinschaft nicht verkauft werden. Für Sensoren hat das CE-Zeichen besonders im Hinblick auf die elektromagneti-sche Verträglichkeit (EMV) Bedeutung. Das CE-Zeichen auf einem Sensor zeigt an, dass der Sensor innerhalb spezifizierter Grenzen andere elektronische Geräte nicht stört und von diesen nicht gestört wird.




1-8

Auswahl des Sensors — Ein methodischer Ansatz

Jedes System weist eine Anzahl von Funktionen und Abläufen auf: Fertigung, Montage, Verpackung, Lackierung, Materialfluss. Diese Prozesse können in kleinere Ereignisse wie Zählen, Schalten, Aus-werfen, Sprühen, Füllen und Fördern aufgeschlüsselt werden. Der Einsatz von Sensoren kann helfen, die zu Aktionen oder Ereignis-sen gehörenden, geänderten Bedingungen zu erkennen.

Bestimmung der

Punkte, an denen ein

Sensor eventuell

benötigt wird

Dieser Vorgang umfasst das Identifizieren wichtiger Systemfunk-tionen und das Festlegen von Schwerpunkten, an denen Bedingun-gen zu überprüfen sind.

Identifikation der Schlüsselfunktionen

Stellen Sie fest, was das System tut oder tun soll. Sollen in Ihrer Anwendung Produkte gezählt werden? Soll sortiert werden? Soll eine Qualitätsprüfung durchgeführt werden? Soll die Objektlage bestimmt werden? Insbesondere:

• Welche Bedingungen müssen erfüllt sein, damit eine Funktion abläuft?

• Welches Feedback wird benötigt, während eine Funktion abläuft?

• Welche Bedingungen müssen nach Ablauf einer Funktion erfüllt sein, damit überprüft werden kann, dass die Funktion korrekt abgelaufen ist?

Festlegung des Schwerpunktbereiches

Konzentrieren Sie sich auf den Bereich, in dem eine Funktion abläuft. Innerhalb dieses Bereiches werden Sie typischerweise ein Werkstück sowie einen Mechanismus finden, dem es ausgesetzt ist. Untersuchen Sie beide, um festzustellen, was zur korrekten Aus-führung der Funktion erforderlich ist.

• Überprüfung des Werkstücks – Gibt es Merkmale oder Komponenten des Werkstücks, die vorhanden oder in einer besonderen Lage vorliegen müssen? Inwiefern besteht die Möglichkeit, dass das Werkstück selbst in eine Lage gebracht oder derart beschädigt wird, dass der Prozess dadurch nachteilig beeinflusst werden könnte.

• Überprüfung des Mechanismus – Werden Mechanismus und Werkstück von getrennten Systemen gesteuert, die kollidieren könnten, wenn eines der beiden präsent ist, während das andere nicht zurückgezogen wurde? Neigt eine bestimmte Komponente zu Bruch oder Verschleiss?




Abb. 1.5:

Flaschenabfüllstation

Entscheidung über

den Einsatz eines

Sensors

Hier müssen Sie entscheiden, wie wichtige jeder einzelne der identi-fizierten Bereiche für den Prozess ist. Je höher der Automatisie-rungsgrad ist, um so wichtiger ist es, dass die Funktionen korrekt ausgeführt werden. Insbesondere sind folgende Fragen zu beant-worten:

• Welche Auswirkungen können Schäden oder Ausfälle haben?• Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass diese Fälle eintreten?• Wie kritisch ist dies für die Integrität des Prozesses?

Muss eine dieser Fragen mit "hoch" beantwortet werden, so sollte der Einsatz eines Sensors in Betracht gezogen werden, um die Bedingung zu überwachen, deren Auftreten zu einer Störung des Systems führen könnte.

Im nächsten Schritt muss definiert werden, welche Sensorfunktio-nen auszuführen sind und an welcher Stelle diese am besten reali-siert werden können. Sollen zum Beispiel Blockierungen im System, Hoch- oder Tiefstände, die Sortierung, Drehzahlerfassung oder die Lage eines Objektes erkannt werden? Dadurch wird der Installationsort des Sensors bestimmt und das Interesse auf spezifi-sche physikalische Einschränkungen gelenkt. An dieser Stelle soll-ten auch folgende Punkte berücksichtigt werden:

• "Gibt es sicherheitstechnische oder wirtschaftliche Überlegungen?" Falls ein Versagen bei der Erkennung des Zustandes dazu führen kann, dass Personen verletzt oder getötet werden oder falls ein Versagen zu einem bedeutenden finanziellen Verlust führen könnte, so sollte dies gemeinsam mit einem auf die Applikation spezialisierten Experten eingehend diskutiert werden.

• "Handelt es sich um die zur Ausübung der Sensorfunktion optimale Stelle?" Häufig interessiert in einer Kette von Abläufen nur das Endresultat. In vielen Fällen kann mit der Überwachung dieses Endresultats auch angezeigt werden, dass vorangegangene Aktionen korrekt abgelaufen sind. Bei anderen Applikationen behindern umgebungsbedingte oder platzbedingte Einschränkungen möglicherweise die

Flaschenabfüllstation Verschluss- funktion

Brennpunkt = Deckel auf Flasche(Funktion überprüfen)

Brennpunkt = Kanten d. Flasche (Ausrichtung durchführen

und Teil bereit)

Brennpunkt = Deckel in Zuführung (Teil bereit)

Applikation: Erkennen des Metalldeckels auf durchsichtiger Flasche in nasser Umgebung.

Applikation: Erkennen der durchsichtigen Flasche in Metall-schiene in nasser Umgebung.

Applikation: Erkennen Metalldeckelin Kunststoff-Rutsche (Zuführung) in nasser Umgebung.

0051-GN-LT




1-10

Ausführung der Erkennungsfunktion an dem sichtbaren Punkt, so dass die Erkennung zuverlässiger ausgeführt wird, während das Werkstück sich auf dem Transport oder einer vorhergehenden Funktion befindet.

Definition der Applikation

Sie haben eine Applikation erkannt, die vom Einsatz eines Sensors profitieren kann, mit dessen Hilfe ein sich ändernder Zustand erfasst wird. Vor diesem Hintergrund sind jetzt folgende Punkte zu klären:

• die verfügbare Spannungsversorgung• die Anforderungen hinsichtlich Schaltausgang und Last• die Eigenschaften des Objekts • die umgebungsbedingten Einflüsse

Bestimmung der verfügbaren Stromquellen

Welche Art der Stromversorgung steht am Applikationsort zur Ver-fügung — Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC)?

Basierend auf der normalerweise im Feldeinsatz verfügbaren Span-nung sind Sensoren generell für den Betrieb in einem der folgenden vier Spannungsbereiche ausgelegt:

• 10-30V Gleichspannung (DC)• 20-130V Wechselspannung (AC)• 90-250V Wechselspannung (AC)• 20-250V Wechselspannung/Gleichspannung (AC/DC)

Sensoren und Schalter, die für den Betrieb mit Wechselspannung (AC) ausgelegt sind, können die erforderliche Versorgungsspannung direkt aus einer Stromleitung oder einer gefilterten Spannungs-quelle beziehen, wodurch die Notwendigkeit einer getrennten Span-nungsversorgung entfällt. Geräte und Verdrahtungsmethoden, die für den Betrieb mit Wechselspannung (AC) ausgelegt sind, gelten auch als robuster.

Sensoren, die für den Betrieb mit Gleichspannung (DC) ausgelegt sind, benötigen eine getrennte Spannungsversorgung, um den Gleichstromanteil (DC) des Wechselstromsignals (AC) herauszufil-tern. Mit typischen Spannungen von weniger als 30V ist der Betrieb mit Gleichspannung (DC) sicherer als der Betrieb mit Wechselspan-nung (AC). Sensoren für den Betrieb mit Gleichspannung (DC) sind in PNP- und NPN-Ausführungen lieferbar. PNP-Sensoren führen Strom zur Last, die auf Masse oder Minus der Spannungsversor-gung zu beziehen ist. NPN-Sensoren verbinden Masse mit der Last, die auf eine positive Spannung zu beziehen ist, die an dieselbe Mas-seleitung angeschlossen ist.

Eine Anzahl von Herstellern bietet AC/DC-Geräte an, die über einen breiten Spannungsbereich mit jeder der beiden Stromquellen




betrieben werden können. Diese Sensoren bieten den Komfort, dass man ein Gerät beschaffen kann, das sich für viele Applikationen eignet und mit verschiedenen Stromversorgungen betrieben werden kann.

Entsprechend der üblichen Praxis sind die Schalter oder Sensoren so zu spezifizieren, dass sie von einer stabilen, rauschfreien Versor-gungsquelle gespeist werden. Normalerweise bedeutet dies für die Schalter und Sensoren die Spezifikation einer separaten oder getrennten Versorgung, damit ein fehlerfreier Betrieb deutlich innerhalb der Toleranzgrenzen gewährleistet ist.

Bestimmung der Lastanforderungen

Was wird der Sensor beeinflussen? Oder anders gefragt: Welches Gerät wird der Sensor direkt steuern und was sind dessen charak-teristische Eigenschaften? Die in Reihe geschalteten elektrischen Komponenten zwischen Sensorausgang und Strom oder Masse bil-den das, was man auch als Eingangslast des Gerätes und Ausgangs-last des Sensors bezeichnet. Diese Last übersetzt die elektrischen Signale des Sensorausgangs in elektrische oder mechanische Ener-gie bzw. in Schall- oder Lichtenergie, die eine Änderung innerhalb des betroffenen Gerätes verursacht. Nachfolgend die wichtigsten Eigenschaften der drei Schaltkreiselemente, die in der Last zu fin-den sind:

• ohmsche Elemente stellen einen idealen Lasttyp dar, wobei die Stromverteilung direkt proportional zur angelegten Spannung erfolgt.

• kapazitive Elemente sind reaktiv und können beim ersten Einschalten ein kurzschlussähnliches Verhalten zeigen.

• induktive Elemente wie zum Beispiel Relaisspulen und Elektromagnete wirken ebenfalls reaktiv und können bei abruptem Ausschalten hohe Spannungstransienten erzeugen.

Ist es erforderlich, dass der Sensor das Ausgangssignal aufbereitet, damit dieses von dem betroffenen Gerät genutzt werden kann? Falls das zu erfassende Ereignis sehr schnell abläuft, kann es für den Sensor oder einen aufbereitenden Schaltkreis erforderlich sein, einen Ausgangspuls bereitzustellen, der länger andauert als das Ereignis selbst. In anderen Fällen kann es notwendig sein, das Aus-gangssignal um ein bestimmtes Zeitintervall zu verschieben, wenn etwa die Sensorfunktion und die dadurch ausgelöste Aktion an zwei unterschiedlichen Stellen innerhalb des Systems stattfinden.

Bestimmen der

physikalischen

Eigenschaften des

vom Sensor zu

erkennenden Objektes

Für jede Sensorfunktion muss zunächst festgelegt werden, was vom Sensor konkret erkannt werden soll (Objekt). Hierbei kann es sich um ein ganzes Objekt oder auch nur um ein Merkmal des Objektes handeln. Ebenso sind die mit dem Objekt verbundenen Variablen wie Anwesenheit, Position, Lage, usw. und die Art ihres Einflusses auf den Prozess zu bestimmen. Schliesslich müssen noch die umge-bungsbedingten Einflüsse und ihre Wirkungen beachtet werden.




1-12

Hinsichtlich der Zuverlässigkeit einer Applikation ist der Aus-schluss von Umgebungseinflüssen, die einen Einfluss auf die einge-setzte Technologie haben, von grosser Bedeutung.

Überlegungen zum Objekt

Objekteigenschaften wie Grösse, Material, Farbe, Opazität usw. schreiben den Einsatz einer bestimmten Technologie vor und geben damit auch die mit dem Einsatz der spezifischen Technologie ver-bundenen Einschränkungen vor. Induktive Sensoren erkennen zum Beispiel nur Objekte aus Metall. Grösse und Material des Objektes beeinflussen dagegen die Reichweite und die Ansprechzeit. Weitere Überlegungen zu Objekten und spezifischen Technologien finden sich in den nachfolgenden Kapiteln dieses Handbuches.

Bestimmung der umgebungsbedingten Einflüsse

Objekt, Hintergrund und Umgebung weisen charakteristische Merkmale auf, die die Fähigkeit beeinflussen, das eine von dem anderen zu unterscheiden. Im Idealfall unterscheidet sich der ver-änderliche Zustand des zu erkennenden Objektes eindeutig von ver-gleichbaren Eigenschaften des Hintergrundes und der Umgebung. So muss zur Erkennung von Farbänderungen etwa Licht eingesetzt werden. Ein Sensor, der Licht einsetzt (optoelektronischer Sensor), um Änderungen der Farbe des Objektes zu erkennen, kann Pro-bleme bei der Erkennung des Objektes haben, wenn die Umgebung für die Lichtübertragung zu lichtundurchlässig ist oder wenn der Hintergrund mehr Licht reflektiert als das Objekt.

Tabelle 1.1: Objekt und Umgebung

Objekt Hintergrund Umgebung

Masse

Form

Konstruktive Integrität

Grösse Abstand zu Objekt

Material Material Material

Opazität Emissionseigenschaften Feuchtigkeit

Reflexionseigenschaften Reflexionseigenschaften Transmissionseigensch.

Farbe Farbe Licht

Temperatur

Elektromagnet. Störung

Rauschen

Systemisch

Zugänglichkeit, Abstand zu Sensor, Zeitspanne, Anzahl gleichzeitig auftretender Objekte




Wahl des Sensors Nachdem die Applikation beschrieben wurde und spezifiziert wurde, was erkannt werden soll, geht es schliesslich um die Aus-wahl des Sensors. Hierbei wird bestimmt, welche Technologie bzw. Technologien die stärksten Unterscheidungsmerkmale des verän-derlichen Zustands bei minimalen hintergrund- und umgebungsbe-dingten Einflüssen am besten nutzt. Nur selten kommt lediglich eine einzige Lösung in Frage. Jede Technologie hat Stärken und Schwächen, die sie für bestimmte Applikationen zu einer guten oder schlechten Wahl machen. Hilfreich ist eine Betrachtung des Gesamtsystems und die stufenweise Konzentration auf spezifische Abläufe. Es muss bestimmt werden, wie ein Sensor den Prozess ver-bessern kann und wie sich dies auf das Gesamtsystem auswirkt. Die gewonnenen Informationen können dann mit den Daten liefer-barer Sensoren verglichen werden, um das für die Applikation am besten geeignete Produkt zu finden. Die gewählte Lösung bietet schliesslich den optimalen Kompromiss im Hinblick auf Ausführ-barkeit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Kosten.




1-14

2

Ausgänge und Verdrahtung

Die Anschlussverbindungen zwischen Sensoren, Stromversorgung und Lastkomponenten werden häufig auch elektrische Schnittstel-len genannt. Für die Zuverlässigkeit einer Applikation ist jedes die-ser Elemente sehr wichtig.

Abb. 2.1:

Grundlegender elektrischer

Anpassungsschaltkreis

Eine zuverlässige Schnittstelle erfüllt die Anforderungen aller Geräte innerhalb einer Anwendung und wird auch den Anforderun-gen hinsichtlich der Betriebsumgebung gerecht. Die Stromversor-gung liefert der Schaltung einen Spannungs- und Strompegel, den sich die Geräte teilen. Aufgrund dieser gemeinsamen Versorgung muss sichergestellt werden, dass jedes Gerät die Leistung bekommt, die es für einen zuverlässigen Betrieb benötigt. Dies ist um so wichtiger, wenn Multisensorsysteme und/oder mehrere Lasten über eine Niederspannungsversorgung (DC) angeschlossen sind. Ebenso ist sicherzustellen, dass kein Gerät zu viel Strom auf-nehmen muss. Die häufigste Ursache für den Ausfall von Sensoren ist eine fehlerhafte Installation, wobei als häufigstes Problem der direkte Anschluss des Sensorausgangs an die Stromversorgung bzw. die Wechselstromleitung (AC) zu nennen ist.

Stromversorgung

Sensor LastSchnittstelle

0032-GN-LW


AUSGÄNGE UND VERDRAHTUNG

Stromversorgungen/Verfügbare Spannungen

2-2

Stromversorgungen

In der Praxis hat sich bewährt, Schalter und Sensoren so zu spezifi-zieren, dass sie von einer stabilen, rauschfreien Stromversorgungs-quelle gespeist werden (unter Rauschen ist hier die unerwünschte Energie zu verstehen, die von anderen Geräten oder elektrischen Feldern im System induziert wird). Normalerweise bedeutet das hinsichtlich der Stromversorgung für Schalter und Sensoren die Spezifikation einer separaten Leitung oder getrennten Versorgung, um einen fehlerfreien Betrieb innerhalb der Bemessungsgrenzen zu gewährleisten. Ebenso hat sich in der Praxis bewährt, Sensoren so zu spezifizieren, dass sie im Falle von Kurzschlüssen oder Überlast-bedingungen einen gewissen Schutz bieten.

Verfügbare Spannungen

Typischerweise kommen zur Versorgung von Industriesensoren vier Spannungen zum Einsatz:

• 12V DC• 24V DC• 120V AC• 240V AC

Bemessungswerte von Sensoren

Industriesensoren sind typischerweise für den Betrieb in einem der vier folgenden Spannungsbereiche ausgelegt

• 10-30V DC• 20-130V AC• 90-250V AC• 20-250V AC/DC

AC-Sensoren und Schalter können die Spannung direkt aus dem Netz oder einer gefilterten Quelle beziehen, wodurch die ansonsten benötigte, separate Spannungsversorgung entfallen kann.

Die meisten DC-Sensoren erfordern dagegen eine getrennte Span-nungsversorgung, die den DC-Anteil des Signals aus der AC-Span-nung herausfiltert.



Stromversorgungen/Schutz

Schutz

Unabhängig vom Betrieb mit Wechsel- oder Gleichspannung hat sich in der Praxis bewährt, dass die Speisung von Sensoren über eine separate, gefilterte Versorgungsquelle erfolgen und die betref-fende Leitung über eine korrekt bemessene Sicherung abgesichert sein sollte. Dadurch werden die Spannungsversorgung und die Ver-drahtung geschützt, jedoch kaum Schutz für Halbleiterkomponen-ten und Sensoren innerhalb der Schaltung bereitgestellt.

Auch flinke Sicherungen und die meisten elektronischen strombe-grenzenden Schaltungen sprechen zu langsam an, um den Sensor im Falle folgender Ereignisse vor Beschädigung zu schützen:

Kurzschluss/Überlast — kurzgeschlossene Stromleitung (dadurch weniger Widerstand) ermöglicht einen übermässig hohen Stromfluss im Gerät.

Verpolung — Plus- und Minus-Leitungen sind nicht mit den zuge-hörigen Anschlüssen verbunden.

Muss mit dem Eintreten dieser Ereignisse gerechnet werden, so sollte ein Sensor gewählt werden, der über einen integrierten Schutz gegen Verpolung, Kurzschluss und Überlast verfügt.

Stromfluss

Typische Stromaufnahmen für die verschiedenen Sensoren:

• Optoelektronische Sensoren, 35mA• Ultraschallsensoren, 70mA• Induktive Näherungssensoren, 15mA• Kapazitive Näherungssensoren, 15mA



Ausgangsarten/Elektromechanisch

2-4

Ausgangsarten

Die Ausgangskonfigurationen können in zwei Kategorien unter-schieden werden - elektromechanische Ausgänge und Halbleiter-ausgänge.

Elektromechanische Ausgänge

• Relais• Schalter

Halbleiterausgänge bzw. elektronische Ausgänge

• Transistor• Feldeffekttransistor (FET)• Triac• Analog• Netzwerk oder Bus

Der zu wählende Ausgangstyp wird neben der applikationsspezifi-schen Schnittstelle von den Ausgangstypen abhängen, die für den einzusetzenden Sensor verfügbar sind.

Elektromechanisch

Ein elektromechanisches Relais wird betätigt, indem eine Wicklung angeregt wird, die einen Anker magnetisch anzieht, um einen Schaltkreis physikalisch zu öffnen oder zu schliessen. Ist der Schaltkreis offen, so wird keine Leistung über die Kontakte geführt. Ist der Schaltkreis geschlossen, so wird praktisch ohne Spannungs-abfall Leistung zur angeschlossenen Last geleitet. Ein Relais, das im Ruhezustand (d.h. nicht erregten Zustand) einen offenen Kon-takt aufweist, wird als Schliesser (N.O.) bezeichnet, während ein Relais mit einem, im Ruhezustand geschlossenem Kontakt als Öff-ner (N.C.) bezeichnet wird.

Wegen der galvanischen Trennung von der Stromquelle des Sensors und aufgrund des Fehlens von Leckstrom (unerwünschter Strom im "AUS" Zustand) können aus mehreren Quellen stammende Relais ohne weiteres parallel und/oder in Reihe verdrahtet werden, um AC- oder DC-Lasten zu schalten.



Ausgangsarten/Halbleiter

Abb. 2.2:

Elektromechanische

Schaltkreise

Es ist eine Anzahl verschiedener Kontaktanordnungen verfügbar:

• SPST - Single Pole, Single Throw, einpoliger Schaltkontakt• SPDT - Single Pole, Double Throw, einpoliger Umschaltkontakt• DPDT - Double Pole, Double Throw, zweipoliger Umschaltkon-

takt

Da Relais zu einem gewissen Grad mechanisch arbeiten, unterlie-gen sie auch Verschleisserscheinungen. Sie weisen daher eine begrenzte Lebensdauer auf. Bei niedriger Leistung kann auch die Oxidation an Kontakten zu einer Degeneration der Kontakte beitra-gen. Die Ansprechzeiten von Relais liegen typischerweise bei 15 bis 25ms und sind damit viel langsamer als die von Halbleiterausgän-gen.

Halbleiter

Halbleiterausgänge sollten für Applikationen gewählt werden, die häufiges Schalten oder das Schalten niedriger Spannungen bei niedrigen Strömen erfordern.

Ein Halbleiterschalter ist vollelektronisch, d.h. er verfügt über keine bewegten Teile.

NPN/PNP-Transistor Transistoren stellen die typischen Halbleiterausgänge für Nieder-spannungs-DC-Sensoren dar. Ein Transistor besteht aus einem kri-stallinen Chip (normalerweise Silizium) sowie drei Kontakten und verstärkt oder schaltet den Strom elektronisch. Standard-Transi-storen sind in zwei Ausführungen erhältlich: NPN und PNP.

Für einen NPN-Transistorausgang ist die Last zwischen dem Sen-sorausgang und dem Pluspol (+) der Versorgungsleitung anzu-schliessen. Diese Konfiguration wird auch als Senken-Ausgang (Sinking) bezeichnet.

SPSTEinpol. Schaltkontakt

SPDT(1 Form C)Einpol. Umschaltkontakt

DPDT(2 Form C)Relais mit zweipol.Umschaltkontakt

N.C. Öffner

N.C. Öffner

N.O. Schliesser

N.C. Öffner

N.O. Schliesser

N.C. Öffner

N.O. Schliesser

0056-GN-LT




2-6

Abb. 2.3:

NPN-Transistor

Ein PNP-Transistorausgang wird auch als Quellen-Ausgang (Sour-cing) bezeichnet. Die Last muss hier zwischen dem Sensorausgang und dem Minuspol (-) der Versorgungsleitung angeschlossen wer-den.

Abb. 2.4:

PNP-Transistor

Transistoren haben einen sehr niedrigen Leckstrom (gemessen in µA) und einen relativ hohen Schaltstrom (typischerweise 100mA) für eine einfache Anbindung an die meisten Gleichspannungslasten (DC). Die Ansprechzeiten von Sensoren mit Transistor-Ausgängen betragen zwischen 2ms und 30µs. NPN- und PNP-Transistoren sind jedoch nur in der Lage, DC-Lasten zu schalten.

FET Der FET (Feldeffekttransistor) ist ein Halbleitergerät mit praktisch null Leckstrom und ermöglicht schnelles Schalten von AC- oder DC-Leistung. Darüber hinaus benötigt er zur Änderung des Schalt-zustandes nur einen geringen Strom - lediglich 30µA. Daher sind FET im allgemeinen teurer als Standard-Transistorausgänge.

_

Aus

+

Last

0037-GN-LW

+

Aus

Last

0038-GN-LW




Abb. 2.5:

NFET

FET-Ausgänge können, ähnlich zu den elektromechanischen Relais-kontakten, parallel zueinander geschaltet werden.

Power-MOSFET Ein Power-MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Tran-sistor) bietet die Vorteile des sehr geringen Leckstroms und der kur-zen Ansprechzeit eines FET und zusätzlich die Fähigkeit, auch hohe Ströme zu schalten. Power-MOSFET-Ausgänge können Ströme bis zu 500mA schalten.

TRIAC Ein TRIAC ist ein Halbleiterelement, das nur für das Schalten von Wechselströmen (AC) ausgelegt ist. Am einfachsten ausgedrückt, ist er als "AC-Gegenstück" zu einem Transistor zu verstehen. TRIACs bieten einen hohen Schaltstrom und einen niedrigen Span-nungsabfall, wodurch sie sich sehr gut für den Anschluss an grosse Schütze und Elektromagnete eignen.

TRIACs weisen einen viel höheren Leckstrom als FETs und Power-MOSFETs auf. Der Leckstrom kann mehr als 1mA betragen, wodurch sich TRIACs nicht für den Einsatz als Eingangskomponen-ten für programmierbare Steuerungen oder andere Halbleiter-Ein-gangskomponenten eignen. Einmal eingeschaltet, bleibt er so lange im EIN-Zustand wie Strom fliesst, wodurch die Geräte nicht elek-tronisch gegen Kurzschluss geschützt sind. Zum Ausschalten eines TRIAC-Schaltkreises ist ein Nulldurchgang des 50/60Hz AC-Versor-gungskreises (Sinuswelle) erforderlich. Für die Mehrzahl der Appli-kationen stellen Power-MOSFETs mit ihren Leistungsmerkmalen die besten Schaltausgänge dar.

Abb. 2.6:

TRIAC

+

—

0034-GN-LT

AC

AC

Aus

0035-GN-LW




2-8

Abb. 2.7:

TRIAC-Nulldurchgang

Analogausgang Sensoren mit Analogausgang bieten einen Spannungs- oder Strom-ausgang, der proportional oder umgekehrt proportional zu dem vom Sensor erfassten Signal ist.

Da Analogsensoren eine gleichzeitige Erfassung mehrerer Parame-ter erlauben, werden sie gelegentlich in Applikationen mit diskreter Erkennung eingesetzt, wo ein Sensor mehrere Funktionen durch-führen muss. Ein Beispiel hierfür ist die Erkennung und Sortierung von hellen und dunklen Paketen.

Abb. 2.8:

Analoges Ansprechverhalten

Netzwerk/Bus Bei den Bemühungen, den Verdrahtungsaufwand für Systeme zu reduzieren, wird auch die Vernetzung von Sensoren zunehmend beliebter. Die Vernetzung ermöglicht kompatiblen Sensoren den direkten Anschluss an ein einziges Backbone-Kabel, das dann wie-derum an den Controller angeschlossen ist. Diese Sensoren enthal-ten einen Bus/Netzwerk-Interface Chip (integrierter Schaltkreis) sowie Firmware, die es ihnen ermöglichen, über gemeinsame Lei-tungen Strom zu beziehen und zu kommunizieren. Die Komponen-tenkosten liegen hier normalerweise höher, die Verdrahtung und die Fehlersuche werden jedoch vereinfacht.

0036-GN-LW

0Volt AC

+

_60 Hertz

Positive Flanke

Strom(mA)

Negative Flanke

0039-GN-LWAbstand(m)

4

4 5321

20




Tabelle 2.1: Stärken und Schwächen von Ausgängen

Art des Ausgangs Stärken Schwächen

Elektromechanisches RelaisSchalten von AC oder DC

• Ausgang ist galvanisch getrennt von Versor-gungsstrom

• Einfacher Reihen und/oder Parallelanschluss der Sensorausgänge

• Hoher Schaltstrom

• Kurzschlussschutz nicht möglich

• Begrenzte Lebensdauer• Langsam

FETSchalten von AC oder DC

• Sehr niedriger Leck-strom

• Hohe Schaltgeschwin-digkeit

• Niedriger Stromausgang

Power-MOSFETSchalten von AC oder DC



• Mässig hoher Ausgangs-strom

TRIACSchalten von AC

• Hoher Ausgangsstrom • Kurzschlussschutz nicht möglich

• Relativ hoher Leckstrom• Langsame Ausgangs-

schaltung

NPN oder PNP Transi-storSchalten von DC



• Kein Schalten von AC



Verdrahtung/2-Draht gegen 3-Draht

2-10

Verdrahtung

2-Draht gegen 3-Draht

Sensoren können auch gemäss ihrer Verdrahtungskonfiguration klassifiziert werden. Am weitesten verbreitet sind 2- und 3-Draht-Sensoren. 2-Draht-Geräte sind für die Verdrahtung in Reihe mit der Last ausgelegt. In 3-Draht-Konfiguration dienen zwei der drei Lei-tungen der Spannungsversorgung, während die dritte Leitung die Last schaltet. Beide Arten können strategisch sinnvoll in seriellen oder parallelen Konfigurationen verdrahtet werden, um Eingänge zur Verfügung zu halten oder um Logikfunktionen auszuführen.

Serielle oder parallele

Verdrahtung von 2-

Draht-Sensoren

2-Draht-Sensoren sind am einfachsten zu verdrahten, können jedoch die Gesamtleistung des Systems schwächen. Bei 2-Draht-Sensoren erfolgt die Stromversorgung über dieselbe Leitung, die auch zum Schalten genutzt wird. Dies und der charakteristisch höhere Spannungsabfall begrenzt die Zahl anschliessbarer Geräte. Da jedes Gerät nachfolgende Geräte mit Strom speist, entspricht die Ansprechzeit der Summe der Einschaltzeiten jedes Gerätes.

Abb. 2.9:

Serielle Verdrahtung von

2-Draht-Ausgängen

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

+V

Last

0040-GN-LW




Abb. 2.10:

Parallele Verdrahtung von 2-

Draht-Ausgängen

Serielle oder parallele

Verdrahtung von

Relaisausgängen

Zur Vereinfachung der Verdrahtung von Relaisausgängen ist es hilfreich, die Verdrahtung der Ausgänge von der Verdrahtung der Stromversorgung zu trennen. In jeder Konfiguration, bei der die Stromversorgungsleitungen parallel geführt werden, kann man die Ausgänge danach frei in der gewünschten Konfiguration anschlies-sen.

Abb. 2.11:


Relaisausgängen

Abb. 2.12:

Parallele Verdrahtung von

Relaisausgängen

Parallele Verdrahtung

von 3-Draht-

Ausgängen

Sensoren mit NPN- oder PNP-Transistorausgängen können auf ein-fache Weise parallel verdrahtet werden. Der niedrige Leckstrom von Transistorausgängen ermöglicht, dass eine Anzahl von Geräten miteinander verbunden werden kann, bevor der Leckstrom zum

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

+V

Last

0041-GN-LW

Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3

+V

T1 T2

0042-GN-LW


+V

T1

T2

0043-GN-LW




2-12

Problem wird. Alle Geräte müssen hierbei dieselbe Ausgangskonfi-guration aufweisen.

Abb. 2.13:

Parallele Verdrahtung von

3-Draht-Ausgängen

Serielle Verdrahtung

von 3-Draht-NPN-

Ausgängen

Bei der Serienschaltung von 3-Draht-NPN-Ausgängen muss jedes in Reihe geschaltete Gerät das nächstfolgende Gerät mit ´Minus´ versorgen, wobei das in der Kette letzte Gerät ´Minus´ an die Last weitergibt. Da jedes Gerät das nächstfolgende mit Leistung ver-sorgt, entspricht die Gesamtansprechzeit der Ansprechzeit des ersten Sensors plus der Summe der Einschaltzeiten der anderen Sensoren. Der Ausgang jedes Sensors muss in der Lage sein, die Spitzenlastströme nachgeschalteter Sensoren und auch den Strom für die Last bereitzustellen. Zur Überwindung der internen Versor-gungskapazität nachgeschalteter Sensoren ist es in manchen Fällen erforderlich, jeweils einen klein bemessenen (10 Ohm) Widerstand in Reihe zu schalten.

Abb. 2.14:


NPN-Transistor-Ausgängen

Serielle Verdrahtung

von 3-Draht-PNP-

Ausgängen

Bei der seriellen Verdrahtung von 3-Draht-PNP-Ausgängen muss jedes in Reihe geschaltete Gerät das nächstfolgende Gerät mit Strom versorgen, wobei das in der Kette letzte Gerät Leistung an die Last weitergibt. Da jedes Gerät das nächstfolgende mit Leistung versorgt, entspricht die Gesamtansprechzeit der Ansprechzeit des ersten Sensors plus der Summe der Einschaltzeiten der anderen Sensoren. Der Ausgang jedes Sensors muss in der Lage sein, die Spitzenlastströme nachgeschalteter Sensoren und auch den Strom der Last bereitzustellen. Zur Überwindung der internen Versor-gungskapazität nachgeschalteter Sensoren ist es in manchen Fällen erforderlich, jeweils einen klein bemessenen (10 Ohm) Widerstand in Reihe zu schalten.


+V

Aus

0044-GN-LW

Sensor 1

Sensor 2

Sensor 3

+V

+V

Last

+V

+V

0045-GN-LW



Zeit- und Logikfunktionen für Schaltausgänge/Anzugs- und Abfallverzögerung

Abb. 2.15:

Serielle Verdrahtung von PNP-

Transistor-Ausgängen

Zeit- und Logikfunktionen für Schaltausgänge

Spezielle Sensorfunktionen können integriert sein. Ansonsten sind diese zusätzlichen Leistungsmerkmale als Einschubkarten oder separate Module lieferbar. Optoelektronische Sensoren haben gewissermassen einen besonderen Status unter den Anwesenheits-Sensoren, da viele von ihnen über integrierte Zeit- und Logikfunk-tionen verfügen. Darüber hinaus können auch Sensoren für spezi-elle Applikationen wie zum Beispiel Bewegungserkennung oder Zero-Speed mit Timing- und Logik-Voreinstellungen für die jewei-lige Applikation verfügbar sein.

Anzugs- und Abfallverzögerung

Anzugs- und Abfallverzögerung stellen die am häufigsten benutzten Zeitfunktionen dar.

Eine Anzugsverzögerung verzögert das Schalten eines Ausgangs, wenn ein Objekt erkannt wurde.

Eine Abfallverzögerung verzögert das Schalten eines Ausgangs, wenn das Objekt gerade den Erkennungsbereich verlassen hat.

Die Verzögerungszeit der meisten Sensoren kann eingestellt wer-den von Werten, die kleiner als eine Sekunde sind, bis zu 10 Sekun-den und mehr.

Einige schnellschaltende Sensoren (Ansprechzeit kürzer als 1ms) bieten eine wählbare Abfallverzögerung von 50ms. Diese "Pulsver-breiterung" ist dann nützlich, wenn eine Verlängerung der Ansprechzeit für das Schalten auf AUS benötigt wird, um etwa einer langsameren PLC oder anderer Maschinenlogik eine Reaktion auf die Schaltvorgänge in schnellschaltenden Applikationen zu ermöglichen.

Sensor 3

Sensor 2

Sensor 1

Last

+V

0046-GN-LW



Zeit- und Logikfunktionen für Schaltausgänge/Anzugsverzögerter Wisch-Impuls

2-14

Abb. 2.16:

Anzugs-/Abfallverzögerung

Wisch-Impuls

Die Wisch-Impuls-Logik liefert eine einzelne Impulsausgabe ohne eine Berücksichtigung der Geschwindigkeit, mit der sich das Objekt am Sensor vorbeibewegt. Die Impulsbreite kann eingestellt werden.

Der Wisch-Impuls-Betrieb bietet Lösungen für verschiedene Anwendungsfälle:

• in schnellschaltenden Umgebungen — Bereitstellen eines Impulses für jedes Ereignis, d.h. ein am Sensor vorbeibewegtes Objekt. Eine hinreichende Impulsbreite muss vorliegen, damit langsamere Logikkomponenten auf die Schaltvorgänge reagie-ren können.

• in langsam schaltenden Umgebungen — Bereitstellen eines kurzen Impulses für jedes Ereignis, d.h. ein am Sensor vorbei-bewegtes Objekt, um einen Elektromagneten oder eine andere Komponente zu schalten.

• Bereitstellung eines Signals mit ansteigender Flanke, unabhän-gig von der Länge des Objekts.

• Bereitstellung eines Signals mit abfallender Flanke, unabhän-gig von der Länge des Objekts.

Abb. 2.17:

Wisch-Impuls-Logik

Anzugsverzögerter Wisch-Impuls

Eine anzugsverzögerte Wisch-Impuls-Logik ermöglicht eine zusätz-lich einstellbare Zeitverzögerung für die Weitergabe des Wisch-Impulses auf den Ausgang.

Objekterkannt

verloren

AusgangEin

Aus

Objekterkannt

verloren

AusgangEin

Aus

t t

t = Zeit, eingestellt von AnwenderAnzugsverzögerung Abfallverzögerung

0052-GN-LT

Objekterkannt

verloren

AusgangEin

Aus

t t

t = Zeit, eingestellt von Anwender0053-GN-LT




Abb. 2.18:

Anzugsverzögerte Wisch-

Impuls-Logik

Bewegungserkennung

Die Logik zur Bewegungserkennung ermöglicht eine Erfassung der kontinuierlichen Bewegung von Objekten. Der Sensor liefert ein Ausgangssignal, wenn er innerhalb der einstellbaren Verzögerungs-zeit keine Bewegung aufeinanderfolgender Objekte erkennen kann.

Die Logik zur Bewegungserkennung eignet sich gut zur Stau- und Lückenkontrolle an Förderbändern.

Abb. 2.19:

Logik zur

Bewegungserkennung

Objekterkannt

verloren

AusgangEin

Aus

t1

t1= Verzögerung nach Objekterkennung, einstellbar durch Anwendert2= Verzögerung nach Objekterkennung, einstellbar durch Anwender

t2

0054-GN-LT

Objekterkannt

verloren

AusgangEin

Aus

t1 t1 t1 t1 t1

t1= Zeit für Objekt anwesendt2= Zeit für Objekt abwesend

t2 t2 t2 t2

0055-GN-LT




2-16

3

Endschalter

Ein Endschalter ist ein elektromechanisches Gerät, das aus einem Betätiger besteht, der mechanisch mit einer Kontaktanordnung verbunden ist. Tritt ein Objekt in Kontakt mit dem Betätiger, so schaltet das Gerät die Kontakte, um eine elektrische Verbindung herzustellen oder zu unterbrechen.

Wegen ihrer Robustheit, der einfachen Installation und ihrer Zuver-lässigkeit werden Endschalter in einer Vielzahl von Applikationen und Betriebsumgebungen eingesetzt. Sie können die Anwesenheit oder Abwesenheit, das Passieren, die Positionierung und das Ende der Bewegung eines Objektes feststellen. Sie wurden anfangs einge-setzt, um den maximal zulässigen Verfahrweg eines Objekts fest zu begrenzen - daher der Name "Endschalter."


ENDSCHALTER

Konstruktion eines Endschalters/Basiskomponenten

3-2

Konstruktion eines Endschalters

Endschalter werden in zwei Schaltbasis-Ausführungen entwickelt: Plug-In-Bauweise und Nonplug-In-Bauweise. Die Unterschiede und Vorteile dieser beiden Arten werden auf Seite 3-3 im Detail erläu-tert. Die Unterbaugruppen, aus denen ein Endschalter besteht, werden nachfolgend beschrieben.

Abb. 3.1:

Konstruktion eines

Endschalters

1

Basiskomponenten

Betätiger Der Betätiger ist der Teil des Schalters, der das zu erkennende Objekt berührt.

Schaltkopf Im Schaltkopf befindet sich der Mechanismus, der die Bewegung des Betätigers in die Bewegung der Kontakte umsetzt. Wird der Betätiger bestimmungsgemäss bewegt, so schaltet der Mechanis-mus die Schaltkontakte.

Schaltblock Im Schaltblock befinden sich die elektrischen Kontaktelemente des Schalters. Es handelt es sich hier um zwei oder vier Kontaktpaare.

Anschlussblock Der Anschlussblock enthält die Schraubklemmen, in denen die elektrische (Leitungs-)Verbindung zwischen dem Schalter und dem Rest des Steuerschaltkreises hergestellt wird.

Schaltbasis Bei einem Schalter in Plug-In-Bauweise enthält die Schaltbasis den Schaltblock. Bei einem Schalter in Nonplug-In-Bauweise enthält die Schaltbasis einen Kombinations Schalt-/Anschlussblock.

Montagebasis Bei einem Schalter in Plug-In-Bauweise enthält die Montagebasis den Anschlussblock. Schalter in Nonplug-In-Bauweise verfügen nicht über eine separate Montagebasis.

Betätiger

Schalt-block

Schalt-basis

Anschluss-block

Montagebasis

Schalt-/Anschlussblock

Betätiger

Schalt-basis

Schaltkopf Schalt-kopf

0007-LS-LP

Plug-In Nonplug-In


ENDSCHALTER

Konstruktion eines Endschalters/NEMA gegen IEC

NEMA gegen IEC

Die Herstellung und Bemessung von Gehäusen und Kontakten zur Verwendung in Endschaltern basiert auf Normen, die von Organi-sationen wie der International Electrotechnical Commission (IEC) oder der National Electrical Manufacturers Association (NEMA) erarbeitet wurden. Schalter, die nach NEMA oder IEC ausgeführt sind, unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht, zum Beispiel in der Gehäusegrösse, der mechanischen Lebensdauer, der Stabilität, dem typischen Gehäusematerial und der Anordnung der Befestigungslö-cher. Nach NEMA ausgeführte Schalter gelten als robuster und haben eine längere Betriebslebensdauer, während die nach "inter-nationalen" IEC-Regeln ausgeführten Schalter typischerweise klei-ner und preiswerter sind. Die Normen und ihre Unterschiede werden ab Seite 1-1 im Abschnitt Grundlegendes zum Einsatz von Sensoren ausführlicher besprochen.

Plug-In- gegen Nonplug-In-Gehäuse

Ein nach NEMA ausgeführter Endschalter kann in einem Plug-In- oder Nonplug-In-Gehäuse untergebracht sein.

Nonplug-In-Gehäuse Die ersten Gehäuse, die entwickelt wurden, waren in Nonplug-In-Bauweise ausgeführt. Sie haben eine Kastenform und verfügen über einen separaten Deckel. Die Dichtungen zwischen dem Schalt-kopf, der Schaltbasis und dem Deckel werden über einen O-Ring und eine Flachdichtung realisiert. Endschalter in Nonplug-In-Bau-weise werden in einer Vielzahl von Ausführungen entsprechend IEC- oder NEMA-Spezifikationen angeboten

Abb. 3.2:

Nonplug-In-Gehäuse

0041-LS-LT

Deckel

Flachdichtung


ENDSCHALTER

Konstruktion eines Endschalters/Plug-In- gegen Nonplug-In-Gehäuse

3-4

Plug-In-Gehäuse Plug-In-Gehäuse wurden entwickelt, um den Austausch des Schal-ters zu vereinfachen. Anders als beim Kasten-/Deckel-Konzept besteht das Plug-In-Gehäuse aus zwei Hälften und erlaubt zur Ver-drahtung den Zugriff auf den Anschlussblock. Stabilisatoren, die sich an der Schaltbasis befinden, "kuppeln" in entsprechende Auf-nahmen in der Montagebasis ein und stellen die elektrischen Ver-bindungen zwischen Schaltblock und Anschlussblock her.

Die Montagebasis des Plug-In-Gehäuses enthält die elektrische Ver-drahtung und wird im Rahmen der ersten Inbetriebnahme mon-tiert. Da es hier keine beweglichen Teile gibt, die brechen oder verschleissen können, muss die Montagebasis nur selten ersetzt werden. Falls der Schalter beschädigt ist oder zunehmend ver-schleisst, wird die Schaltbasis zusammen mit dem Schaltkopf ent-fernt und eine neue Schaltbasis mit Schaltkopf auf die Montagebasis aufgesteckt, wodurch der Schalter sofort wieder betriebsbereit ist. Eine neue Verdrahtung ist nicht erforderlich.

Die Abdichtung zwischen dem Schaltkopf und dem Deckel des Schalters erfolgt über einen O-Ring, während eine speziell zuge-schnittene Dichtung die Schaltbasis gegen das Eintreten von Öl, Staub, Wasser und Kühlmittel schützt.

Abb. 3.3:

Plug-In-Gehäuse

Plug-In-Gehäuse werden in einer Anzahl von Ausführungen ent-sprechend NEMA-Spezifikationen angeboten.

Die Designvorteile des Plug-In-Gehäuses umfassen:

• Installation ohne Entfernen des Deckels (Entfernen des Deckels ist bei einigen Nonplug-In-Ausführungen erforderlich)

• In der Montagebasis befinden sich keine beweglichen Teile

Stabilisatoren

Dichtung0044-LS-LT


ENDSCHALTER

Konstruktion eines Endschalters/Funktion und Typen von Betätigern

• Kürzere Ausfallzeit, da Schaltkopf und Schaltbasis ohne Neu-verdrahtung in Montagebasis ausgetauscht werden können.

Funktion und Typen von Betätigern

Wirkt auf den Betätiger keine Kraft oder Drehmoment ein, so befin-det sich dieser in der unbetätigten, freien bzw. Ruheposition. Die Position, in die der Betätiger bewegt werden muss, um die Kontakte zu schalten, wird als Auslöse- bzw. Schaltposition bezeichnet. Wenn die Bewegung des Betätigers umgekehrt wird, bezeichnet man die Position, in der die Kontakte wieder in ihren ursprünglichen (Ruhe) Zustand zurückkehren, als Rücksetzposition.

Es gibt drei Arten von Betätigern:

• Seitliche Drehhebelbetätigung• Seitenstössel- oder Stirnstösselbetätigung• Federstab- oder Kontaktdrahtbetätigung

Seitliche Drehhebel-

betätigung

Ein Betätiger mit seitlichem Drehhebel besteht aus einem Schaft, der seitlich aus dem Schaltkopf des Endschalters ragt und die Kon-takte bei Drehbewegung schaltet. Er kann im oder entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt werden und ist für unidirektionales oder bidirektionales Schalten der Kontakte ausgelegt. Am Schaft ist ein Hebelarm montiert, der sich vorbeibewegenden Objekten erlaubt, auf den Hebel zu drücken und so den Schaltvorgang zu aktivieren.

Abb. 3.4:

Betätigung eines

Endschalters mit seitlichem

Drehhebel über einen Hebelarm

0009-LS-LT

MaximalerSchaltweg

Weg zumSchalten der

Kontakte

Unbetätigte(Ruhe-) Position

Weg zumZurücksetzen der

Kontakte

Schalt-punkt

Rücksetz-punkt


ENDSCHALTER

Konstruktion eines Endschalters/Funktion und Typen von Betätigern

3-6

Verschiedene Betätigungshebel können bei diesem Schalter einge-setzt werden.

Abb. 3.5:

Beispiele für Betätigungshebel

Stösselbetätigung

von der Seite oder von

oben

Die Stösselbetätigung von der Seite oder von oben erfolgt über einen kurzen, seitlich oder auf dem Schaltkopf des Endschalters befestigten Hebel (Stössel), der die Kontakte im Schaltkopf betätigt. Dieser Betätigertyp hat generell eine Federrückstellung, die bei Wegfall der Betätigungskraft zur ursprünglichen Position zurück-kehrt. Einige Seitenstösselbetätiger arbeiten mit Stangen ohne Federrückstellung und sind zum Reset der Kontakte in die entge-gengesetzte Position zu bewegen.

Abb. 3.6:

Betätigung des Stirnstössel-

Endschalters

Dieser Betätigertyp kann ein einfacher Stössel, ein Stössel mit einer Rolle am Ende oder ein Stössel, der über einen Hebel nieder-gedrückt wird, sein.

0011-LS-LT

Rollen-hebel

Rollenhebelmit Mikrometer-

Justierung

JustierbarerRollenhebel

Stangen-hebel

NylatronSchlingen-

hebel

Gabel-hebel

Unbetätigte(Ruhe-)Position

Rücksetz-Punkt

Schalt-Punkt

Zwangsöffn.Schaltpunkt

MaximalerSchaltweg 0034-LS-LT

Weg zum Zurücksetzen

Weg zum SchaltenMax. Schaltweg


ENDSCHALTER

Konstruktion eines Endschalters/Funktion und Eigenschaften der Schaltkontakte

Abb. 3.7:

Beispiele für Stösselbetäti-

gung von der Seite oder von

oben

Betätigung über

Federstab und

Kontaktdraht

Ein Betätiger in der Ausführung Federstab und Kontaktdraht besteht aus einer langen Stange, die sich auf dem Schaltkopf eines Endschalters befindet und bei einer Auslenkung aus der vertikalen Position die Schaltkontakte bedient. Federstäbe sind typischerweise Nylonstangen, während Kontaktdrähte aus flexiblem Draht beste-hen. Sie können in jede beliebige Richtung bewegt werden (die Bewegung ähnelt der eines Joysticks) und kehren in ihre ursprüng-liche Position zurück, sobald die Betätigungskraft wegfällt.

Abb. 3.8:

Betätigung eines

Endschalters in der

Ausführung Federstab

Funktion und Eigenschaften der Schaltkontakte

Dauerkontakt- gegen

Momentanschalter

Die Kontakte eines Endschalters ändern ihren Zustand, wenn eine festgelegte Kraft oder ein Drehmoment auf den Betätiger ausgeübt wird. Ein Federrückstellschalter (Momentanschalter) führt seine Kontakte in deren ursprüngliche Position zurück, wenn die Betäti-gungskraft wegfällt. Die Kontakte eines Dauerkontaktschalters

Stirnstössel Stirnrollenstössel JustierbarerStirnstössel

Rollenhebel Seitenstössel Seitenrollenstössel

0045-LS-LT

0031-LS-LTUnbetätigte

(Ruhe-)Position

MaximalerSchaltweg

Schalt-punkt

Reset-Pkt

Weg zum Schaltender Kontakte

Weg zum Zurück-setzen der Kontakte


ENDSCHALTER


3-8

bleiben in der betätigten Position, bis Kraft bzw. Drehmoment in die entgegengesetzte Richtung ausgeübt wird.

2-Kreis- gegen

4-Kreis-Schaltung

Ein typischer Endschalter verfügt entweder über zwei oder über vier Kontaktpaare. Nachdem jedes Kontaktpaar dazu verwendet wird, einen Steuerschaltkreis zu öffnen und zu schliessen, werden die Schalter auch als 2-Kreis- bzw. 4-Kreis-Geräte bezeichnet.

Schliesser gegen

Öffner

"Schliesser" und "Öffner" beschreiben den Zustand jedes Kontakt-paares, wenn sich der Schalter in der unbetätigten bzw. Ruheposi-tion befindet. Schliesserkontakte sind geöffnet und Öffnerkontakte sind geschlossen, wenn keine Kraft oder Drehmoment auf den Betä-tiger wirken. In Abbildung 3.9 auf der folgenden Seite sind die Kon-takte 1-2 Schliesser und die Kontakte 3-4 Öffner.

Sprungkontakte Bei diesem Kontaktaufbau wird durch die Bewegung des Betätigers Kraft auf einen Sprungmechanismus ausgeübt, der eine schnelle Änderung des Schaltzustandes der Kontakte bewirkt, sobald der Schaltpunkt erreicht ist. Durch umgekehrtes Bewegen des Betäti-gers in einen vorgegebenen Rücksetzpunkt werden die Kontakte zum Zurückschnappen in ihre ursprüngliche Position bewegt.

Sprungkontakte haben voneinander verschiedene Schalt- und Rücksetzpunkte. Der Abstand zwischen Schalt- und Rücksetzpunkt wird als Weg zum Zurücksetzen der Kontakte, Hysterese oder Diffe-rentialweg bezeichnet. Ein endlicher Weg zum Zurücksetzen der Kontakte hilft bei der Vermeidung von Kontaktprellen, falls das Objekt vibriert, das den Schalter betätigt.

Sprungkontakte gewährleisten Wiederholgenauigkeit in Applika-tionen mit langsamen Betätigern. Die Kontaktweglänge ist unab-hängig vom Betätigerweg.

Abb. 3.9:

Bewegung von

Sprungkontakten

Schleichkontakt-

Ausführung für

Öffner und Schliesser

Bei diesem Kontaktaufbau sind Geschwindigkeit und Weg der Kon-takte von der Geschwindigkeit und dem Weg des Betätigers abhän-gig und jedes Kontaktpaar hat seinen eigenen Schaltpunkt. Dies ist

1 2

3 4

Unbetätigter Zustand

1 2

3 4

Kontakt-Annäherungan Schaltpunkt

1 2

3 4

Kontaktzustandsänderung

0043-LS-LT

1 2 3

N.O. = SchliesserN.C. = Öffner

N.O.

N.C.

N.O.

N.C.


ENDSCHALTER


von Nutzen, wenn der Anwender nicht möchte, dass alle Kontakte ihren Zustand gleichzeitig ändern.

Schleichkontakte haben keinen nennenswerten Weg zum Zurück-setzen. Dies bedeutet, dass Schalt- und Rücksetzpunkt für ein gege-benes Kontaktpaar zusammenfallen.

Abb. 3.10:

Schleichkontakte für Öffner

und Schliesser, Bewegung

Zwangsöffnende

Kontakte

Der IEC-Standard 60947-5-1 definiert zwangsöffnende Kontakte als "das Erreichen der Kontakttrennung als direkte Folge einer spezifi-zierten Bewegung des Schaltbetätigers durch nichtfedernde Teile (nicht abhängig von Federn)."

Schalter mit Zwangsöffnung leiten die Betätigerkraft direkt auf die Kontakte, so dass die Kraft auch einen verschweissten Kontakt auf-bricht. Obwohl die Mechanismen auch Federn enthalten können, stützen sie sich nicht allein auf die Federwirkung, da eine Feder versagen oder möglicherweise nicht stark genug sein kann, um einen verschweissten Kontakt aufzubrechen.

Die Zwangsöffnung kann sowohl in Endschaltern mit Sprungkon-takten als auch in Endschaltern mit Schleichkontakt-Ausführungen für Öffner und Schliesser integriert werden.

0008-LS-LT

Betätiger Betätiger

N.C. N.C.

N.C.

N.O.

N.O.

N.O.

N.C. = ÖffnerkontaktN.O. = Schliesserkontakt

2-Kreis-Schaltung 4-Kreis-Schaltung

Kolben

Spannstück

SpannstückeKontakt-element

Kontakt-element

Kolben


ENDSCHALTER


3-10

Abb. 3.11:

Zwangsöffnende

Kontaktbewegung in

Endschalter mit

Sprungkontakt

Bei vielen Designs liegt der Punkt, an dem der Mechanismus der Zwangsöffnung einsetzt, hinter dem Schaltpunkt des Schalters. Dies bedeutet, dass man zur Einrichtung der Endschalter-Applika-tion sorgfältig vorgehen muss, so dass der Betätiger stets über den Schaltpunkt für die Zwangsöffnung bewegt wird. Erfolgt dies nicht, so kann der Schalter im Falle einer Kontaktverschweissung die in Ruheposition geschlossenen Kontakte möglicherweise nicht öffnen.

Designs mit Zwangsöffnung sind gemäss nationalen und internatio-nalen Normen für Trennschalter, Not-Aus-Schalter, Sicherheits-Endschalter, Seilzug-Sicherheits-Endschalter sowie Verriegelungs-schalter für Sicherheitstüren vorgeschrieben. Entsprechende Pro-dukte sind - wie nachfolgend in Abb. 3.12 dargestellt - mit dem Symbol der Zwangsöffnung gekennzeichnet.

Abb. 3.12:

Symbol für Zwangsöffnung

befindet sich auf Schalter und

in Hersteller-Dokumentation

Unbetätigter Zustand Kontakt-Annäherungan Schaltpunkt

Kontakt-Zustandsänderungüber Sprungwerk

Zwangsöffnungsetzt ein

0035-LS-LT

1 2

3 4

1

1 2

3 4

2

1 2

3 4

3

1 2

3 4

4

45˚11-1223-24

060˚ 35˚ 15˚

geöffnet geschlossen

Symbol Symbol aufProdukt

Symbol inKontaktanordnungsdiagramm

0042-LS-LT


ENDSCHALTER


Schalteigenschaften

der Kontakte

Die Spezifikationen hinsichtlich der Kraft und der Bewegung des Betätigers, die zum Schalten und Zurücksetzen der Kontakte erfor-derlich sind, nennt man auch "typische Schalteigenschaften". Für die meisten Endschalter liegen die typischen Schalteigenschaften tabellarisch in der Dokumentation des Herstellers vor. Die Tabellen spezifizieren das Moment bzw. die Kraft sowie den Betätigerweg, der erforderlich ist, um die Kontakte zu schalten, den für das Zurücksetzen der Kontakte erforderlichen Weg sowie den maximal zulässigen Weg des Betätigers.

HINWEIS Vorlaufweg liegt vor der Kontaktbewegung.

Der Weg zu den Schaltkontakten wird manchmal auch Vorlaufweg genannt. Der Weg zum Zurücksetzen der Kontakte wird auch als Differentialweg bezeichnet. Der maximale Weg des Betätigers wird auch gesamter Schaltweg genannt. Anstelle des gesamten Schalt-wegs spezifizieren manche Hersteller den Nachlaufweg, unter dem man den Abstand oder den Winkel zwischen dem Schaltpunkt und dem maximalen Schaltweg versteht. In diesem Fall entspricht der gesamte (maximale) Schaltweg der Summe aus dem Weg zum Schalten (Vorlaufweg) und dem Weg zum Zurücksetzen der Kon-takte (Nachlaufweg).

Für einige nach IEC ausgeführte Endschalter werden die typischen Schalteigenschaften nicht in Tabellenform angegeben sondern gra-fisch dargestellt. Die Diagramme werden auch Kontaktanordnungs-diagramme genannt. Nachfolgend sind einige Beispiele solcher Diagramme für Endschalter mit Sprungkontakten und Endschalter mit Schleichkontakt-Ausführung für Öffner und Schliesser abgebil-det.

Abb. 3.13:

Kontaktanordnungsdiagramm

für Schalter mit Sprungkon-

takten

Abb. 3.14:

Kontaktanordnungsdiagramm

für Schalter mit Schleichkon-

takt-Ausführung für Öffner

und Schliesser

→

080˚ 15˚21-2213-1413-1421-22

35˚45˚

}}{

Punkt, an dem derZwangsöffnungs-Mechanismus einsetzt.

Schaltpunkt (beide Kontakte)

Rücksetzpunkt (beide Kontakte)


Schaltrichtung

Rücksetzrichtung

MaximalerSchaltweg

Anschluss-Nummern

Helle Felder zeigen dieWinkel an, bei denen jederKontakt geöffnet ist.

Betätigerpositionen sind hier für Drehschalter in Grad angezeigt.

Dunkle Felder zeigendie Winkel an, bei denenjeder Kontakt geschlossen ist.

Der Schalter hat zwei Kontaktblöcke.Für Sprungkontaktschalter werden dieKontakte zweifach angezeigt, um denUnterschied zwischen dem Weg inSchaltrichtung und dem Weg inRücksetzrichtung darzustellen.

0046-LS-LT

→

3.511-1223-24

0mm6 2.3 1.5

Dunkle Felder zeigendie Winkel an, bei denenjeder Kontakt geschlossen ist

Helle Felder zeigen dieWinkel an, bei denen jederKontakt geöffnet ist.

Anschluss-nummern

MaximalerSchaltweg

Punkt, an dem derZwangsöffnungs-Mechanismus einsetzt.


0047-LS-LT

Schalt- und Rücksetzpunktfür Kontakte 23-24

Schalt- und Rücksetzpunktfür Kontakte 11-12

Betätigerpositionen sind fürDruckschalter in mm angezeigt.


ENDSCHALTER

Vorteile und Nachteile von Endschaltern/Vorteile

3-12

Vorteile und Nachteile von Endschaltern

Vorteile

Die mechanischen Vorteile von Endschaltern sind:

• leichte Handhabung• einfach sichtbare Funktion• stabiles Gehäuse• gute Abdichtung für zuverlässigen Betrieb• hohe Widerstandsfähigkeit hinsichtlich Umgebungsbedingun-

gen in der Industrie• hohe Wiederholgenauigkeit• zwangsöffnende Kontaktbetätigung (einige Modelle)

Die elektrischen Vorteile von Endschaltern sind:

• besser als andere Sensortechnologien zum Schalten höherer Stromlasten geeignet (typischerweise 5A bei 24V DC oder 10A bei 120V AC im Vergleich zu weniger als 1A bei Näherungs-schaltern oder optoelektronischen Sensoren)

• Unempfindlichkeit gegen elektrische Störungen• Unempfindlichkeit gegen Störungen durch Funkwellen (Funk-

geräte)• kein Leckstrom• minimale Spannungsabfälle• einfacher Schliesser- und/oder Öffner-Betrieb

Nachteile

Die Nachteile von Endschaltern sind:

• kürzere Kontaktlebensdauer als bei Halbleitertechnologie• bewegliche mechanische Teile verschleissen mit der Zeit• nicht alle Applikationen können berührungsgebundene Erken-

nung einsetzen


ENDSCHALTER

Typische Applikationen/Nachteile

Typische Applikationen

• Fliessbandsysteme• Transfermaschinen• Revolverdrehautomaten• Fräs- und Bohrmaschinen• Radialbohrmaschinen• Hochgeschwindigkeits-Produktionsausrüstung

Beispiel 3.1:

Positionsprüfung

0040-LS-LA

Endschalter für"Tür auf/zu"

Prüfung


ENDSCHALTER


3-14

Beispiel 3.2:

Holzverarbeitung

Beispiel 3.3:

Zählen und Teileerkennung

0028-LS-LAEndschalter zur Anzeige

einer fehlerhaften Ausrichtung

Endschalterzur Teileerkennung

0039-LS-LA


4

Induktive Näherungssensoren

Induktive Näherungssensoren sind Halbleitergeräte zur Erfassung metallischer Objekte. Durch den berührungslosen Betrieb und die Abwesenheit beweglicher Teile unterliegen induktive Näherungs-sensoren bei korrekter Installation keinen mechanischen Schäden oder Verschleisserscheinungen. Darüber hinaus funktionieren sie sehr zuverlässig in schmutzigen Umgebungen, wobei sie auch bei Schmutzablagerung aus Staub, Fett, Öl, Russ auf der Schaltfläche unbeeinträchtigt bleiben. Dies macht die induktive Technologie zur idealen Lösung für den industriellen Einsatz in Applikationen mit stark beanspruchenden Betriebsbedingungen.

Die Funktion eines induktiven Näherungssensors basiert auf dem ECKO-Prinzip (ECKO, Eddy Current Killed Oscillator / wirbel-stromgedämpfter Oszillator). Induktive Näherungssensoren erzeu-gen ein elektromagnetisches Feld. Dringt ein metallisches Objekt in dieses Feld ein, so werden in dem Metallobjekt Wirbelströme indu-ziert. Die Wirbelströme entziehen dem elektromagnetischen Feld Energie, wodurch in dem Oszillator-Schaltkreis ein Energieverlust und dadurch bedingt eine kleinere Schwingungsamplitude auftritt. Der Triggerschaltkreis erkennt die Veränderung und erzeugt ein Signal, um den Ausgang EIN oder AUS zu schalten. Verlässt das Objekt das elektromagnetische Feld, so regeneriert sich der Oszilla-tor und der Sensor kehrt in seinen normalen Zustand zurück.

Abb. 4.1:

Typische Betriebsweise

induktiver Näherungssensoren

Induktive Näherungssensoren erfassen eisenhaltige und nichtei-senhaltige Metalle. Sie werden häufig zur Erfassung der Position metallischer Objekte bei der automatisierten Bearbeitung, zur

Oszillator läuft mit voller Leistungwenn kein Objekt anwesend ist.

Oszillator verlangsamt sich, sobaldStörungen im feld auftreten.

Oszillator beginnt sich zu erholen,sobald das Objekt sich wegbewegt.

Oszillator kommt zum Stillstandund Metallobjekt wird erkannt.

Oszillator läuft mit voller Leistungwenn kein Objekt anwesend ist.Sensor Metallobjekt-

Position0052-PX-LT


INDUKTIVE NÄHERUNGSSENSOREN

Konstruktion induktiver Näherungssensoren/Basiskomponenten

4-2

Erfasssung metallischer Teile in der automatischen Montage und zur Anwesenheitsprüfung für Metallbehälter bei der automatisier-ten Verpackung von Lebensmitteln und Getränken eingesetzt.

Konstruktion induktiver Näherungssensoren

Ein induktiver Näherungssensor besteht aus vier Basiskomponenten:

• Spulen- und Ferritkern-Baugruppe• Oszillator• Triggerschaltkreis• Ausgangskreis

Abb. 4.2:

Komponenten induktiver

Näherungssensoren

Basiskomponenten

Baugruppe

Spule/Kern

Die Spulen- und Ferritkern-Baugruppe erzeugt aus der vom Oszil-lator gelieferten Energie ein elektromagnetisches Feld.

Oszillator Der Oszillator versorgt die Spulen- und Ferritkern-Baugruppe mit elektrischer Energie.

Triggerschaltkreis Der Triggerschaltkreis erfasst Veränderungen der Schwingungsam-plitude. Veränderungen treten auf, wenn ein metallisches Objekt in das von der Sensor-Schaltfläche abgestrahlte elektromagnetische Feld eindringt oder dieses verlässt.

Halbleiterausgang Wird in dem elektromagnetischen Feld eine hinreichend grosse Ver-änderung erfasst, liefert der Halbleiterausgang ein elektrisches Signal für den Anschluss an eine SPS (PLC) oder sonstige Maschi-nenlogik. Dieses Signal zeigt die Anwesenheit oder Abwesenheit eines metallischen Objektes im Erfassungsbereich an.

Oszillator Halbleiter-AusgangTrigger-

Schaltkreis(Detektor)

0053-PX-LT

Spulen- undFerritkern-Baugruppe




Konstruktion für bündige und nicht bündige Montage

Alle induktiven Näherungssensoren sind bezüglich ihrer Konstruk-tion für eine bündige Montage oder nicht bündige Montage ausge-legt und klassifizierbar.

Typ. Schaltabstände

für bündige und nicht

bündige Montage

Der Schaltabstand eines induktiven Näherungssensors ist vom Durchmesser der Sensorspule und der Konstruktion (bündige oder nicht bündige Montage) abhängig. Neue Konfigurationen für induk-tive Näherungssensoren ermöglichen erweiterte Schaltabstände.

Abb. 4.3:

Typischer normierter

Schaltabstand bei bündiger

Montage und nicht bündiger

Montage

Konstruktion für

bündige Montage

Sensoren für bündige Montage verfügen über einen Abschirmring, der die Kern-/Spulen-Baugruppe umgibt. Dadurch wird das elektro-magnetische Feld in Richtung der aktiven Schaltfläche konzen-triert. Bei Sensoren mit Metallgehäusen bietet häufig das Gehäuse selbst die Abschirmung.

Abb. 4.4:

Sensor für bündige Montage

Spulen- und Kern-Baugruppe

Die Konstruktion für bündige Montage ermöglicht den flachen Ein-bau des Sensors in umgebendes Metall, ohne dass Fehlauslösungen verursacht werden.

S N30mm

S N18mm

S N12mm

S N8mm

1.5

1515

10

8

5

NormierterSchalt-abstand

(mm)

Sensor-Durchmesser

S = Bündige MontageN = Nicht bündige Montage

43

21

0085-PX-LT

Abschirmung

Spule

Gehäuse

Ferritkern0054-PX-LT




4-4

Abb. 4.5:

Sensoren für bündige

Montage, bündig und in kurzem

Abstand zueinander montiert

Konstruktion für

nicht bündige

Montage

Sensoren für nicht bündige Montage haben kein die Kern-/Spule-Baugruppe umgebendes Metallband. Daher ist das von einem Sen-sor für nicht bündige Montage erzeugte elektromagnetische Feld nicht so stark in Richtung der Schaltfläche konzentriert wie das eines Sensors für bündige Montage. Dies macht Sensoren für nicht bündige Montage empfindlicher hinsichtlich sie umgebender Metalle. Die nicht bündige Montage ermöglicht einen um mehr als 50% grösseren Schaltabstand als bei gleich grossen Sensoren für bündige Montage. Wegen der grösseren Reichweite können kriti-sche Objekte mit Sensoren für nicht bündige Montage möglicher-weise leichter erfasst werden.

Abb. 4.6:

Konstruktion für nicht bündige

Montage

Spulen- und Kern-Baugruppe

Sensoren für nicht bündige Montage dürfen nicht bündig in eine Metallfläche montiert werden. Um Fehlauslösungen zu vermeiden, erfordern Sensoren für nicht bündige Montage eine die Schaltfläche umgebende metallfreie Zone.

Abb. 4.7:


Montage, montiert mit einer

metallfreien Zone

0083-PX-LT

Metall

0055-PX-LT

Spule

Gehäuse

Ferritkern

0084-PX-LT

Metall




Überlegungen zum

Abstand

Der Durchmesser der Sensorspule bestimmt den Abstand zwischen Sensoren. Sensoren für nicht bündige Montage erfordern einen grösseren Abstand als solche für bündige Montage, da die Erfas-sungsbereiche seitlich weiter aus der Schaltfläche reichen und bei Überlappungen Fehlauslösungen bewirken.

Abb. 4.8:

Abstand von Sensoren für

nicht bündige Montage

Die Abstandsanforderungen können für verschiedene Sensoren variieren. Sensoren für bündige Montage benötigen jedoch im allge-meinen einen Abstand von einem Durchmesser der Schaltfläche zwischen benachbarten Sensoren und zwei Durchmessern der Schaltfläche für Sensoren, die mit gegenüberliegenden Schaltflä-chen montiert sind.

Abb. 4.9:

Richtwerte für den Abstand

bei benachbarten und gegen-

überliegend angeordneten

Sensoren für bündige Montage

Sensoren für nicht bündige Montage erfordern im allgemeinen einen Abstand von drei Durchmessern der Schaltfläche zwischen benachbarten Sensoren und vier Durchmessern der Schaltfläche bei Montage mit gegenüberliegenden Schaltflächen.

richtig falsch0056-PX-LT

d

dd

d

d d 3 Sn

2d

2d

d = Durchmesser o. Breite der aktiven SchaltflächeSn = normierter Schaltabstand

0086-PX-LT



Überlegungen zum Objekt/Erfassungsreichweite als Funktion von Material und Grösse des Objektes

4-6

Abb. 4.10:

Richtwerte für den Abstand

bei benachbarten und gegen-

überliegend angeordneten

Sensoren für nicht bündige

Montage


Der Schaltabstand eines induktiven Näherungssensors variiert für jedes Objekt und jede Applikation. Die Fähigkeit eines Sensors, ein Objekt zu erfassen, wird durch das Material des Metallobjektes, dessen Grösse sowie dessen Gestalt bestimmt.

Erfassungsreichweite als Funktion von Material und Grösse des Objektes

Der normierte Schaltabstand (Sn) des Sensors ist eine typische Spe-zifikation für den Abstand, bei dem ein sich der Schaltfläche näherndes Standardobjekt die Änderung des Ausgangssignals bewirkt. Ein Standardobjekt ist definiert als ein quadratisches Teil aus unlegiertem Weichstahl mit 1mm Dicke und Seitenlängen, die dem Durchmesser der Schaltfläche oder aber dem 3-fachen Wert des Schaltabstands entsprechen, je nachdem welcher Wert grösser ist.

d = Durchmesser o. Breite der aktiven SchaltflächeSn = normierter Schaltabstand

0087-PX-LT

d

d

d

d 3 Sn

4d

4d

4d

0.4d

>3d3d



Überlegungen zum Objekt/Erfassungsreichweite als Funktion von Material und Grösse des Objektes

Abb. 4.11:

Standardobjekt für

induktive Näherungssensoren

Der normierte Schaltabstand für ein Standardobjekt aus weichem, unlegiertem Stahl wird als Referenzpunkt verwendet. In typischen Applikationen wird der Schaltabstand nicht nur von der Zusam-mensetzung des Objektes sondern auch durch dessen Grösse und Gestalt beeinflusst. Der normierte Schaltabstand für ein Standard-objekt aus weichem, unlegiertem Stahl muss mit einem Korrektur-faktor multipliziert werden, um den normierten Schaltabstand für andere Metallarten zu bestimmen.

Einfluss des Objektmaterials

Typische Korrekturfaktoren für verschiedende Metalle sind in der nachfolgenden Abbildung angegeben.

Abb. 4.12:

Typische Korrekturfaktoren

Objekt-Korrekturfak-

toren für induktive

Näherungssensoren

Zur Bestimmung des Schaltabstandes für andere Materialien als dem standardmässigen weichen, unlegierten Stahl wird ein Korrek-turfaktor eingesetzt. Die Zusammensetzung des Objekts hat eine starke Auswirkung auf den Schaltabstand induktiver Näherungs-sensoren. Falls ein Objekt verwendet wird, das aus einem der aufge-listeten Materialien besteht, so muss der Nenn-Schaltabstand mit dem angegebenen Korrekturfaktor multipliziert werden, um den

d

1mm

Weichstahl

0103-PX-LT

d = Sensor-Durchmesser oder3x Schaltabstand,je nachdem was grösser ist.

Weichstahl 1.0 x normierter Schaltabstand

Edelstahl 0.9 x normierter Schaltabstand

Messing 0.5 x normierter Schaltabstand

Aluminium 0.45 x normierter Schaltabstand

Kupfer 0.4 x normierter Schaltabstand

Maximaler Schaltabstand(Punkterkennung)

0057-PX-LT



Überlegungen zum Objekt/Einfluss der Grösse und Gestalt des Objektes

4-8

Nenn-Schaltabstand für das betreffende Objekt zu bestimmen. Zu beachten ist hierbei, dass nichteisen-selektive Sensoren Stahl oder eisenhaltige Edelstähle nicht erfassen. Ebenso werden eisen-selek-tive Sensoren keine nichteisenhaltigen Metalle erfassen.

Die nachfolgend angegebenen Korrekturfaktoren gelten nur als all-gemeine Richtwerte. Gegebenenfalls ist das Datenblatt des Sensors zu beachten, der zum Einsatz kommen soll. Übliche Materialien und ihre spezifischen Korrekturfaktoren werden auf jedem Pro-duktdatenblatt aufgelistet.

(Nenn-Schaltabstand) x (Korrekturfaktor) = Schaltabstand

Einfluss der Grösse und Gestalt des Objektes

Auch die Grösse und die Gestalt des Objekts müssen bei der Aus-wahl eines induktiven Näherungssensors berücksichtigt werden. Die folgenden Punkte dienen zur Verwendung als allgemeine Richt-linien, wenn Korrekturen aufgrund der Objektgrösse und -gestalt angewendet werden.

• flache Objekte eignen sich besser• runde Objekte können möglicherweise den Schaltabstand redu-

zieren• nichteisenhaltige Materialien reduzieren normalerweise den

Schaltabstand für allmetall-selektive Sensoren• Objekte, die kleiner sind als die Schaltfläche, reduzieren typi-

scherweise den Schaltabstand• Objekte, die grösser sind als die Schaltfläche, können den

Schaltabstand vergrössern• Folien können den Schaltabstand vergrössern

Der normierte Schaltabstand berücksichtigt nicht die Herstellungs-toleranzen oder Variationen, die sich aufgrund externen Bedingun-gen wie zum Beispiel Spannung oder Temperatur ergeben können. Nimmt man diese Faktoren hinzu, so kann der tatsächliche Schalt-abstand eines bestimmten Sensors um bis zu ca. ±20% von dem nor-mierten Schaltabstand abweichen.

Tabelle 4.1: Korrekturfaktoren

ObjektmaterialAngenäherter

Korrekturfaktor

Weicher, unlegierter Stahl 1.0

Edelstahl 0.85

Messing 0.50

Aluminium 0.45

Kupfer 0.40



Überlegungen zum Objekt/Allmetall-, eisen- und nichteisen-selektive Sensoren

Allmetall-, eisen- und nichteisen-selektive Sensoren

Allmetall-selektive Sensoren oder standardmässige induktive Näherungssensoren erfassen jedes beliebige Metall, das vor der Sensorschaltfläche plaziert wird. Ein eisen-selektiver (beliebiges Metall, das auch Eisen enthält) Sensor ignoriert Messing, Alumi-nium und Kupfer, während ein nichteisen-selektiver (beliebiges Metall, das kein Eisen enthält) Sensor Stahl und eisenartige Edel-stähle ignoriert.

Eisen-selektive und nichteisen-selektive Sensoren können sehr effektiv in Applikationen eingesetzt werden, in denen der Sensor ein Metall erfassen muss, während ein anderes ignoriert werden soll. Wenn zum Beispiel ein Aluminiumteil maschinell bearbeitet wird, kann ein eisen-selektiver Sensor eingesetzt werden, um das Schneidwerkzeug aus gehärtetem Stahl zu erfassen, während der Aluminiumblock und die Aluminiumspäne, die bei der Bearbeitung anfallen, ignoriert werden.

Nichteisen-selektive Sensoren ermöglichen für nichteisenhaltige Materialien ausserdem einen um bis zu 400% grösseren Schaltab-stand als allmetall-selektive (Standard-) Ausführungen. Korrektur-faktoren gibt es hierbei nicht. Alle nichteisenhaltigen Metalle werden mit dem vollen normierten Schaltabstand erfasst.

Objektbewegung

Die zu erfassenden Objekte können sich dem Näherungssensor ent-weder quer zur aktiven Schaltfläche (Referenzachse) nähern oder sich direkt in Richtung der Schaltfläche oder von ihr weg bewegen.

Seitliche Annäherung Bei den meisten Applikationen wird die Zuverlässigkeit des Sensors erhöht, wenn sich das Objekt durch den Bereich vor der aktiven Schaltfläche bewegt. Dies ergibt sich aus dem besser kontrollierba-ren Abstand zwischen Schaltfläche und Objekt. Bei Verwendung dieser Sensorbetriebsart sollten als kritische Überlegung die Schaltfrequenz bzw. Ansprechgeschwindigkeit betrachtet werden. Unter der Schaltfrequenz versteht man die Zeit, die benötigt wird, um den Zustand des Ausgangs von normalem auf geänderten zu normalem Zustand zu ändern.

Schaltfrequenz Die Schaltfrequenz ist die maximale Geschwindigkeit, bei der ein Sensor noch diskrete einzelne Impulse liefert, wenn das Objekt in den Erfassungsbereich eindringt und diesen wieder verlässt. Der Wert ist stets abhängig von der Grösse des Objekts, dem Abstand von der Schaltfläche und der Geschwindigkeit des Objekts. Die Schaltfrequenz entspricht der Anzahl der Schaltvorgänge pro Sekunde. Die Spezifikation der Messmethode zur Bestimmung der Bemessungs-Schaltfrequenz mit Standardobjekten basiert auf DIN




4-10

IEC 60947-5-2. Veränderungen hinsichtlich der Objektgrösse und des Materials beeinflussen die tatsächliche Schaltfrequenz.

Abb. 4.13:

Schaltfrequenz

Direkte (radiale)

Annäherung des

Objektes

Nähert sich ein Objekt einem Näherungssensor direkt auf die Schaltfläche zu, so kann die Zuverlässigkeit der Anwendung durch Berücksichtigung der Hystereseeffekte erhöht werden. Zu beachten ist, dass auch die Schaltfrequenz bei direkter Annäherung des Objekts berücksichtigt werden sollte.

Hysterese

(Differentialstrecke)

Die Differenz zwischen Einschaltpunkt und Ausschaltpunkt bezeichnet man auch als Hysterese oder Differentialstrecke. Die nach dem Einschalten zum Ausschalten erforderliche Verschiebung des Objektes muss bei der Festlegung der Objektbereiche und Sen-sorpositionierungen berücksichtigt werden. Die Hysterese ist erfor-derlich, um ein Prellen (schnelles Ein- und Wiederausschalten) der Kontakte zu verhindern, falls der Sensor und/oder das Objekt Stös-sen oder Schwingungen ausgesetzt sind. Schwingungsamplituden müssen kleiner als das Hystereseband sein, um Prelleffekte zu ver-hindern.

Abb. 4.14:

Hysterese

Sn

Näherungsschalter

Bewegungs-richtung Objekte aus

Fe 360 bzw. A570Klasse 36

d

2 x m

m

m 2

Nichtmagnet. und nichtleitendes Material

m = d 0110-PX-LT

Näherungs-schalter

Schaltpunktbei

Annäherung

Schaltpunktbei

Verlassen

Schalt-abstand

Bewegungsrichtung Objekt

Hysterese

0111-PX-LT




Schweissfeldimmun

Bei bestimmten Applikationen wie beispielsweise dem Schweissen, Löten, dem induktiven Beheizen usw. wirken starke elektromagne-tische Felder. Die Schaltkreise von Näherungssensoren können dahingehend abgewandelt werden, dass eine höhere Widerstandsfä-higkeit gegen die Einflüsse dieser elektromagnetischen Felder erreicht wird. Nachfolgend werden Überlegungen zur Montage auf-gezeigt, die bei solchen Applikationen zu berücksichtigen sind.

Überlegungen zur

Montage schweiss-

feldimmuner

Näherungssensoren

Der zuverlässige Betrieb ist abhängig von der Stärke des Magnet-feldes und dem Abstand zwischen der Stromleitung und dem Sen-sor.

Abb. 4.15:

Befestigung senkrecht zur

achse des elektromagneti-

schen Feldes

Verwenden Sie nachstehendes Diagramm, um die Abstandsanforde-rungen zwischen Stromleitung und Näherungssensor zu bestim-men. In der senkrechten Achse kann die Stärke des schweissfelderzeugenden Stroms abgelesen werden. Der Minimum-abstand, der zwischen dem Sensor und dem Schweissfeldstrom ein-gehalten werden muss, wird in der horizontalen Achse (r) angegeben. Zur Verbesserung der Zuverlässigkeit des Sensors wäh-len Sie einen Abstand aus, der in der sicheren Zone liegt.

Abb. 4.16:

Schweissfeldimmunität

Magnetfeld

Sensor

Stromleitung

0112-PX-LT

Sichere Zone

50kA

20mm10mm0mm

0kA

10kA

20kA

30kA

40kA

50mm40mm30mm1.5in1.0in0.5in 2.5in2.0in

Abstand von Stromleitung (r)

0113-PX-LT

Sch

wei

ss-S

trom



Vorteile und Nachteile induktiver Näherungssensoren/Vorteile

4-12

Vorteile und Nachteile induktiver Näherungssensoren

Vorteile

Die Vorteile induktiver Näherungssensoren umfassen:

1. unempfindlich gegen Feuchtigkeit

2. unempfindlich gegen staubige/schmutzige Umgebungseinflüsse

3. keine beweglichen Teile/kein mechanischer Verschleiss

4. keine Farbabhängigkeit

5. weniger oberflächenabhängig als andere Sensortechnologien

6. keine blinde Zone

Nachteile

Die Schwachpunkte induktiver Näherungssensoren umfassen:

1. erkennen nur die Anwesenheit metallischer Objekte

2. der Schaltabstand ist kürzer als bei anderen Sensortechnolo-gien

3. mögliche Beeinflussung durch starke elektromagnetische Fel-der





Beispiel 4.1:

Werkzeugmaschinen

0099-PX-LA

Drehmaschine

Werkzeugspannfutter

InduktiverNäherungs-

sensor

InduktiverNäherungs-

Sensor




4-14

Beispiel 4.2:

Erfassung der Anwesenheit einer Hülse in einem Kolben

0019-PX-LAA = Erkennungsbereich

A

Hülse

keine Hülse




Beispiel 4.3:

Teilesortierung an Fliessbändern

schlecht

gut

0030-PX-LA

Detail




4-16

5

Kapazitive Näherungssensoren

Die kapazitive Erfassung von Objekten ist eine berührungslose Technologie zur Erfassung metallischer, nichtmetallischer, fester und flüssiger Materialien. Aufgrund ihrer Leistungsmerkmale und Kosten eignen sie sich im Vergleich zu induktiven Näherungssenso-ren am besten zur Erfassung nichtmetallischer Objekte. Für die meisten Applikationen mit Metallobjekten werden induktive Nähe-rungssensoren bevorzugt, weil diese sowohl zuverlässig sind als auch die kostengünstigere Technologie darstellen.

Kapazitive Näherungssensoren sind im Hinblick auf Grösse, Gestalt und Funktionsweise mit induktiven Näherungssensoren vergleichbar. Anders als induktive Näherungssensoren, die zur Erfassung von Objekten induzierte Magnetfelder nutzen, reagieren kapazitive Näherungssensoren auf Änderungen in einem elektro-statischen Feld. Der hinter der Schaltfläche angeordnete Messfüh-ler ist eine Kondensatorplatte. Wird der Sensor mit Strom versorgt, so wird ein elektrostatisches Feld erzeugt, das auf Kapazitätsände-rungen reagiert, die durch ein Objekt verursacht werden. Ist das Objekt ausserhalb des elektrostatischen Feldes, so ist der Oszillator nicht aktiv. Nähert sich das Objekt, so tritt eine kapazitive Kopp-lung zwischen Objekt und kapazitivem Fühler auf. Sobald die Kapazität einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird der Oszillator aktiviert, der den Ausgangskreis zum Schaltwechsel zwi-schen "EIN" und "AUS" triggert.

Abb. 5.1:

Typische Betriebsweise

kapazitiver

Näherungssensoren

Die Fähigkeit des Sensors, ein Objekt zu erfassen, wird bestimmt durch die Objektgrösse, die Dielektrizitätskonstante und den Abstand vom Messfühler. Die Dielektrizitätskonstante ist eine Materialeigenschaft. Jeder Stoff hat eine Dielektrizitätskonstante. Materialien mit grosser Dielektrizitätskonstante sind einfacher zu

Oszillator ist nicht aktiv, wennkein Objekt anwesend ist.

Oszillator startet und erhöhtFrequenz, sobald Feld gestört wird.

Oszillator verlangsamt den Betrieb,sobald das Objekt sich wegbewegt.

Oszillator läuft mit maximalerFrequenz und Amplitude, wenndas Objekt anwesend ist.

Oszillator ist nicht aktiv, wennkein Objekt anwesend ist.Sensor Objekt

Position0109-PX-LT


KAPAZITIVE NÄHERUNGSSENSOREN

Konstruktion kapazitiver Näherungssensoren/Basiskomponenten

5-2

erfassen als solche mit kleinen Werten. Für weitere Informationen hierzu beachten Sie bitte auch den Abschnitt "Dielektrizitätskon-stanten" auf Seite 5-5. Je grösser ein Objekt und dessen Dielektrizi-tätskonstante ist, um so stärker ist die kapazitive Kopplung zwischen Objekt und Messfühler. Je kürzer der Abstand zwischen Objekt und Messfühler, um so stärker ist die kapazitive Kopplung zwischen Objekt und Messfühler.

Konstruktion kapazitiver Näherungssensoren

Der Sensor besteht aus fünf Basiskomponenten:

• kapazitiver Messfühler bzw. Platte• Oszillator• Signalpegelabtaster• Halbleiterelement als Schaltausgang• Potentiometer für Justierung

Abb. 5.2:

Komponenten kapazitiver

Näherungssensoren

Basiskomponenten

Kapazitiver

Messfühler

Der kapazitive Messfühler strahlt ein elektrostatisches Feld ab, das die kapazitive Kopplung zwischen dem Messfühler und dem in das Feld eintretenden Objekt erzeugt.

Oszillator Der Oszillator versorgt den kapazitiven Messfühler mit elektrischer Energie.

Triggerschaltkreis Der Triggerschaltkreis erfasst Veränderungen der Schwingungsam-plitude. Veränderungen treten auf, wenn ein Objekt in das vom Sen-

Oszillator AusgangTrigger-Schaltkreis(Detektor)

0100-PX-LT

B

A

B

B

ABB

B

A

A

B

Frontansicht A = SensorelektrodenB = Kompensatorelektroden

Fühler-DetailHauptfeld

Kompensationsfeld

(Sensoren für nicht bündige Montage)



Konstruktion für bündige und nicht bündige Montage/Messfühler für bündige Montage

sor abgestrahlte elektrostatische Feld eindringt oder dieses verlässt.

Schalteinrichtung für

Halbleiterausgang

Wird im elektrostatischen Feld eine hinreichend grosse Verände-rung erfasst, erzeugt der Halbleiterausgang ein Signal, das über eine Schnittstelle z.B. an eine SPS (PLC) weitergegeben und dort verarbeitet werden kann. Das Signal zeigt die Anwesenheit eines Objektes im Erfassungsbereich an.

Potentiometer zur

Justierung

Drehen des Potentiometers im Uhrzeigersinn erhöht die Empfind-lichkeit, drehen entgegen dem Uhrzeigersinn reduziert die Emp-findlichkeit.

Konstruktion für bündige und nicht bündige Montage

Alle kapazitiven Näherungssensoren sind bezüglich ihrer Kon-struktion für eine bündige oder eine nicht bündige Montage ausge-legt und klassifizierbar.

Messfühler für bündige Montage

Sensoren für bündige Montage verfügen als Konstruktionsmerkmal über ein den Messfühler umschliessendes Metallband. Dies verein-facht die auf den Sensor bezogene frontseitige Ausrichtung des elek-trostatischen Feldes und führt zu einem stärker konzentrierten Feld.

Abb. 5.3:

Messfühler für bündige

Montage

Die Konstruktion für bündige Montage ermöglicht den flachen Ein-bau des Sensors in umgebendes Material, ohne Fehlauslösungen zu verursachen.

Abb. 5.4:

Bündig montierte Sensoren

Kapazitive Näherungssensoren für bündige Montage eignen sich aufgrund ihrer stark konzentrierten elektrostatischen Felder opti-mal zur Erfassung von Materialien mit kleiner Dielektrizitätskon-

Messfühler

Abschirmung

Gehäuse

0070-PX-LT

d 8d d 3 Sn

8d

0102-PX-LT



Konstruktion für bündige und nicht bündige Montage/Messfühler für nicht bündige Montage

5-4

stante (schwierige Erfassung). Sie erkennen Objekte, die Sensoren für nicht bündige Montage nicht erkennen.

Messfühler für nicht bündige Montage

Sensoren für nicht bündige Montage haben kein den Messfühler umschliessendes Metallband und daher ein schwächer konzentrier-tes elektrostatisches Feld. Viele Sensoren für nicht bündige Mon-tage nutzen Kompensationsfühler, die eine höhere Stabilität des Sensors gewährleisten. Kompensationsfühler werden später in die-sem Abschnitt besprochen.

Abb. 5.5:

Messfühler für nicht bündige

Montage

Kapazitive Sensoren für nicht bündige Montage sind auch hinsicht-lich des Einsatzes von Kunststoff-Sensor-Aufnahmen, einem für Applikationen zur Füllstandüberwachung von Flüssigkeiten ent-wickelten Zubehörteil, besser geeignet als die Ausführungen für bündige Montage. Die Aufnahme wird durch eine Öffnung in einem Tank montiert, und der Sensor wird in die Aufnahme gesetzt. Der Sensor erfasst die im Tank enthaltene Flüssigkeit durch die Wand der Sensor-Aufnahme.

Abb. 5.6:


Montage montiert über Metall

Das elektrostatische Feld eines Sensors für nicht bündige Montage ist weniger stark konzentriert als das eines Sensors für bündige Montage. Dadurch eignen sich diese Sensoren besonders gut zur Erfassung von Materialien mit grosser Dielektrizitätskonstante (einfache Erfassung) oder zur Unterscheidung zwischen Materia-lien mit grossen und kleinen Konstanten. Für bestimmte Objekt-Materialien weisen kapazitive Näherungssensoren für nicht bün-

Messfühler

Gehäuse

Kompensations-Messfühler

0071-PX-LT

0104-PX-LT

dd 3 Sn

8d

>3d3d

d für kapazitive Sensoren, fallsMontage in Kunststoff. 3d (Ausf. mit12 o.18mm) oder 1.5d (Ausf. mit 30 o.34mm), falls Montage in Metall.

d = Durchmesser oder Breite der aktiven SchaltflächeSn = normierter Schaltabstand

Für kapazitive Sensoren 3d beimittlerer Empfindlichkeit bis 8d bei maximaler Empfindlichkeit.



Überlegungen zum Objekt/Dielektrizitätskonstanten

dige Montage grössere Schaltabstände auf als Versionen für bün-dige Montage.

Die Ausführungen für nicht bündige Montage sind mit einem Kom-pensationsfühler ausgestattet, der es dem Sensor ermöglicht, Nebel, Staub, kleinere Verunreinigungen und feine Öltropfen oder Wassertropfen, die sich auf dem Sensor ansammeln, zu ignorieren. Der Kompensationsfühler macht den Sensor ausserdem beständig gegen Schwankungen in der Luftfeuchtigkeit.


Wie bei induktiven Näherungssensoren ist auch das Standardob-jekt für kapazitive Näherungssensoren ein quadratisches Stück aus unlegiertem Weichstahl mit 1mm Dicke und Seitenlängen, die dem Durchmesser der Schaltfläche oder aber dem 3-fachen Wert des Schaltabstands entsprechen, je nachdem welcher Wert grösser ist. Das Objekt wird gemäss IEC-Prüfnormen geerdet. Dennoch braucht ein Objekt in einer typischen Applikation nicht geerdet zu werden, um eine zuverlässige Erfassung zu gewährleisten.

Dielektrizitätskonstanten

Materialien mit grösseren Werten für die Dielektrizitätskonstante sind einfacher zu erfassen als solche mit kleineren Werten. Zum Beispiel stellen Wasser und Luft dielektrische Extremfälle dar. Ein kapazitiver Näherungssensor würde sehr empfindlich auf Wasser mit einer Dielektrizitätskonstante von 80 ansprechen, wodurch er sich ideal für Füllstandsmessungen eignet. Der gleiche Sensor würde jedoch nicht empfindlich auf Luft mit einer Dielektrizitäts-konstante von 1 ansprechen. Andere Objekte, die in den Empfind-lichkeitsbereich fallen würden, wären etwa feuchtes Holz mit einer Dielektrizitätskonstante zwischen 10 und 30 sowie trockenes Holz mit eine Konstante zwischen 2 und 6.

Eine unvollständige Liste mit Dielektrizitätskonstanten für einige typische Industriematerialien folgt weiter unten. Für weiterge-hende Information beachten Siebitte das CRC Handbook of Chemi-stry and Physics (CRC Press), das CRC Handbook of Tables for Applied Engineering Science (CRC Press) oder andere geeignete Quellen.

Tabelle 5.1: Dielektrizitätskonstanten gebräuchlicher Industriematerialien

Material Konst. Material Konst.

Aceton 19.5 Perspex 3.2-3.5

Acrylharz 2.7-4.5 Petroleum 2.0-2.2

Luft 1.000264 Phenolharz 4-12



Überlegungen zum Objekt/Dielektrizitätskonstanten

5-6

Materialien mit grosser Dielektrizitätskonstante können durch die Wände eines Containers erkannt werden, wenn diese aus Materia-

Alkohol 25.8 Polyacetalharz 3.6-3.7

Ammoniak 15-25 Polyamid 5.0

Anilin 6.9 Polyesterharz 2.8-8.1

Wässerige Lösungen 50-80 Polyäthylen 2.3

Bakelit 3.6 Polypropylen 2.0-2.3

Benzol 2.3 Polystyrol 3.0

Kohlensäure 1.000985 Polyvinylchloridharz 2.8-3.1

Tetrachlorkohlenstoff 2.2 Porzellan 4.4-7

Celluloid 3.0 Milchpulver 3.5-4

Zementstaub 4.0 Presspappe 2-5

Getreide 3-5 Quarzglas 3.7

Chlorflüssigkeit 2.0 Gummi 2.5-35

Ebonit 2.7-2.9 Salz 6.0

Epoxidharz 2.5-6 Sand 3-5

Ethanol 24 Schellak 2.5-4.7

Ethylenglykol 38.7 Muschelkalk 1.2

Brandasche 1.5-1.7 Siliziumglasur 2.8-3.3

Mehl 1.5-1.7 Sojaöl 2.9-3.5

Freon R22 & 502 (flüssig) 6.11 Stahl

Benzin 2.2 Styrolharz 2.3-3.4

Glas 3.7-10 Zucker 3.0

Glycerin 47 Schwefel 3.4

Marmor 8.0-8.5 Teflon 2.0

Melaminharz 4.7-10.2 Toluol 2.3

Metall Transformatorenöl 2.2

Glimmer 5.7-6.7 Terpentinöl 2.2

Nitrobenzol 36 Harnstoffharz 5-8

Nylon 4-5 Vaselin 2.2-2.9

Ölhaltiges Papier 4.0 Wasser 80

Paraffin 1.9-2.5 Holz, trocken 2-7

Papier 1.6-2.6 Holz, feucht 10-30

Tabelle 5.1: Dielektrizitätskonstanten gebräuchlicher Industriematerialien

Material Konst. Material Konst.



Überlegungen zu Umgebungseinflüssen/Dielektrizitätskonstanten

lien mit kleinerer Dielektrizitätskonstante bestehen. Als Beispiel sei die Erkennung von Alkohol oder Mehl durch eine Glaswand hin-durch genannt. Alkohol wird durch die Glaswand hindurch erkannt, Mehl jedoch nicht.

Abb. 5.6:

Kapazitive Erkennung

durch einen Tank

Grundsätzlich sollte jede Applikation zuerst erprobt werden. Die Liste mit Dielektrizitätskonstanten wurde vorbereitet, um bei der Prüfung auf Machbarkeit einer Applikation zu helfen. Die aufgeli-steten Werte können je nach Grösse und Dichte des Objektmateri-als schwanken.

Überlegungen zu Umgebungseinflüssen

Jedes beliebige Material, das in das elektrostatische Feld eines kapazitiven Näherungssensors eindringt, kann ein Ausgangssignal auslösen. Dies schliesst auch Dunst, Staub oder sonstige Verunrei-nigungen auf der Schaltfläche des Sensors ein.

Der Einsatz von Kompensationselektroden innerhalb des Messfüh-lers unterstützt die Stabilität eines Sensors für nicht bündige Mon-tage. Das Kompensationsfeld hat ausserhalb des Sensors keine grosse Ausdehnung. Wenn das Objekt in den Erfassungsbereich ein-dringt, bleibt das Kompensationsfeld unverändert. Befinden sich Verunreinigungen direkt auf der Schaltfläche des Sensors, so sind beide Felder betroffen (Sensor und Kompensation). Der Sensor erkennt diese Kapazitätsänderung nicht und erzeugt folglich kein Ausgangssignal, da sich die Kapazität des Sensors im gleichen Ver-hältnis erhöht hat wie die Kapazität der Kompensationselektroden.

Abb. 5.7:

Kompensationsfeld und

Betrieb des Messfühlers

Alkohol25.8

Mehl1.5

richtig falsch

Glas-wand3.7

0063-PX-LT

0101-PX-LT

Messfühler, Detail

B

B

ABB A

Hauptfeld

Kompensationsfeld



Vorteile und Nachteile kapazitiver Näherungssensoren/Vorteile

5-8

Vorteile und Nachteile kapazitiver Näherungssensoren

Vorteile

Die Vorteile kapazitiver Näherungssensoren umfassen:

1. erkennt metallische und nichtmetallische Objekte, Flüssigkei-ten und Festkörper

2. kann durch bestimmte Materialien "hindurchsehen" (Produkt-behälter)

3. Halbleitertechnologie, lange Lebensdauer

4. vielfältige Montageoptionen

Nachteile

Die Schwachpunkte kapazitiver Näherungssensoren umfassen:

1. kurze (2,5cm und weniger) Schaltabstand, je nach zu erkennen-dem Material stark schwankend

2. sehr empfindlich hinsichtlich umgebungsbedingter Einflüsse - Feuchtigkeit bei Küsten-/Seewasser-Klima kann den Sensoraus-gang beeinflussen

3. keine objekt-selektive Erkennung - die Überwachung hinsicht-lich allem, was sich dem Sensor nähert, ist unbedingt erforder-lich


1. Füllstandsmessungen für Flüssigkeiten

• Erkennung durch ein Sichtglas zur Prüfung des Flüssig-keitspegels zum Beispiel in der Lebensmittelverarbeitung oder bei Tinte für drucktechnische Anwendungen

• Einsetzen mittels abgedichteter Röhren in Trommeln oder Tanks für Chemikalien oder wässerige Lösungen

2. Produktabfüll-Linien

• Flaschenabfüllstationen, beispielsweise für Shampoo• Vollständigkeitserkennung zur Sicherstellung, dass ein

Container die benötigte Zahl von Produkten enthält• Überprüfen der Füllstände von Materialien, beispielsweise

von Getreide in Kisten3. Erkennung von Kunststoffteilen

• Kunststoffe auf Produktverpackungen, beispielsweise Füll-stutzen bei Waschmittelbehältern

• Kunststoffmaterialien in einem Trichter




4. Palettenerkennung für Materialfluss

5. Produkte mit unregelmässiger Gestalt

• Objekte in zufälliger Lage auf Fliessbändern• stark strukturierte Objekte

Beispiel 5.1:

Füllstanderkennung in einem Silo

kann entweder durch ein Fenster

oder in das Material eingebettet erfolgen

Beispiel 5.2:

Produkterkennung

durch die Verpackung

hindurch

0064-PX-LT

0065-PX-LT




5-10

6

Ultraschall-Näherungssensoren

Ultraschall-Näherungssensoren senden einen Schallimpuls, der von Objekten, die in das Wellenfeld eindringen, reflektiert wird. Der reflektierte Schall bzw. das "Echo" wird dann von dem Sensor emp-fangen. Durch Erkennung des Schalls wird ein Ausgangssignal erzeugt, das von einem Betätiger, Controller oder Computer weiter-verarbeitet werden kann. Das Ausgangssignal kann analog oder digital sein.

Abb. 6.1:

Schallwellen, die an festen und

flüssigen Objekten reflektiert

werden

Die Ultraschall-Technologie basiert auf dem Prinzip, dass Schall eine relativ konstante Geschwindigkeit hat. Die Zeit, die der Strahl eines Ultraschall-Sensors benötigt, um ein Objekt zu treffen und wieder zurückzukehren, ist direkt proportional zu dem Abstand von dem Objekt. Folglich werden Ultraschall-Sensoren häufig in Appli-kationen zur Abstandsmessung eingesetzt, zum Beispiel zur Füll-standsmessung.

Ultraschall-Sensoren sind in der Lage, die meisten Objekte zu erkennen - metallische oder nichtmetallische, durchsichtige oder undurchsichtige, flüssige, feste oder kornförmige Objekte, die über ein ausreichendes akustisches Reflexionsvermögen verfügen. Ein weiterer Vorteil von Ultraschall-Sensoren ist ihre, im Vergleich zu optoelektronischen Sensoren geringere Empfindlichkeit hinsichtlich kondensierender Feuchtigkeit. Ein Nachteil für Ultraschall-Senso-ren ist, dass schallabsorbierende Materialien wie zum Beispiel Tuch, Weichgummi, Mehl und Schaum sich schlecht als zu erken-nende Objekte eignen.

Sensor Objekt

0088-PX-LT


ULTRASCHALL-NÄHERUNGSSENSOREN

Konstruktion von Ultraschall-Sensoren —/Basiskomponenten

6-2

Konstruktion von Ultraschall-Sensoren

Ultraschall-Näherungssensoren verfügen über vier Basiskompo-nenten:

• Transducer/Empfänger• Komparator• Detektorkreis• Halbleiterausgang

Abb. 6.2:

Komponenten von

Ultraschall-Sensoren

Basiskomponenten

Transducer/

Empfänger

Der Ultraschall-Transducer pulsiert, wobei Schallwellen von der Stirnseite des Sensors abgestrahlt werden. Der Transducer emp-fängt auch die Echos der Wellen, die von einem Objekt reflektiert werden.

Komparator und

Detektorkreis

Wenn der Sensor das reflektierte Echo empfängt, berechnet der Komparator den Abstand durch Vergleichen der Sende-Empfang-Zeitfenster mit der Schallgeschwindigkeit.

Schalteinrichtung für

Halbleiterausgang

Der Halbleiterausgang erzeugt ein elektrisches Signal, das über eine Schnittstelle z.B. an eine SPS (PLC) weitergegeben und dort verarbeitet werden kann. Das Signal von digitalen Sensoren zeigt die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objektes im Erfassungs-bereich an. Das Signal von analogen Sensoren zeigt den Abstand zu einem Objekt im Erfassungsbereich an.

Abtastfrequenz Im allgemeinen arbeiten die in der Industrie eingesetzten Ultra-schall-Sensoren mit Frequenzen zwischen 25kHz und 500kHz. Medizinische Ultraschallgeräte arbeiten mit 5MHz oder mehr. Die Abtastfrequenz ist umgekehrt proportional zum Schaltabstand. Während eine 50Hz-Schallwelle möglicherweise bis zu 10m oder weiter nutzbar sein kann, ist eine 200kHz-Schallwelle auf maxi-male Schaltabstände von etwa 1m begrenzt.

0089-PX-LT

WandlerEmpfänger

Detektor-Schaltkreis

Komparator Ausgang



Erfassungsreichweite und effektiver Strahl —/Minimaler Schaltabstand

Erfassungsreichweite und effektiver Strahl

Die Erfassungsreichweite eines Ultraschall-Näherungssensors ent-spricht dem Bereich zwischen dem minimalen und maximalen Schaltabstand.

Abb. 6.3:

Schaltabstand von

Ultraschall-

Näherungssensoren

Minimaler Schaltabstand

Ultraschall-Näherungssensoren weisen in der Nähe der Schaltflä-che des Sensors einen kleinen, nicht nutzbaren Bereich auf. Wenn der Ultraschallstrahl den Sensor verlässt, auf ein Objekt trifft und zurückkehrt, bevor der Sensor die Aussendung abgeschlossen hat, ist der Sensor nicht in der Lage, das Echo korrekt zu empfangen. Diesen nicht nutzbaren Bereich nennt man auch die blinde Zone.

Die äussere Grenze der blinden Zone stellt den Mindestschaltab-stand dar, in dem ein Objekt vom Sensor entfernt sein darf, ohne dass Echos reflektiert werden, die vom Sensor ignoriert oder fehlin-terpretiert werden.

Maximaler Schaltabstand

Grösse und Material des Objektes bestimmen den maximalen Schaltabstand, bei dem ein Objekt noch vom Sensor erkannt wird. Je schwieriger ein Objekt zu erkennen ist, um so kürzer ist mögli-cherweise der maximale Schaltabstand.

Materialien, die Schall absorbieren - Schaum, Baumwolle, Gummi etc. - sind schwieriger zu erkennen als akustisch reflektierende Materialien wie Stahl, Kunststoff oder Glas. Falls solche Objekte überhaupt erkannt werden, können die schallabsorbierenden Mate-rialien den max. Schaltabstand begrenzen.

BlindeZone

Erfassungs-bereich

0090-PX-LT

Maximaler Schaltabstand

Minimaler Schaltabstand



Erfassungsreichweite und effektiver Strahl —/Effektiver Strahl

6-4

Abb. 6.4:

Erfassungsbereich bei

maximaler Empfindlichkeit

Effektiver Strahl

Wenn der Transducer vibriert, sendet er Ultraschallpulse aus, die sich in einem kegelförmigen Strahl fortpflanzen. Der Kegel kann normalerweise über ein Potentiometer justiert werden, um den Erfassungsbereich zu verbreitern oder zu verlängern.

Abb. 6.5:

Effektiver Strahl

Hersteller geben Richtlinien zu den Empfindlichkeits-Eigenschaf-ten ihrer Sensoren. Dennoch sollte für jede Applikation einer Ver-suchsphase zur Bestimmung des maximalen Schaltabstandes vorgesehen werden.

Hintergrund-Ausblendung und zu ignorierende Objekte

Einige analoge Ausführungen bieten eine Funktion zur Hinter-grund-Ausblendung, die es dem Sensor erlaubt, alle Objekte jen-seits eines spezifizierten Abstandes zu ignorieren. Dieser Abstand

Max.

Max.

Max.

Schaumstoff

Karton

Metall

0091-PX-LT

Maximale Schaltabständeeinstellbar

60o

Mindest-Schaltabstand fest vorgegeben

0097-PX-LT



Erfassungsreichweite und effektiver Strahl —/Überlegungen zum Abstand

wird vom Anwender bei der Installation über ein Potentiometer ein-gestellt.

Innerhalb des Erfassungsbereiches befindliche nicht zu erfassende Objekte können vor dem Sensor versteckt werden, indem sie mit schallabsorbierendem Material überdeckt oder so positioniert wer-den, dass ihre Echos vom Sensor weg reflektiert werden.

Überlegungen zum Abstand

Der Abstand zwischen Sensoren wird durch deren Strahlwinkel bestimmt. Die Sensoren müssen so angeordnet werden, dass sie sich nicht gegenseitig stören. Die mögliche Interferenz wird auch "Übersprechen" genannt.

Abb. 6.6:

Abstand von Ultraschall-

Näherungssensoren

Werden mehrere Ultraschallsensoren eingesetzt, so können die fol-genden Abstände als Anhalt verwendet werden:

Abb. 6.7:

Richtlinien zum Abstand

richtig falsch0093-PX-LT

6m

3m

2m2m

2m

1.5m

0098-PX-LT



Überlegungen zum Objekt —/Sensor-Ausrichtung1

6-6

Sensor-Ausrichtung1

Richten Sie den Sensor auf das Objekt aus. Drehen Sie das Poten-tiometer, bis die Leuchtdiode aufleuchtet und damit anzeigt, dass das Objekt anwesend ist. Stellen Sie den Winkel des Sensors ein, um die Helligkeit der Leuchtdiode zu maximieren.

Falls ein analoger Sensor auch hinter dem gewünschten Objekt befindliche Objekte erfasst, drehen Sie das Potentiometer, um die Objekte im Hintergrund auszublenden, jedoch nicht so weit, dass der Sensor das gewünschte Objekt nicht mehr erfasst.

Um den Schaltabstand eines diskreten Sensors einzustellen, stellen Sie das Potentiometer so ein, dass die Leuchtdiode abschaltet, wäh-rend das Objekt nicht anwesend ist. Dann plazieren Sie das Objekt wieder und drehen langsam das Potentiometer, bis die Leuchtdiode wieder einschaltet.

1 Nicht zutreffend für Ultraschallsensoren in Einweg-Lichtschranken-Ausführung.


Generell werden Ultraschall-Näherungssensoren weniger stark von den Oberflächeneigenschaften eines Objektes beeinflusst als opto-elektronische Lichttaster. Sie erfordern jedoch, dass die Stirnfläche des Transducers innerhalb einer maximalen Abweichung von 3° parallel zu den glatten und flachen Objekten liegt.

Abb. 6.8:

Glatte, flache Objekte

erfordern eine präzise

Ausrichtung des Sensors

Der Annäherungswinkel ist weniger kritisch, wenn die schallstreu-enden Oberflächen unregelmässig geformter Objekte erfasst wer-den.

3o 10o

optimal richtig falsch0092-PX-LT



Überlegungen zum Objekt —/Objektgrösse

Abb. 6.9:

Unregelmässige Objekte

erfordern geringere

Genauigkeit

Die Oberflächentemperatur eines Objektes kann ebenfalls die Erfassungsreichweite beeinflussen. Die abgestrahlte Hitze von Objekten mit hoher Temperatur streut den Schallstrahl, was zu einem verkürzten Schaltabstand und fehlerhaften Anzeigen führt.

Abb. 6.10:

Die Temperatur des Objektes

beeinflusst die

Erkennungseigenschaften

Objektgrösse

Je kleiner das Objekt, um so schwieriger ist es zu erfassen.

Abstand Objekt-Sensor

Je weiter ein Objekt von dem Sensor entfernt ist, um so länger dau-ert es für den Sensor, um das Echo zu empfangen.

Abb. 6.11:

Abstand Objekt - Sensor

0094-PX-LT

kalt heiss heiss

optimal richtig falsch

0095-PX-LT

0115-PX-LT

abhängig von derSchallgeschwindigkeit



Überlegungen zu Umgebungseinflüssen —/Umgebungsgeräusch

6-8

Überlegungen zu Umgebungseinflüssen

Umgebungsgeräusch

Ultraschallsensoren verfügen über eine Geräuschunterdrückungs-schaltung, die es ihnen erlaubt, auch in geräuschintensiven Umge-bungen zuverlässig zu funktionieren.

Luftdruck

Änderungen des normalen Luftdrucks haben nur wenig Einfluss auf die Genauigkeit der Messung. Ultraschallsensoren sind jedoch nicht für den Einsatz in Umgebungen mit hohem oder niedrigem Luftdruck vorgesehen, da extreme Druckwerte Schäden am Trans-ducer bzw. der Sensorschaltfläche verursachen können.

Lufttemperatur

Die Schallgeschwindigkeit in Luft ist temperaturabhängig. Eine Erhöhung der Temperatur führt zu einer Reduzierung der Schallge-schwindigkeit und damit zu einer Erhöhung des Schaltabstandes.

Luftturbulenzen

Luftströmungen, Turbulenz und Schichten mit unterschiedlichen Dichten verursachen eine Brechung der Schallwellen. Ein Echo kann möglicherweise gedämpft oder so stark umgeleitet werden, dass es überhaupt nicht mehr empfangen wird. Schaltabstand, Genauigkeit und Stabilität können sich unter solchen Bedingungen verschlechtern.

Schutzmassnahmen

Bei nassen Applikationen sollte der Sensor nicht so montiert wer-den, dass stehendes Wasser oder andere Stoffe auf der Sensor-schaltfläche verbleiben. Generell muss zur Erhaltung eines zuverlässigen Betriebs sichergestellt werden, dass die Sensorschalt-fläche vor einer Ausbildung fester oder flüssiger Ablagerungen bewahrt wird.

Darüber hinaus können auch aggressive Säure oder alkalische Umgebungsbedingungen die Schaltfläche des Sensors beschädigen.



Vorteile und Nachteile von Ultraschall-Näherungssensoren —/Vorteile

Vorteile und Nachteile von Ultraschall-Näherungssensoren

Vorteile

1. Ultraschall-Näherungssensoren können grosse Objekte in bis zu 15m Entfernung erkennen.

2. Die Empfindlichkeit eines Ultraschall-Näherungssensors hängt nicht von der Oberflächenfarbe oder den optischen Reflexionsei-genschaften des Objektes ab. Zum Beispiel erfolgt die Erken-nung einer durchsichtigen Glasplatte, einer braunen Keramikplatte, einer weissen Kunststoffplatte oder einer glän-zenden Aluminiumplatte in gleicher Weise.

3. Ultraschallsensoren mit digitalen (EIN/AUS) Ausgängen zeigen eine hervorragende Wiederholgenauigkeit. Es ist möglich, im unmittelbaren Hintergrund befindliche Objekte auch bei gros-sen Schaltabständen zu ignorieren, da die Schalthysterese rela-tiv klein ist.

4. Die Empfindlichkeit analoger Ultraschallsensoren verhält sich linear zum Abstand. Durch Anschluss des Sensors an eine LED-Anzeige ist es möglich, eine visuelle Anzeige des Objektabstan-des herzustellen. Dadurch eignen sich Ultraschallsensoren ideal zur Füllstandüberwachung oder zur Überwachung linearer Bewegungen.

Nachteile

1. Ultraschallsensoren müssen eine Oberfläche (insbesondere harte, flache Oberflächen) quadratisch (senkrecht) betrachten, um ein gutes Schallecho zu empfangen. Ausserdem erfordert eine zuverlässige Erkennung auch eine Mindest-Objektoberflä-che, die für jeden Sensortyp spezifiziert wird.

2. Während Ultraschallsensoren eine gute Unempfindlichkeit hin-sichtlich Hintergrundgeräuschen zeigen, kann es dennoch vor-kommen, dass diese Sensoren fälschlicherweise auf manche laute Geräusche wie etwa denen von Luftschläuchen und Über-druckventilen ansprechen.

3. Ultraschall-Näherungssensoren benötigen nach dem Aussen-den des Schallwellenimpulse Zeit, bevor sie die zurückkommen-den Echos empfangen können. Die Ansprechzeiten dieser Sensoren sind daher mit etwa 0,1 Sekunde im Vergleich zu anderen Technologien länger. Dies ist für die meisten Anwen-dungen in den Bereichen Füllstandsmessung und Abstands-messung nicht unbedingt als Nachteil zu sehen. Ausgedehnte Ansprechzeiten sind für bestimmte Applikationen sogar vorteil-haft. Ultraschallsensoren in der Ausführung als Einweg-Licht-schranke bieten mit etwa 0,002 bis 0,003 Sekunden deutlich kürzere Ansprechzeiten.



Vorteile und Nachteile von Ultraschall-Näherungssensoren —/Nachteile

6-10

4. Ultraschall-Näherungssensoren haben einen Mindest-Schaltab-stand.

5. Veränderungen in der Umgebung, z.B. Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Luftturbulenzen und Schwebestaub beeinflussen die Erkennung.

6. Objekte mit geringer Dichte wie beispielsweise Schaum und Tuch neigen dazu, Schallenergie zu absorbieren. Es kann schwierig sein, solche Materialien auf grosse Entfernung zu erkennen.

7. Glatte Oberflächen reflektieren den Schall besser als rauhe Oberflächen. Der Erfassungswinkel bezogen auf eine glatte Oberfläche ist jedoch kritischer als bei einer rauhen Oberfläche.



Typische Applikationen —/Nachteile


Beispiel 6.1:

Abstandsmessung, Höhenmessung, Werkstücklage

Beispiel 6.2:

Füllstandüberwachung in Tanks (Granulat/Flüssigkeit)

Hobelmaschine

2x

4x

Platte

0118-PX-LT

Flüssigkeit

0119-PX-LT



Typische Applikationen —/Nachteile

6-12

Beispiel 6.3:

Erkennung der Anwesenheit/Abwesenheit von Teilen, Erkennung von

Glasteilen und durchsichtigen Teilen

0117-PX-LT


7

Optoelektronische Sensoren

Im Prinzip kann ein optoelektronischer Sensor als Schalter verstan-den werden, bei dem die Funktion des mechanischen Betätigers durch einen Lichtstrahl ersetzt wurde. Dadurch eignen sich diese Sensoren für den Einsatz in Applikationen mit Reich-/Tastweiten von 2,5cm bis zu 100 Metern und mehr.

Alle optoelektronischen Sensoren erkennen Änderungen in der Intensität des in den Fotodetektor einfallenden Lichtes. Die Intensi-tätsänderung ermöglicht dem Sensor die Erkennung der Anwesen-heit oder Abwesenheit des Objektes sowie dessen Grösse, Form, Reflexionsvermögen, Opazität, Transparenz oder Farbe.

Optoelektronische Sensoren bieten eine exakte, berührungslose Erkennung von Objekten. Sie stehen in einer grossen Anzahl von Ausführungen zur Auswahl. Jeder dieser Sensoren stellt eine ein-zigartige Kombination aus Erkennungseigenschaften, Eigenschaf-ten der Schaltausgänge und Montagemöglichkeiten dar. Viele Sensoren bieten darüber hinaus auch einzigartige Zeit- und Logik-funktionen sowie Netzwerkfähigkeiten, die ihren Einsatz in Stand-Alone-Applikationen ermöglichen, für die ansonsten externe Logik-schaltkreise oder eine programmierbare Steuerung erforderlich wären.


OPTOELEKTRONISCHE SENSOREN

Konstruktion von optoelektronischen Sensoren/Basiskomponenten

7-2

Konstruktion von optoelektronischen Sensoren

Eine Lichtquelle strahlt Licht in Richtung des Objektes ab. Ein Empfänger, der ebenfalls auf dasselbe Objekt ausgerichtet ist, erkennt die Anwesenheit oder Abwesenheit von direktem oder reflektiertem Licht, das der Lichtquelle entstammt. Bei Erkennung des Lichtes wird ein Ausgangssignal generiert, das von einem Betä-tiger, Controller oder Computer weiterverarbeitet werden kann. Das Ausgangssignal kann analog oder digital sein. Einige Sensoren modifizieren den Ausgang mit Zeit- und Logikfunktionen, Skalie-rungen oder Offset-Anpassungen.

Ein optoelektronischer Sensor besteht aus fünf Basiskomponenten:

• Lichtquelle• Lichtempfänger• Optische Linsen• Logikschaltkreis• Schaltausgang

Abb. 7.1:

Komponenten

optoelektronischer Sensoren

Basiskomponenten

Lichtquelle Die meisten optoelektronischen Sensoren verwenden eine lichtaus-sendende Diode (LED) als Lichtquelle. Eine LED ist ein Halbleiter-element, das Licht abstrahlt, wenn eine Spannung angelegt wird. LEDs sind auf die Aussendung spezifischer Lichtwellenlängen bzw. Lichtfarben ausgelegt. In den meisten optoelektronischen Sensoren werden LEDs für Infrarotlicht, sichtbares rotes, grünes oder blaues Licht eingesetzt. Die LED und die zugehörige Schaltung werden auch als Emitter bezeichnet.

Abb. 7.2:

LED (Light Emitting Diode)

Konstruktion

0159-PE-LT

Lichtquelle(LED)

LichtdetektorLogikschaltkreis

AusgangOptischeLinsen

Umhüllung

Basis

0122-PE-LT

Gold-Bonddraht

BondpfostenHalbleiter-LED-Chip




LEDs mit verschiedenen Lichtwellenlängen haben auch verschie-dene Eigenschaften. Infrarot-LEDs sind am leistungsfähigsten, sie besitzen im Vergleich zu allen anderen LEDs den besten Wirkungs-grad. Von allen LEDs bieten sie das meiste Licht bei gleichzeitig geringster Wärmeentwicklung. Infrarot-LEDs werden in Sensoren eingesetzt, bei denen ein Maximum an Licht für grosse Reich-/Tast-weiten benötigt wird.

Bei vielen Applikationen ist ein sichtbarer Lichtstrahl wünschens-wert, um die Inbetriebnahme oder die Überwachung eines Sensors zu vereinfachen. Sichtbares Rotlicht eignet sich am besten für diese Forderung. LEDs mit sichtbarem rotem, blauem oder grünem Licht werden in Applikationen eingesetzt, wo einzelne Farben oder Kon-traste erkannt werden müssen. LEDs werden auch als Kontrollan-zeigen an optoelektronischen Sensoren eingesetzt.

Seit kurzem werden auch Laserdioden als Lichtquellen für opto-elektronische Sensoren verwendet. Laserlichtquellen haben einzig-artige Eigenschaften, z.B.:

• emittiertes Licht mit beständiger Wellenlänge (Farbe)• schmaler Strahldurchmesser• grössere Reichweite

Laserlichtquellen sind im allgemeinen teurer als LED-Lichtquellen. Darüber hinaus kann der schmale Strahldurchmesser des emittier-ten Laserlichtes - obwohl die maximale Reich-/Tastweite dadurch ausgedehnt wird - möglicherweise leichter durch Schwebestaub unterbrochen werden. Installateure müssen die relevanten Sicher-heitsrichtlinien beachten und einen Schutz gegen ungeeignete Bestrahlung durch das Laserlicht einrichten.

LEDs sind robuste und zuverlässige Komponenten, die sich ideal für den Einsatz in optoelektronischen Sensoren eignen. Sie haben einen weiten Betriebstemperaturbereich und sind unempfindlich gegenüber Schock oder Vibrationen.

Sende-Modulation

Einer der grössten Vorteile einer LED-Lichtquelle ist die Fähigkeit, sehr schnell ein und ausgeschaltet werden zu können. Dadurch wird das Pulsen bzw. die Modulation der Quelle ermöglicht.

Die von der LED in der Lichtquelle erzeugte Lichtmenge wird durch die Menge des fliessenden Stromes bestimmt. Zur Vergrösserung der Reich-/Tastweite eines optoelektronischen Sensors muss der Strom erhöht werden. LEDs erzeugen jedoch auch Wärme. Es gibt einen oberen Grenzwert für die Wärmemenge, die erzeugt werden kann, bevor eine LED beschädigt oder zerstört wird.

Optoelektronische Sensoren schalten den von der LED geführten Strom schnell ein oder aus oder modulieren diesen. Ein hohes Signal-/Pausen-Verhältnis (typischerweise kleiner als 1:20) ermög-




7-4

licht sehr viel höhere Ströme und gesendete Lichtmengen, als unter ständigem Betrieb zulässig wäre.

Abb. 7.3:

Modulation

Die Modulationsfrequenz übersteigt häufig 5kHz, was die Geschwindigkeit der Erkennung mit dem blossen Auge weit über-trifft.

Lichtempfänger Der Lichtempfänger (Fotodetektor) stellt die zur Erfassung des reflektierten Lichtes eingesetzte Komponente dar. Der Lichtemp-fänger besteht aus einer Fotodiode oder einem Fototransistor und ist ein robustes Halbleiterelement, das auf einfallendes Licht mit einer Änderung des Stromflusses reagiert. Lichtempfänger reagie-ren auf bestimmte Lichtwellenlängen besonders empfindlich. Die Spektralempfindlichkeit eines Lichtempfängers bestimmt dessen Empfindlichkeit hinsichtlich bestimmter Wellenlängen des Lichtspektrums. Zur effektiveren Erkennung werden LED und Lichtempfänger häufig spektral aufeinander abgestimmt. Den Lichtempfänger und die zugehörigen Schaltungen bezeichnet man auch als den Empfänger.

Abb. 7.4:

Spektralempfindlichkeit

Bei den meisten Objekten weisen die Oberflächen zumindest ein geringes Reflexionsvermögen auf. Matte Oberflächen sind rauh und tendieren dazu, das Licht in viele Richtungen zu streuen. Glatte, polierte Oberflächen tendieren dazu, das Licht gleichmässig in die-selbe Richtung zu leiten, wodurch die visuellen Effekte von Spiegel-reflexionen und Blendlicht erzeugt werden. Dies ist allgemein auch als direkt gerichtete Reflexion (bzw. Spiegelung) bekannt. Der Win-kel der direkt gerichteten Lichtreflexion entspricht dem Winkel des ursprünglichen Lichtes.

0140-PE-LT

LED Ein

LED Aus

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

0126-PE-LT

RelativerWirkungsgrad

Ultraviolett Sichtbares Licht Infrarot

SichtbaresRotlicht LED

Fotodiode

Infrarot(unsichtbar)LED

Wellenlänge in Mikrometer

Die LED für unsichtbares (infrarotes) Licht entspricht dem Halbleiter-Fototransistor spektral am besten und hat einendeutlich höheren Wirkungsgrad als LEDs für sichtbares Rotlicht




Die Stärke und Art der Reflexion von Objekten stellt eine wichtige Überlegung zur Applikation dar und soll später behandelt werden.

Abb. 7.5:

Von einer matten (rauhen) und

einer glänzenden (glatten)

Oberfläche reflektiertes Licht

In einem optoelektronischen Sensor kann der Lichtempfänger Licht direkt von der Quelle oder über Reflexionen empfangen.

Abb. 7.6:

Direkte und reflektierte

Erkennung

Logikschaltkreis Der Logikschaltkreis des Sensors bietet die notwendige Elektronik, um die LED zu modulieren, das Signal des Lichtempfängers zu ver-stärken und zu bestimmen, ob der Schaltausgang aktiviert werden soll.

Schaltausgang Sobald eine hinreichende Veränderung der Lichtintensität erkannt wird, aktiviert der optoelektronische Sensor einen Schaltausgang. Als Schaltausgang sind viele verschiedene diskrete und analoge Ausgänge verfügbar, wobei jeder Typ seine besonderen Stärken und Schwächen hat (s.a. Abschnitt "Ausgänge und Verdrahtung").

Basis-Schaltkreis Optoelektronische Sensoren können sich in getrennten Quellen- und Empfänger-Gehäusen oder in einer einzigen Einheit befinden.

In Abbildung 7.7 aktiviert die Fotodiode den Schaltausgang, wenn Licht erkannt wird. Unterbricht ein Objekt den Lichtstrahl zwi-schen der Quelle und dem Empfänger, so wird der Schaltausgang deaktiviert.

0160-PE-LT

Matte, rauhe Oberfläche Glänzende Oberfläche(regelm./gerichtete Reflexion)

0161-PE-LT

direkt reflektiert

Sender

Sender

Empfänger Empfänger




7-6

Abb. 7.7:

Sender-Empfänger

Basis-Schaltkreis

In Abbildung 7.8 befinden sich Quelle, Empfänger und Logik im sel-ben Gehäuse. Der Schaltausgang wird aktiviert, wenn das Licht von einem Objekt zum Empfänger zurückreflektiert wird. Wenn das Objekt anwesend ist, so wird der Schaltausgang aktiviert.

Dadurch dass sich Quelle, Empfänger und Logik im selben Gehäuse befinden, ist es einfacher, eine Steuerung zu entwerfen, die Störein-flüsse begrenzt (Erkennung anderer Quellen mit moduliertem Licht).

Abb. 7.8:

Eigenständiger

Basis-Schaltkreis

Synchronisiertes Erkennen

Der Empfänger ist dahingehend ausgelegt, das gepulste Sendelicht einer modulierten Lichtquelle zu erfassen. Um zusätzlich die Erkennungszuverlässigkeit zu erhöhen, sind Empfänger und Licht-quelle synchronisiert. Der Empfänger erkennt nur Lichtimpulse mit der gleichen Frequenz, wie sie von der zugehörigen Lichtquelle erzeugt wurden.

Die synchronisierte Erkennung erhöht die Störsicherheit, dadurch dass Lichtimpulse von anderen, benachbarten optoelektronischen Sensoren oder auch von anderen gepulsten Lichtquellen, wie bei-

LED

Fotodiode

Logik/Schaltausgang

0148-PE-LT

0149-PE-LT




spielsweise Leuchtstofflampen nicht erkannt werden. Leuchtstoff-lampen, die wechselrichterartige Vorschaltgeräte verwenden, erfordern zusätzliche Vorkehrungen.

Die synchronisierte Erkennung wird gewöhnlich dann angewandt, wenn sich Lichtquelle und Empfänger für alle Betriebsarten mit Ausnahme der Einweg-Lichtschranke im selben Gehäuse befinden. Einweg-Lichtschranken sind darüber hinaus typischerweise nicht in der Lage, eine synchronisierte Erkennung durchzuführen.

Optische Linse LEDs strahlen typischerweise Licht ab und Fotodetektoren reagie-ren über einen weiten Erkennungsbereich empfindlich auf Lichtein-fall. Optische Linsen werden an LED-Lichtquellen und Fotodetektoren eingesetzt, um diesen Erfassungsbereich zu begren-zen bzw. zu gestalten. Durch die Begrenzung des Erfassungsberei-ches verlängert sich der Sendebereich der LED und der Empfangsbereich des Fotodetektors. Damit vergrössern optische Linsen die Reich-/Tastweite von optoelektronischen Sensoren.

Abb. 7.9:

LED und Fotodetektor

mit und ohne optische Linsen

Der aus einer LED mit optischer Linse austretende Lichtstrahl ist typischerweise kegelförmig. Bei den meisten Sensoren vergrössert sich der Lichtfleck-Durchmesser mit zunehmendem Abstand.

Laser-Lichtquellen sind dagegen begrenzt und parallel. Der Laser-strahl tendiert dazu, zu seiner maximalen Reich-/Tastweite hin nur leicht zu divergieren.

0123-PE-LT

LED Strahlungsmusterohne opt. Linse

LED mit opt. Linse

Fotodetektor Öffnungswinkel der Optik bzw.Erfassungsbereich, ohne opt. Linse

Fotodetektor mit opt. Linse



Reich-/Tastweiten/Öffnungswinkel der Optik bzw. Erfassungsbereich

7-8

Reich-/Tastweiten

Öffnungswinkel der Optik bzw. Erfassungsbereich

Manche optoelektronische Sensoren sind auf grössere Reich-/Tast-weiten optimiert. Der Öffnungswinkel der Optik bzw. der Erfas-sungsbereich dieser Sensoren ist relativ klein, was die Justierung auf ein Objekt erschweren kann. Andere optoelektronische Senso-ren sind auf die Erkennung von Objekten in einem breiten Bereich ausgelegt und haben einen grösseren Öffnungswinkel der Optik bzw. einen grösseren Erfassungsbereich, jedoch eine kürzere Reich-/Tastweite.

Abb. 7.10:

Öffnungswinkel der Optik bzw.

Erfassungsbereich gegen

relative Reich-/Tastweite

Der Öffnungswinkel der Optik bzw. Erfassungsbereich ähnelt einem Schlauch, an dessen Ende eine Düse montiert ist. Beim Justieren des Strahls wird eine grössere Reichweite erzielt, wenn der Strahl schmal eingestellt wird. Wird der Strahl aufgeweitet, so verringert sich dadurch die maximale Reichweite.

Typische Öffnungswinkel der Optik bzw. Erfassungsbereich liegen bei 1,5° bis 7° für max. Reichweite und einfache Justierung. Senso-ren mit Strahlwinkeln über 40° heissen auch Weitwinkel-Lichtta-ster. Sensoren mit konvergierenden Strahlen werden auch Lichttaster mit fester Fokussierung bezeichnet.

Ein Sensor mit einem Öffnungswinkel der Optik bzw. Erfassungsbe-reich von 1,5° hat im Abstand von 3,05m einen Fleckdurchmesser von 7,6cm, was die Justierung ziemlich erschwert. Bei 3° beträgt im Abstand von 3,05m der Fleckdurchmesser 15,2cm, wodurch die Justierung einfacher wird.

4.57m (15’)

2.13m (7’)

0.76m (30")

0.46m (18")0.38m (15")

57.520

60

3

50.8cm20"

17.8cm7"

10.2cm4"

16.5cm6.5"

17.8cm7"

0147-PE-LT



Reich-/Tastweiten/Öffnungswinkel der Optik bzw. Erfassungsbereich

Abb. 7.11:

Öffnungswinkel der Optik bzw.

Erfassungsbereich und

bequeme Justierung

Optische

Charakteristiken

Aufgrund variierender optischer Charakteristiken haben die mei-sten Sensoren keinen perfekt geformten Öffnungswinkel bzw. Erfassungsbereich. Die Betriebsweise eines Sensors kann daher genauer durch die optische Charakteristik beschrieben werden

Abb. 7.12:

Optische Charakteristik

Die optische Charakteristik zeigt an, dass ein reflektierendes Objekt innerhalb des dargestellten Bereiches erkannt werden kann. Der Bereich ist kegelförmig und beschreibt einen Winkel von 360°. Ausserhalb dieses Bereiches befindliche Objekte werden nicht erkannt. Die horizontale und vertikale Achse können voneinander abweichende Skalierungen haben.

Während die Spezifikation des Öffnungswinkels der Optik bzw. des Erfassungsbereiches für eine Einschätzung des Leistungsvermö-gens des Sensors genutzt werden kann, sind optische Charakteristi-ken viel genauer und sollten stets verwendet werden, sofern sie zur Verfügung stehen.

Alle optischen Charakteristiken werden unter günstigen Erken-nungs-Bedingungen und bei optimaler Justierung des Sensors ermittelt. Die optische Charakteristik stellt den grösstmöglichen typischen Erkennungsbereich dar und sollte nicht als absolut exakt betrachtet werden. Staub, Verschmutzung und Dampf können den

0158-PE-LT

7.6cm(3")1.5° 3

3.05m (10’)

Reflektor

15.2cm(6")

7.6cm(3")

1.5°

3.05m (10’)

Reflektor

20

0166-PE-LT

10

-10

-20

0

0 2m(6.56ft)

1m(3.26ft)

3m(9.8ft)

Stra

hldu

rchm

esse

r -- m

m

Abstand



Reich-/Tastweiten/Maximale Reich-/Tastweite

7-10

Erkennungsbereich und die Reich-/Tastweite des Sensors beein-trächtigen.

Effektiver Strahl Unter dem effektiven Strahl eines optoelektronischen Sensors ver-steht man den von der optischen Linse des Senders zur optischen Linse des Empfängers gehenden Lichtstrahl. Grösse und Gestalt des effektiven Strahls werden von der Sensorbetriebsart beein-flusst.

Maximale Reich-/Tastweite

Diese Spezifikation bezieht sich auf den für eine Erkennung erfor-derlichen, maximalen Abstand zwischen:

• Sensor und Reflektor bei Reflexions-Lichtschranken und Refle-xions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter,

• Sensor und Standardobjekt bei allen Lichttastertypen• Sender und Empfänger bei Einweg-Lichtschranken.

Die meisten industriellen Einsatzumgebungen verursachen Ver-schmutzungen an optischen Linsen der Sensoren, Reflektoren und Objekten. Solche Umgebungen können schwebende Verunreinigun-gen wie Dunst, Schwebstaub oder Sprühnebel aufweisen. Die Sen-soren sollten daher in kürzeren Entfernungen montiert werden, um die Funktionsreserve auf einen guten Wert zu erhöhen und die Zuverlässigkeit der Applikation zu verbessern.

Die Reich-/Tastweite wird vom Hersteller garantiert. Daher werden viele optoelektronische Sensoren vorsichtig spezifiziert. Die tatsäch-liche Reich-/Tastweite kann diese Spezifikation übertreffen.

Minimale Reich-/Tastweite

Viele Reflexions-Lichtschranken mit und ohne Polarisationsfilter sowie Lichttaster haben eine "blinde Zone" in der Nähe des Sensors. Reflektoren, Reflexions-Folien oder Lichttaster-Objekte sind daher für einen zuverlässigen Betrieb in grösserem Abstand als der Min-dest-Reich-/Tastweite zu plazieren.

Abb. 7.13:

Reich-/Tastweite

4.57m (15’)

2.13m (7’)

0.76m (30")

0.46m (18")0.38m (15")

57.520

60

3

50.8cm20"

17.8cm7"

10.2cm4"

16.5cm6.5"

17.8cm7"

0147-PE-LT



Reich-/Tastweiten/Funktionsreserve

Funktionsreserve

Die Funktionsreserve ist ein wichtiger Kennwert, der bei der Appli-kation optoelektronischer Sensoren zu beachten ist. Die zum Betrieb optoelektronischer Sensoren notwendige Wartung kann durch Erreichen einer hohen Funktionsreserve für diese Applika-tion minimiert werden.

Die Funktionsreserve ist eine Messung der vom Empfänger erkann-ten Lichtmenge und lässt sich am besten anhand folgender Bei-spiele erklären:

• Eine Funktionsreserve Null ergibt sich, wenn kein, von der zugehörigen Lichtquelle stammendes Licht vom Empfänger erfasst wird.

• Eine Funktionsreserve Eins ergibt sich, wenn der zum Schalten des Ausgangs erforderliche minimale Lichtpegel vom Empfän-ger erfasst wird (Schalten des Schaltausgangs von EIN auf AUS oder von AUS auf EIN).

• Eine Funktionsreserve 20 ergibt sich, wenn der 20-fache Wert des minimalen Lichtpegels, der zum Schalten des Ausgangs erforderlich ist, vom Empfänger erfasst wird.

Die Funktionsreserve ist definiert als:

(Empfangslichtstärke)(Minimum-Empfangslichtstärke, die zum Ändern des Status des

Schaltausgangs erforderlich ist)

und wird als Verhältnis oder Zahl, gefolgt von einem "X", spezifi-ziert. Eine Funktionsreserve 6 kann als 6:1 oder 6X angegeben sein.

Die Datenblätter der meisten Sensoren enthalten eine Kurve, die anzeigt, wie die typische Funktionsreserve von der Reich-/Tastweite abhängt. Für industrielle Einsatzumgebungen wird generell eine Funktionsreserve von mindestens 2X empfohlen. In Einsatzumge-bungen mit starken Verschmutzungen sind Funktionsreserven von 10X oder mehr wünschenswert.

Abb. 7.14:

Typische Ansprechkurve für

einen Lichttaster—mm (Zoll)

0135-PE-LT

Abstand zu weissem Papier

Funk

tions

rese

rve

0.1(0.003)

1

2

2

4

4

8

8

10

100

10(0.39)

30(1.18)

100(3.94)

500(19.7)

1000(39.4)

2000(78.7)

3000(118)

SpezifizierteReich-/Tastweite 0.75m (2.46ft)



Reich-/Tastweiten/Funktionsreserve

7-12

Die maximale Reich-/Tastweite dieses Sensors zu einem Standard-objekt beträgt 1m. Eine Funktionsreserve mit dem Wert 4X kann bei ungefähr dem halben Abstand bzw. 500mm erreicht werden.

Hysterese

Optoelektronische Sensoren zeigen eine Hysterese (bzw. Differenti-alstrecke).

Die Hysterese eines optoelektronischen Sensors entspricht der Dif-ferenz zwischen dem Abstand, bei dem ein Objekt erkannt wird, wenn es sich in Richtung des Sensors bewegt, und dem Abstand, um den das Objekt wieder vom Sensor wegbewegt werden muss, um nicht mehr erkannt zu werden.

Wenn sich das Objekt in Richtung des Sensors bewegt, so wird es beim Abstand X erkannt. Wenn es sich dann wieder vom Sensor wegbewegt, so bleibt es noch so lange erkannt, bis es den Abstand Y erreicht hat.

Abb. 7.15:

Hysterese

Die bei den meisten optoelektronischen Sensoren grosse Hysterese eignet sich gut zur Erkennung grosser, lichtundurchlässiger Objekte in Reflexions-Lichtschranken mit und ohne Polarisations-filter und Einweg-Lichtschranken. Die grosse Hysterese wird typi-scherweise nicht durch unregelmässige Objektlage innerhalb des effektiven Strahls beeinflusst. Bei Lichttaster-Applikationen erlaubt eine grosse Differenz zwischen der reflektierten Lichtmenge des Objekts und seines Hintergrundes ebenfalls die Verwendung von Sensoren mit grosser Hysterese.

Eine kleine Hysterese erfordert kleinere Lichtpegeländerungen. Einige optoelektronische Sensoren sind so ausgelegt, dass sie die Auswahl einer kleinen Hysterese für diese Applikationen ermögli-chen. Sensoren mit kleiner Hysterese werden am häufigsten einge-setzt, um durchsichtige Objekte, kontrastschwache Farb-Druckmarken und Objekte, die nicht den gesamten Bereich des effektiven Strahls abdecken, zu erkennen.

0138-PE-LT

Schalt-weg

Objekt

Einschaltpunkt

Ausschaltpunkt

Distanz x

Distanz "x"

Distanz y

Distanz "y" - Distanz "x"= % Differential



Reich-/Tastweiten/Ansprechzeit bzw. Schaltfrequenz

Ansprechzeit bzw. Schaltfrequenz

Die Ansprechzeit eines Sensors entspricht der Zeitdauer, die zwi-schen der Erkennung eines Objekts und dem Wechseln des Zustan-des des Schaltausgangs von EIN auf AUS oder von AUS auf EIN vergeht. Ebenso versteht man darunter die Zeitdauer, die der Schal-tausgang benötigt, um den Schaltzustand wieder zu ändern, wenn das Objekt nicht mehr vom Sensor erkannt wird.

Bei den meisten Sensoren ist die Ansprechzeit eine Bezeichnung für die Ansprech- und Abfall-Zeit.

Die Ansprechzeiten hängen vom Sensor-Design und der Art des Schaltausgangs ab. Langsamere Sensoren bieten gewöhnlich grös-sere Reich-/Tastweiten. Sehr schnelle Sensoren haben typischer-weise kürzere Reich-/Tastweiten. Die Ansprechzeiten optoelektronischer Sensoren variieren zwischen 30µs und 30ms.

Die Ansprechzeit bzw. Schaltfrequenz eines Sensors muss, bezogen auf die Geschwindigkeit, mit der sich das Objekt durch den effekti-ven Strahl hindurchbewegt, betrachtet werden. Extrem schnelle Maschinen- oder Objektbewegungen können einen Sensor mögli-cherweise daran hindern, ausreichend schnell zu reagieren, um den Ausgang aktivieren zu können.

Hell-/Dunkel-schaltender Ausgang

Hell- bzw. Dunkel-Schaltung beschreiben das Ausgangsverhalten optoelektronischer Sensoren bei Anwesenheit oder Abwesenheit des Objekts.

Ein Ausgang für Hell-Schaltung ist auf EIN geschaltet (Ausgang aktiviert, Logikpegel eins), wenn der Empfänger genügend Licht des Senders erkennt.

Bei der Erkennung mittels Einweg-Lichtschranken und Reflexions-Lichtschranken ist ein hellschaltender Ausgang auf EIN geschaltet, wenn das Objekt abwesend ist und das Licht vom Sender zum Emp-fänger übertragen wird. Bei der Erkennung mittels Lichttaster (alle Typen) ist der Ausgang auf EIN geschaltet, wenn das Objekt anwe-send ist und wenn dieses Objekt einen Teil des vom Sender stam-menden Lichtes zum Empfänger reflektiert.

Abb. 7.16:

Hell-Schaltung

0148c-PE-LT



Sensor-Betriebsarten/Hell-/Dunkel-schaltender Ausgang

7-14

Ein Ausgang für Dunkel-Schaltung ist auf EIN geschaltet (Ausgang aktiviert, Logikpegel eins), wenn der Empfänger nicht genug Licht des Senders erkennt.

Ein dunkelschaltender Ausgang ist bei Erkennung mit Einweg- oder Reflexions-Lichtschranken auf EIN geschaltet, wenn das Objekt anwesend ist und der vom Sender ausgehende Lichtstrahl unterbrochen wird und den Empfänger nicht erreicht. Bei Lichtta-ster-Erkennung (alle Typen) ist ein dunkelschaltender Ausgang auf EIN geschaltet, wenn ein Objekt abwesend ist.

Abb. 7.17:

Dunkel-Schaltung

Sensor-Betriebsarten

Wichtig für jede Sensoranwendung ist es, die am besten geeignete Sensor-Betriebsart zu wählen. Bei optoelektronischen Sensoren exi-stieren drei Hauptbetriebsarten: Einweg-Lichtschranke, Reflexi-ons-Lichtschranke und Lichttaster.

Jede dieser Betriebsarten bietet spezifische Stärken und Schwä-chen, die zu berücksichtigen sind. Die bestgeeignete Betriebsart ist jene, die die höchste Zuverlässigkeit für die spezifische Anwendung bietet. Diese Zuverlässigkeit ist messbar über die Fähigkeit des Sensors, den grössten Sensorsignalunterschied zwischen Anwesen-heit und Abwesenheit eines Objektes zu bieten, während gleichzei-tig noch eine ausreichende zusätzliche Funktionsreserve besteht, um beliebige Verunreinigungen oder Umgebungseinflüsse im Erkennungsbereich zu tolerieren.

LED

Fotodiode

Logik/Schaltausgang

0148b-PE-LT



Sensor-Betriebsarten/Hell-/Dunkel-schaltender Ausgang

.

Tabelle 7.1: Vorteile und Nachteile optoelektronischer Sensor-Betriebsarten

Betriebsart Applikationen Vorteile Nachteile

Einweg-Licht-schranke

Universeller Einsatz

Zählen von Teilen

• Hohe Funktionsreserve für schmut-zige Umgebungsbedingungen

• Grösste Reichweiten• Keine Beeinflussung durch Refle-

xionen aus sekundären Oberflä-chen

• Wahrscheinlich am zuverlässig-sten, bei stark reflektierenden Objekten

• Teurer, da Sender und Empfänger separat erforderlich, kostenintensi-vere Verdrahtung

• Ausrichtung ist wichtig• Erkennung von Objekten aus

durchsichtigem Material ist zu ver-meiden

Reflexions-Licht-schranke

Universeller Einsatz • Durchschnittliche Reichweiten• Wegen einfacher Verdrahtung

preisgünstiger als Einweg-Licht-schranke

• Einfache Ausrichtung

• Kürzere Reichweite als Einweg-Lichtschranke

• Niedrigere Funktionsreserve als Einweg-Lichtschranke

• Könnte Reflexionen von glänzen-den Objekten erfassen (Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfil-ter einsetzen)

Reflexions-Licht-schranke mit Polarisationsfilter

Universeller Einsatz zur Erkennung von glänzenden Objekten

• Ignoriert spiegelnde Reflexionen an einer reflektierenden Oberfläche

• Verwendet zur einfacheren Ausrich-tung sichtbares Rotlicht

• Kürzere Reichweite als Standard-Reflexions-Lichtschranke

• Kann eventuell Reflexionen aus sekundären Oberflächen erkennen

Lichttaster Applikationen, bei denen eine Anordnung auf beiden Seiten des Objekts nicht möglich ist

• Anordnung auf beiden Seiten des Objekts ist nicht erforderlich

• Kein Reflektor erforderlich• Einfache Ausrichtung

• Einsatzbedingungen kritisch, falls der Objekt-Hintergrund stark reflek-tiert und in kurzem Abstand zum Objekt liegt

Winkel-Lichtta-ster

Erkennung von Objekten in kurzem Abstand und wo nahe am Objekt liegende Hinter-gründe ignoriert werden müs-sen


• Bietet Schutz gegen die Erken-nung nahegelegener Hintergründe

• Erkennt Objekte unabhängig von ihrer Farbe innerhalb des spezifi-zierten Erkennungsbereiches

• Nur brauchbar bei Erkennung mit sehr kurzen Tastweiten

Lichttaster mit Hintergrund-Aus-blendung

Universeller Einsatz

Bereiche, in denen nahe am Objekt gelegene Hinter-gründe ignoriert werden müs-sen


• Ignoriert Hintergründe, die jenseits der spezifizierten Reichweite lie-gen unabhängig von deren Reflexi-onseigenschaften

• Erkennt Objekte unabhängig von ihrer Farbe innerhalb des spezifi-zierten Erkennungsbereiches

• Teurer als andere Lichttaster-Aus-führungen

• Begrenzte maximale Tastweite

Lichttaster mit fester Fokussie-rung

Erkennung kleiner Objekte

Erkennung von Objekten in einem bestimmten Abstand vom Sensor

Erkennung von Farb-Druck-marken

• Zuverlässige Erkennung kleiner Objekte an einer bestimmten Posi-tion

• Erkennung bei sehr kurzer Tast-weite

• Nicht geeignet für universellen Ein-satz

• Objekt muss genau positioniert sein

Weitwinkel-Licht-taster

Erkennung nicht genau posi-tionierter Objekte

Erkennung sehr feiner Fäden über einen weiten Bereich

• Gute Eignung zur Ausblendung von hintergrund-Reflexionen

• Erkennen nicht genau positionierter Objekte

• Kein Reflektor erforderlich




Einweg-Lichtschranke/Hell-/Dunkel-schaltender Ausgang

7-16

Einweg-Lichtschranke

Bei dieser Betriebsart befinden sich Lichtquelle und Empfänger in jeweils separaten Gehäusen. Die beiden Einheiten sind gegenüber-liegend angeordnet, so dass das Licht der Lichtquelle direkt auf den Empfänger trifft. Der Lichtstrahl zwischen Sender und Empfänger muss für die Erkennung von Objekten unterbrochen werden.

Abb. 7.18:

Einweg-Lichtschranke

Einweg-Lichtschranken bieten die grössten Reich-/Tastweiten und höchsten Funktionsreserven. Einige Sensoren sind z.B. in der Lage, Reichweiten bis zu 274m zu überbrücken. Bei Entfernungen bis 10m können die Funktionsreserven bei Einweg-Lichtschranken 10 000X übersteigen. Daher stellt die Einweg-Lichtschranke unter sehr staubigen oder schmutzigen Betriebsbedingungen die beste Betriebsart dar. Manche optoelektronische Sensoren ermöglichen bei einer Abtastentfernung von 3m eine Funktionsreserve von 300X. Bei dieser Entfernung sind diese Sensoren auch dann noch betriebsbereit, wenn 99% der kombinierten optischen Linsenfläche von Sender und Empfänger mit Schmutz bedeckt sind.

Lichtwellenleiter-Optik

Ermöglicht optoelektronische Erkennung in Bereichen, in denen andere Sensoren wegen Einbau- und Umge-bungsbedingungen nicht montiert werden können

• Glas-Lichtwellenleiter für Anwen-dungen bei hoher Umgebungstem-peratur lieferbar

• Beständigkeit gegen Schock und Vibration

• Kunststoff-Lichtwellenleiter können in Bereichen eingesetzt werden, wo dauerndes Mitbewegen erforder-lich ist

• Eignung für Einsatz in platzkriti-schen Applikationen

• Störunempfindlichkeit• Eignung für Einsatz in Bereichen

mit starken Korrosionseinflüssen

• Teurer als Sensoren mit optischen Linsen


Tabelle 7.1: Vorteile und Nachteile optoelektronischer Sensor-Betriebsarten

Betriebsart Applikationen Vorteile Nachteile



Einweg-Lichtschranke/Erreichen eines optimalen effektiven Strahls

Erreichen eines optimalen effektiven Strahls

Der Erkennungsbereich einer Einweg-Lichtschranke wird durch den Durchmesser der optischen Linse an Sender und Empfänger bestimmt. Eine zuverlässige Erkennung ist gewährleistet, wenn das Objekt lichtundurchlässig ist und 50% des Erkennungsberei-ches durch das Objekt abgedeckt werden.

Abb. 7.19:

Effektiver Strahl

Hinweis: Die hier verwendeten 50% sind nur ein Beispiel. Der Pro-zentsatz des zum Triggern des Schaltausgangs zu unterbrechenden effektiven Strahls wird durch die Empfindlichkeit und die Hyste-rese des Sensors bestimmt.

Die Erkennung von Objekten, die kleiner sind als 50% des Strahls, erfolgt durch die Plazierung von Blenden vor dem Sender, vor dem Empfänger oder vor beiden

Abb. 7.20:

Effektiver Strahl mit Blenden

Die zuverlässigsten Applikationen mit Einweg-Lichtschranken haben eine sehr hohe Funktionsreserve, wenn das Objekt abwesend ist und eine Funktionsreserve von Null (oder nahezu Null), wenn das Objekt anwesend ist.

Sensor-Ausrichtung

Die Ausrichtung des Sensors wird mit folgenden Schritten erreicht:

1. Richten Sie den Empfänger auf die Lichtquelle ein

2. Schwenken Sie den Empfänger dann langsam nach links, bis die Lichtquelle nicht mehr länger erkannt wird.

0125-PE-LT

Öffnungswinkel der Optikbzw. Erfassungsbereich


Effektiver Strahl

0127-PE-LT



Blende

Reduziertereffektiver Strahl



Einweg-Lichtschranke/Optische Charakteristiken

7-18

3. Merken Sie sich die Position und schwenken Sie den Empfänger anschliessend nach rechts, bis der Reflektor nicht mehr erkannt wird. Merken Sie sich auch diese Position.

4. Zentrieren Sie den Empfänger zwischen diesen beiden Positio-nen und kippen Sie ihn nach oben und unten, um in vertikaler Ebene zu zentrieren.

Abb. 7.21:

Ausrichtung der Einweg-Licht-

schranke

Optische Charakteristiken

Die optische Charakteristik von Einweg-Lichtschranken legt die Grenze fest, bei der der Empfänger das Signal des Senders emp-fängt, vorausgesetzt es liegt kein Winkelversatz in der Ausrichtung des Sensors vor. Ein Winkelversatz zwischen Sender und Empfän-ger reduziert die Grösse des Erkennungsbereiches. Optische Cha-rakteristiken von Einweg-Lichtschranken eignen sich zur Ermittlung des erforderlichen Mindestabstandes benachbarter Ein-weg-Lichtschranken, um Funktionsstörungen auf Grund gegensei-tiger Beeinflussung benachbarter Sensoren zu vermeiden.

rechts

links

oben

unten

Sender

Empfänger

0141-PE-LT



Vorteile und Nachteile/Vorteile

Vorteile und Nachteile

Vorteile

Zu den Vorteilen von Einweg-Lichtschranken zählen:

1. Eine allgemeine Faustregel empfiehlt, dass Einweg-Licht-schranken überall dort eingesetzt werden sollten, wo dies mög-lich ist.

Solange das zu erkennende Objekt den gegenläufigen Licht-strahl vollständig unterbricht, führt der Einsatz von Einweg-Lichtschranken stets zum zuverlässigsten optoelektronischen Erkennungssystem. (Ein induktiver Näherungssensor stellt die erste Wahl dar, wenn Metallobjekte erkannt werden sollen, die sich für eine zuverlässige Erkennung nahe genug am Sensor vorbeibewegen.)

2. Aufgrund ihres klar abgegrenzten effektiven Lichtstrahls kön-nen Einweg-Lichtschranken im allgemeinen am zuverlässigsten für die genaue Zählung von Teilen eingesetzt werden.

3. Der Einsatz von Einweg-Lichtschranken eliminiert Probleme hinsichtlich Reflexionseigenschaften der Oberfläche oder Farbe.

4. Einweg-Lichtschranken bieten die höchste Funktionsreserve.

5. Wegen ihrer Fähigkeit, auch durch starken Schmutz, Staub, Dunst, Kondensation, Öl und Beschlag hindurchzusehen, ermöglichen Einweg-Lichtschranken die zuverlässigste Betriebsleistung, bevor eine Reinigung erforderlich ist und bie-ten damit niedrigere Instandhaltungskosten.

6. Erkennung kleiner Teile und präzise Lageerkennung (durch Verwendung kleiner Blenden oder Lichtwellenleiter-Optik).

7. Erkennung lichtundurchlässiger fester oder flüssiger Materia-lien, die sich in lichtdurchlässigen oder durchsichtigen Behäl-tern befinden. Einweg-Lichtschranken werden manchmal eingesetzt, um durch dünnwandige Behälter bzw. Container hindurch die Anwesenheit, Abwesenheit oder den Füllstand enthaltener Produkte zu erkennen.

8. Ein Paar aus Einweg-Lichtschranken kann so positioniert wer-den, dass diese mechanisch in einem vor dem Sensor gelegenen Punkt konvergieren. Im Vergleich zu Winkel-Lichttastern (kon-vergierender Strahl) führt diese Art der Konfiguration norma-lerweise zu einer höheren Tiefenschärfe. Hochleistungs-Sender/Empfänger-Paare können auch für den Einsatz als Winkel-Lichttaster mit hoher Reich-/Tastweite konfiguriert werden.

9. Ein spezieller Einsatz für ein mechanisch konvergierendes Sen-der/Empfänger-Paar ist die Erkennung des Unterschiedes zwi-schen einer glänzenden und einer matten Oberfläche basierend auf regelmässiger Reflexion. Eine glänzende Oberfläche reflek-



Vorteile und Nachteile/Nachteile

7-20

tiert das Licht des Senders zu einem Empfänger, falls die beiden Einheiten in gleich und entgegengesetzten Winkeln zur Senk-rechten zu der glänzenden Oberfläche montiert sind. Dieses Licht wird durch jede beliebige nicht reflektierende Oberfläche gestreut, die die glänzende Oberfläche überdeckt oder ersetzt. Ein typisches Beispiel ist die Erkennung der Anwesenheit von Tuchmaterial (matte Oberfläche) auf dem Tisch einer Nähma-schine aus Stahl (glänzende Oberfläche). Regelmässige Refle-xion wird auch zur Überwachung oder Überprüfung der Lage oder der Oberflächenqualität eines glänzenden Objekts genutzt.

Abb. 7.22:

Regelmässige Reflexion

Nachteile

Die Nachteile von Einweg-Lichtschranken umfassen:

1. Werden Einweg-Lichtschranken-Paare bei geringer Reich-/Tast-weite eingesetzt, so zeigen manche Paare eine so hohe Funkti-onsreserve, dass sie dazu neigen, auch durch dünne, lichtundurchlässige Materialien (Papier, Tuchmaterial, Kunst-stoffe etc.) hindurch zu sehen. Wegen der zu hohen Funktionsre-serve wird es schwierig, einen Betriebspunkt für die Empfindlichkeitskontrolle einzustellen. Zur Lösung dieses Pro-blems kann es notwendig sein, ihr Signal mechanisch zu dämp-fen, indem zusätzliche Blenden über den optischen Linsen eingesetzt werden.

2. Probleme kann es bei der zuverlässigen Erkennung sehr kleiner Objekte geben, die nicht mindestens 50% des effektiven Strahls

0167-PE-LT

matte Oberfläche

glänzende Oberfläche




unterbrechen. Blenden, optische Linsen oder Lichtwellenleiter können verwendet werden, um den effektiven Strahl für eine zuverlässige Erkennung entsprechend festzulegen.

Hinweis: Durch den Einsatz von Blenden wird die Funktionsre-serve eines Sensors herabgesetzt. Dadurch wird die Ausrich-tung schwieriger.

3. Einweg-Lichtschranken können sich für die Erkennung trans-parenter oder semitransparenter Objekte als ungeeignet erwei-sen. Die hohen Werte für die Funktionsreserve ermöglichen dem Sensor ein "Hindurchsehen" durch solche Objekte. Obgleich es häufig möglich ist, die Empfindlichkeit des Empfän-gers zu reduzieren, sollten zur Erkennung transparenter Objekte Sensoren eingesetzt werden, die auf die optimale Erkennung solcher Objekte ausgelegt sind, zum Beispiel Refle-xions-Lichtschranken, Lichttaster oder Ultraschall-Sensoren.




7-22


Beispiel 7.1:

Doppelblatt-Erkennung

Beispiel 7.2:

Mechanisch konvergierende Kantenerkennung

Verstärker

Alarm

0145-PE-LA

0054-PE6-LA

Objekt mit zu überwachender

Position der Kante

Kundenspez.Steuerkreis



Reflexions-Lichtschranke mit bzw. ohne Polarisationsfilter/Reflexions-Lichtschranke

Reflexions-Lichtschranke mit bzw. ohne Polarisationsfilter

Reflexions-Lichtschranken und Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter sind die am häufigsten genutzten Betriebsarten. Eine Reflexions-Lichtschranke beinhaltet den Sender und den Empfänger in einem Gehäuse. Das vom Sender ausgesendete Licht wird von einer speziellen retroreflektierenden Komponente reflek-tiert und vom Empfänger erfasst. Das Objekt wird durch die von ihm verursachte Unterbrechung des Lichtstrahls erkannt.

Reflexions-Lichtschranke

Abb. 7.23:

Reflexions-Lichtschranke

Bei Reflexions-Lichtschranken werden spezielle Prismenreflektoren oder Reflexions-Folien eingesetzt. Anders als bei ebenen Spiegeln müssen diese Reflektoren nicht absolut senkrecht zum ausgesende-ten Lichtstrahl ausgerichtet werden. Auch die Verdrehung eines Reflektors oder einer Reflexions-Folie ist bis zu ±15° möglich, ohne dass die Funktionsreserve hierdurch stark beeinträchtigt wird.

S

R

S

R

0163-PE-LT



Reflexions-Lichtschranke mit bzw. ohne Polarisationsfilter/Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfilter

7-24

Abb. 7.24:

Reflektierende Materialien

Reflektoren und Reflexions-Folien sind in grosser Auswahl liefer-bar. Die maximale Reichweite einer Reflexions-Lichtschranke hängt von der Grösse und der Effektivität des Reflektors ab. Reflektoren und Reflexions-Folien sind durch einen relativen Reflexionswert gekennzeichnet. (Zur Bestimmung der zutreffenden Bemessungsda-ten bitte Herstellerkatalog bzw. Dokumentation beachten.) Für eine höchst zuverlässige Erkennung wird empfohlen, dass der grösste verfügbare Reflektor eingesetzt wird.

Reflexions-Lichtschranken sind einfacher zu installieren als Ein-weg-Lichtschranken, da lediglich ein Sensorgehäuse montiert und verdrahtet wird. Die Funktionsreserven bei Abwesenheit des Objekts fallen im Vergleich zu Einweg-Lichtschranken typischer-weise um den Faktor 10 bis 1000 niedriger aus, wodurch der Ein-satz von Reflexions-Lichtschranken unter extremen Umgebungsbedingungen problematisch sein kann.

Vorsicht ist geboten, wenn Standard-Reflexions-Lichtschranken glänzende oder spiegelnde Objekte erkennen sollen. Reflexionen vom Objekt selbst könnten erkannt werden. Es sollte möglich sein, den Sensor und Reflektor oder die Reflexionsfolie so anzuordnen, dass die Reflexionen des glänzenden Objektes am Empfänger vor-beigeleitet werden. Wie auch immer, für die meisten Applikationen mit glänzenden Objekten ist die Erkennung mittels Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfilter die bessere Lösung.

Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfilter

Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter enthalten vor dem Sender und dem Empfänger plazierte, polarisierende Filter, die das Licht in eine einzige Ebene richten. Diese Filter sind senkrecht bzw. mit einer Phasenverschiebung von 90° zueinander orientiert.

0124-PE-LT

Spiegel

Reflektoren mitGlasperlen

Reflektoren mitkubischen Ecken

Reflektor oderReflexionsfolie



Reflexions-Lichtschranke mit bzw. ohne Polarisationsfilter/Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfilter

Abb. 7.25:

Reflexions-Lichtschranke mit

Polarisationsfilter

Der Lichtstrahl wird beim Durchgang durch den Filter polarisiert. Wenn polarisiertes Licht von einem Objekt reflektiert wird, so bleibt das reflektierte Licht polarisiert. Wenn polarisiertes Licht von einem depolarisierenden Reflektor reflektiert wird, so ist auch das reflektierte Licht depolarisiert.

Der Empfänger kann nur reflektiertes Licht erkennen, das depola-risiert wurde. Daher kann der Empfänger das Licht, das von reflek-tierenden Objekten stammt und von diesen nicht depolarisiert wurde, nicht sehen (empfangen). Der Sensor kann also die Reflexion des Reflektors "erkennen", er kann jedoch nicht die spiegelnde Reflexion der meisten glänzenden Objekte "erkennen".

Alle Standard-Reflektoren depolarisieren das Licht und sind für den Einsatz an Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter geeignet. Aber die meisten Reflexions-Folien depolarisieren das Licht nicht. Diese Reflexions-Folien können daher nur an Standard-Reflexions-Lichtschranken eingesetzt werden. Spezielle Reflexions-Folien sind für den Einsatz an Reflexions-Lichtschranken mit Pola-risationsfilter lieferbar. Bitte wählen Sie daher beim Einsatz von Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter nur Reflexions-Folien aus, die für diesen Einsatz geeignet sind.

Beim Einsatz von Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter in Anwendungen mit Kunststoff-Folie oder Spannfolienverpackun-gen muss vorsichtig vorgegangen werden. Reflexions-Lichtschran-ken mit Polarisationsfilter ignorieren lediglich die spiegelnden Reflexionen auf der Oberfläche einer eingebrachten, reflektierenden

0156-PE-LT



Reflexions-Lichtschranke mit bzw. ohne Polarisationsfilter/Sensor-Ausrichtung

7-26

Oberfläche. Polarisiertes Licht wird depolarisiert, wenn es auf Kunststoff-Folie oder Spannfolienverpackungen trifft. Daher kann ein glänzendes Objekt Reflexionen verursachen, die vom Empfän-ger erkannt werden, falls das Objekt in durchsichtiger Kunststoff-Folie verpackt ist. Dabei stellt das glänzende Objekt die zweite spie-gelnde Oberfläche hinter der Kunststoff-Folie dar. Für solche Appli-kationen müssen andere Betriebsarten in Betracht gezogen werden.

Sensor-Ausrichtung


1. Richten Sie den Empfänger auf den Reflektor (oder die Reflexi-ons-Folie) ein.

2. Schwenken Sie den Empfänger dann langsam nach links, bis der Reflektor nicht mehr länger erkannt wird.

3. Merken Sie sich diese Position und schwenken Sie den Empfän-ger anschliessend nach rechts, bis der Reflektor nicht mehr län-ger erkannt wird und merken sich auch diese Position.

4. Dann zentrieren Sie den Empfänger zwischen den beiden ermit-telten Positionen und schwenken ihn anschliessend nach oben und unten, um ihn auch in vertikaler Ebene zu zentrieren.

Abb. 7.26:

Strahl-Ausrichtung bei

Reflexions-Lichtschranken und

Reflexions-Lichtschranken mit

Polarisationsfilter


Optische Charakteristiken von Reflexions-Lichtschranken mit bzw. ohne Polarisationsfilter legen die Grenzen fest, in denen der Sensor auf ein reflektierendes Objekt reagiert. Das Objekt wird dabei senk-recht zur optischen Achse des Sensors gehalten, während der Licht-fleck-Durchmesser aufgezeichnet wird. Soweit nicht anders vorgegeben, wird zur Erzeugung des reflektierenden Strahlmusters ein reflektierendes Objekt mit 76mm Durchmesser verwendet.

Für einen zuverlässigen Betrieb muss das zu erkennende Objekt ebenso gross wie oder grösser als der in der optischen Charakteri-stik angegebene Lichtfleck-Durchmesser sein. Ein kleineres reflek-tierendes Objektmuster sollte für die exakte Erkennung kleinerer Objekte eingesetzt werden.

oben

unten

gesendetes

Licht

empfangenes

Licht

reflektierendes

Objekt

links

rechts

0142-PE-LT





Vorteile

Die Vorteile von Reflexions-Lichtschranken mit und ohne Polarisa-tionsfilter umfassen:1. Wenn die Verdrahtung des Sensors nur von einer Seite möglich

ist, gilt als Faustregel, dass man anstelle von Einweg-Licht-schranken Reflexions-Lichtschranken oder Reflexions-Licht-schranken mit Polarisationsfilter einsetzt, sofern die dem Sender gegenüberliegende Seite die Installation eines Reflek-tors erlaubt.

2. Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter sollten soweit dies möglich ist stets anstelle von Standard-Reflexions-Licht-schranken gewählt werden, um die höchste Zuverlässigkeit für die Applikation zu gewährleisten.

3. Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter vermeiden eine Erkennung glänzender Objekte. Die bei Fliessband-Appli-kationen am häufigsten eingesetzte Sensor-Betriebsart ist die Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfilter. Diese Applika-tionen bieten in der Regel grosse Objekte (Boxen, Kartons, gefertigte Teile), eine relativ saubere Umgebung sowie Reich-/Tastweiten von 0,6m bis 4,5m.

Nachteile

Die Nachteile von Reflexions-Lichtschranken mit und ohne Polari-sationsfilter umfassen:1. Reflexions-Lichtschranken haben eine kürzere Reich-/Tastweite

als Einweg-Lichtschranken.

2. Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter bieten eine um 30 bis 40% niedrigere Reich-/Tastweite (und geringere Funktionsreserve) als Standard-Reflexions-Lichtschranken. Anstelle von Infrarot-LEDs müssen Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter einen weniger leistungsfähigen Sender mit sichtbarem Licht (typischerweise LED mit sichtbarem Rot-licht) verwenden. Zusätzliche Lichtverluste werden durch die Polarisationsfilter verursacht.

3. Der Einsatz von Reflexions-Lichtschranken und Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter zur präzisen Positionie-rungssteuerung oder zur Erkennung kleiner Teile sollte vermie-den werden, da es in der Regel schwierig ist, einen schmalen effektiven Lichtstrahl zu erzeugen. Der Strahl kann nötigen-falls mittels Einsatz von Blenden verkleinert werden.

4. Die meisten Reflexions-Lichtschranken und Reflexions-Licht-schranken mit Polarisationsfilter sind auf die Erkennung von Objekten in grossem Abstand optimiert und weisen bei kürze-




7-28

ren Abständen eine blinde Zone auf (typischerweise bei einem Abstand von 25 bis 150mm von der Sensor-Schaltfläche).

Abb. 7.27:

Reflexions-Lichtschranke mit

angezeigter blinder Zone

5. Die Wirkung verschiedenartiger reflektierender Objektmateria-lien ist sehr unterschiedlich. Gegebenenfalls sollte der Index des Herstellers zu den typischen relativen Reflexionswerten für diese Materialien beachtet werden.

6. Reflexions-Lichtschranken und Reflexions-Lichtschranken mit Polarisationsfilter können Reflexionen an sekundären Oberflä-chen effektiv nicht erkennen.

7. Die Erkennung von lichtdurchlässigen oder transparenten Materialien sollte vermieden werden. Stattdessen sollten spezi-ell entwickelte Lichtschranken mit Polarisationsfilter für trans-parente Objekte eingesetzt werden.


Beispiel 7.1:

Erkennung Restbestand auf Rollen

0133-PE-LT

Lichtquelle

Empfänger

BlinderBereich

0182-PE-LT

Reflektor



Lichttaster/Nachteile

Lichttaster

Die Erkennung mittels Einweg-Lichtschranke oder Reflexionslicht-schranke bzw. Reflexions-Lichtschranke mit Polarisationsfilter erfolgt durch die Unterbrechung des Lichtstrahls zwischen dem Sender und dem Empfänger bzw. zwischen Reflexions-Licht-schranke und Reflektor. Hierzu ist eine Anordnung der Komponen-ten auf gegenüberliegenden Seiten erforderlich.

In manchen Fällen kann es jedoch schwierig oder gar unmöglich sein, auf beiden Seiten eines Objekts Komponenten zu installieren. Bei solchen Applikationen muss die direkte Reflexion des Lichtes an dem Objekt empfangen werden. Das Licht wird an der Oberflä-che des Objekts in alle Richtungen gestreut und ein kleiner Teil wird zum Empfänger zurückreflektiert. Diese Sensor-Betriebsart wird auch Erkennung mittels Lichttaster genannt.

Abb. 7.28:

Lichttaster

Das Ziel bei der Erkennung mittels Lichttaster ist das Erreichen einer relativ hohen Funktionsreserve beim Erkennen des Objektes. Wenn das Objekt nicht anwesend ist, sollten die Reflexionen von beliebigen Hintergrundmaterialien eine Funktionsreserve darstel-len, die so nah wie möglich bei Null liegt.

Das Reflexionsvermögen des Objekts und des Hintergrundes kann stark variieren. Dieses Applikationsproblem ist beim Einsatz von Lichttastern von grosser Bedeutung.

• Stark glänzende Oberflächen können einen Grossteil des Lich-tes am Empfänger vorbei reflektieren und somit eine Erken-nung sehr schwierig gestalten. Der Lichtstrahl muss in solchen Fällen senkrecht zur Objektoberfläche einfallen.

• Sehr dunkle, matte Objekte können einen Grossteil des Lichtes absorbieren und nur einen sehr kleinen Teil davon zur Erken-nung reflektieren. Die Erkennung solcher Objekte ist nur mög-lich, wenn der Abstand vom Sensor zum Objekt sehr klein ist.

0164-PE-LT

S

R

S

R



Lichttaster/Winkel-Lichttaster

7-30

Die spezifizierte maximale Grenztastweite eines optoelektronischen Sensors wird unter Verwendung eines kalibrierten Lichttaster-Objekts bestimmt. Viele Hersteller setzen hierzu ein 216mm x 292mm grosses, weisses Blatt Papier ein, das speziell behandelt wurde, um einen 90%-igen Reflexionsfaktor zu erhalten - was heisst, dass das Papier 90% der von der Lichtquelle stammenden Lichtenergie diffus reflektieren wird.

Wie die folgende Tabelle zeigt, sind in der Praxis die Objekte häufig deutlich schwächer reflektierend.

Die Erkennung von Objekten, die in nur kleinem Abstand vor stark reflektierenden Hintergründen plaziert sind, kann eine besondere Herausforderung darstellen. Zum Beispiel ist es teilweise nicht möglich, den Sensor so einzustellen, dass eine ausreichende Funkti-onsreserve vom Objekt her resultiert, ohne dass auch eine Erken-nung oder Beinahe-Erkennung des Hintergrundes erfolgt. Andere Betriebsarten von Lichttastern können hier daher eher geeignet sein.

Lichttaster sind in einer Vielzahl verschiedener Ausführungen lie-ferbar, wobei die einfachste Ausführung der Standard-Lichttaster ist. Andere Ausführungen umfassen Winkel-Lichttaster, Lichttaster mit Hintergrund-Ausblendung, Lichttaster mit fester Fokussierung und Weitwinkel-Lichttaster.

Winkel-Lichttaster

Winkel-Lichttaster sind so aufeinander ausgerichtet, dass der Lichtkegel des Senders und der Empfangspegel des Empfängers im

Tabelle 7.2: Typische relative Reflektivität von Testobjekten

Objekt Typischer relativerReflexionswert

Reflexionsfolie 2000

Poliertes Aluminium (vertik. Achse) 500

Weisses Papier (Referenz) 100

Weisses Schreibpapier 90

Karton 40

Verpackte Box (Cerealien-Karton) 30

Schnittholz 20

Schwarzes Papier 10

Neopren 5

Reifengummi 4

Schwarzer Filz 2



Lichttaster/Lichttaster mit Hintergrund-Ausblendung

Winkel zueinander stehen. Die Sensoren zeigen dadurch bei kürze-rem Abstand eine höhere Empfindlichkeit und bei grösserem Abstand eine niedrigere Empfindlichkeit. Damit können auch Objekte, die in der Nähe von reflektierenden Hintergründen pla-ziert sind, zuverlässiger erkannt werden.

Diese Betriebsart bietet bereits einen gewissen Grad an Verbesse-rung gegenüber der Erkennung mittels einfachem Lichttaster, wenn ein reflektierender Hintergrund vorliegt. Dennoch kann es auch hier vorkommen, dass ein sehr stark reflektierender Hinter-grund immer noch erkannt wird.

Lichttaster mit Hintergrund-Ausblendung

Für schwierigste Applikationen können Lichttaster mit Hinter-grund-Ausblendung eine noch bessere Lösung bieten als Standard-Lichttaster oder Winkel-Lichttaster.

Die Erkennung mit Hintergrund-Ausblendung ermöglicht dem Sen-sor, einen relativ stark reflektierenden Hintergrund zu ignorieren, der direkt hinter einem dunklen, nur schwach reflektierenden Objekt liegt. Für viele Applikationen stellt dies die ideale Lichtta-ster-Betriebsart dar. Allerdings sind Sensoren mit Hintergrund-Ausblendung komplexer aufgebaut und daher auch teurer als andere Lichttaster.

Sensoren mit Hintergrund-Ausblendung nutzen hochentwickelte Elektronik und Optik, um aktiv die Präsenz beider, des Objekts und des Hintergrundes, festzustellen, anstelle zu versuchen, den hinter einem Objekt liegenden Hintergrund zu ignorieren. Die beiden Signale werden miteinander verglichen und der Ausgang wird sei-nen Zustand entweder bei aktiver Erkennung des Objekts oder des Hintergrundes ändern.

Abb. 7.29:

Lichttaster mit Hintergrund-

Ausblendung - effektive

optische CharakteristikR1

R2

R1

R2

0165-PE-LT



Lichttaster/Lichttaster mit fester Fokussierung

7-32

Falls das Objekt sich zwischen der Brennpunktebene und dem Empfänger befindet, fällt der Lichtstrahl auf den Empfänger R1. Wenn das Objekt aus der Brennpunktebene herausbewegt wird, fällt der Lichtstrahl auf den Empfänger R2. Das Signal von R2 wird dann elektronisch unterdrückt.

Lichttaster mit fester Fokussierung

Beim Lichttaster mit fester Fokussierung wird der Lichtkegel des Senders und der Empfangskegel des Empfängers auf einen sehr kleinen Punkt (Brennpunkt) fokussiert, der sich in festem Abstand vor dem Lichttaster befindet. In diesem Abstand ist der Sensor sehr empfindlich, während er vor oder hinter dem Brennpunkt nur mit deutlich niedrigerer Empfindlichkeit anspricht.

Lichttaster mit fester Fokussierung haben drei primäre Einsatzge-biete:

• Zuverlässige Erkennung kleiner Objekte. Da der Sensor am Brennpunkt sehr empfindlich ist, kann ein kleines Objekt leicht erkannt werden.

• Erkennung von Objekten in einem festen Abstand. Nachdem ein Lichttaster mit fester Fokussierung im Brennpunkt seine höchste Empfindlichkeit aufweist, kann er in einigen Anwen-dungsfällen dazu eingesetzt werden, ein Objekt im Brennpunkt zu erfassen oder es andererseits zu ignorieren, wenn es sich vor oder hinter dem Brennpunkt befindet.

• Erkennung von Farb-Druckmarken. In einigen Anwendungsfäl-len muss zur Bahn- und Kantenkontrolle von Verpackungsma-terial das Vorhandensein einer Druckmarke erkannt werden. Hierzu kann ein Lichttaster mit fester Fokussierung mit spezi-ellem Sender für die betreffende Farbe (typischerweise Rot, Grün oder Blau) gewählt werden, der bezogen auf die Markie-rung eine optimale Empfindlichkeit aufweist.

Abb. 7.30:

Lichttaster mit fester

Fokussierung - effektive

optische Charakteristik

Weitwinkel-Lichttaster

Weitwinkel-Lichttaster decken über weite Grenzen den Abstrahlbe-reich des Senders und den Erkennungsbereich des Empfängers ab. Typische Applikationen für Weitwinkel-Lichttaster sind:

Fadenerkennung. Ein Weitwinkel-Lichttaster kann das Vorhan-densein extrem, dünner Fäden oder anderer Materialien, die unmit-



Lichttaster/Sensor-Ausrichtung

telbar vor dem Sensor positioniert werden, erkennen. Die Anwesenheit oder Abwesenheit (Fadenriss) des Fadens, kann auch bei horizontaler Bewegung des Fadens vor dem Sensor zuverlässig erkannt werden.

Ignorieren von Öffnungen oder Unregelmässigkeiten in Objekten. Da Weitwinkel-Lichttaster einen weiten Erkennungsbe-reich aufweisen, sind sie in der Lage, kleine Öffnungen oder Fehl-stellen in Objekten zu ignorieren und Objekte zu erkennen, die nicht optimal positioniert sind.

Abb. 7.31:

Weitwinkel-Lichttaster

effektive optische

Charakteristik

Sensor-Ausrichtung


1. Richten Sie den Sensor auf das Objekt aus.

2. Schwenken Sie den Sensor nach oben und unten sowie nach rechts und links, um den Lichtstrahl auf das Objekt zu zentrie-ren.

3. Verringern Sie die Empfindlichkeit, bis das Objekt gerade nicht mehr erkannt wird und merken Sie sich diese Position der Emp-findlichkeits-Einstellungt.

4. Entfernen Sie das Objekt und erhöhen Sie die Empfindlichkeit, bis der Hintergrund erkannt wird.

5. Stellen Sie die Empfindlichkeit auf den mittleren Punkt zwi-schen Erkennung des Objektes und Erkennung des Hintergrun-des ein.

0155-PE-LT



Lichttaster/Optische Charakteristiken

7-34

Abb. 7.32:

Lichttaster (alle Typen)

Sensor-Ausrichtung


Die optische Charakteristik von Lichttastern legt die Grenze fest, innerhalb der der Sensor auf ein weisses, reflektierendes Objekt reagiert. Optische Charakteristiken von Lichttastern werden unter Verwendung eines zu 90% reflektierenden und 216mm x 279mm grossen Blattes weissen Papiers ermittelt, das senkrecht zur opti-schen Achse des Sensors gehalten wird. Der Erkennungsbereich fällt für weniger stark reflektierende Objekte kleiner aus, und er vergrössert sich bei stark reflektierenden Objekten. Kleinere Objekte können bei grösseren Abständen die Werte der optischen Charakteristik von manchen Lichttastern reduzieren. Lichttaster-Objekte mit Oberflächen, die nicht senkrecht zur optischen Achse des Sensors verlaufen, bewirken ebenfalls eine deutliche Einschrän-kung des Ansprechverhaltens des Sensors.

0143-PE-LT

lichtstreuendes

Objekt

gesendetes

Licht

empfangenes

Licht

rückwärts

vorwärts





Vorteile

Lichttaster Die Vorteile von Standard-Lichttastern umfassen:

1. Applikationen, bei denen der Abstand zwischen Sensor und Objekt von wenigen Zentimetern bis zu einigen Dezimetern reicht, und bei denen weder der Einsatz von Einweg-Licht-schranken noch der von Reflexions-Lichtschranken praktikabel erscheint.

2. Applikationen, für die eine Empfindlichkeit hinsichtlich der Unterschiede im Reflexionsvermögen der Oberfläche benötigt wird, und für die eine Überwachung der Oberflächen-Bedingun-gen erforderlich ist, die sich auf die Unterschiede im Reflexions-vermögen beziehen.

Winkel-Lichttaster Die Vorteile von Winkel-Lichttastern umfassen:

1. Winkel-Lichttaster können zur Erkennung des Füllstandes von Materialien in einem offenen Container eingesetzt werden. Im allgemeinen ist bei Applikationen dieser Art die zu erkennende Oberfläche zu instabil oder die Öffnung ist zu klein, um den Einsatz eines Ultraschallsensors zu erlauben.

Lichttaster mit Hin-

tergrund-Ausblen-

dung

Die Vorteile von Lichttastern mit Hintergrund-Ausblendung umfas-sen:

1. Stark reflektierende Hintergrundobjekte können ignoriert wer-den, weil Lichttaster mit Hintergrund-Ausblendung am ent-fernten Ende ihrer Reichweite einen definierten Abschaltpunkt aufweisen.

2. Die Hintergrund-Ausblendung kann dazu verwendet werden, die Anwesenheit eines Teiles zu überprüfen, das sich direkt vor oder auf einer anderen reflektierenden Oberfläche befindet.

3. Die Erkennung vieler Oberflächen mit sehr niedrigem Reflexi-onsvermögen ist mittels Lichttaster möglich, weil die verfüg-bare Funktionsreserve innerhalb des festgelegten Erkennungsbereiches relativ hoch ist.

Lichttaster mit

fester Fokussierung

Die Vorteile von Lichttastern mit fester Fokussierung umfassen:

1. Der effektive Lichtstrahl der meisten Lichttaster mit fester Fokussierung ist genau festgelegt, insbesondere im Brenn-punkt. Lichttaster mit fester Fokussierung stellen - nach Ein-weglichtschranken - eine gute Alternative für die präzise Erkennung der Position von Kanten, die sich senkrecht zum Lichtstrahl durch den Brennpunkt bewegen, dar.




7-36

2. Lichttaster mit fester Fokussierung können eingesetzt werden, um die Anwesenheit oder Abwesenheit eines kleinen Teils zu erkennen, z.B. eine Schraube in einer Baugruppe.

3. Der sichtbare Lichtfleck vereinfacht die genaue Fokussierung.

4. Die Erkennung von Farb-Druckmarken kann mit Lichttastern mit fester Fokussierung durch den Einsatz geeigneter Farb-LEDs erreicht werden.

Weitwinkel-

Lichttaster

Die Vorteile von Weitwinkel-Lichttastern umfassen:

1. Weitwinkel-Lichttaster zeigen im Falle kleiner Objekte, die sich in kurzem Abstand vom Sensor befinden, nicht den bei Stan-dard-Lichttastern üblichen "blinden" Fleck.

2. Weitwinkel-Lichttaster können häufig erfolgreich in Bereichen eingesetzt werden, in denen es ein Hintergrundobjekt gibt, das gerade jenseits der Reich-/Tastweite des Sensors liegt. Diese Sensoren verlieren mit zunehmendem Abstand sehr stark an Funktionsreserve.

3. Erkennen zuverlässig glänzende, runde Objekte wie beispiels-weise Dosen und tolerieren auch vibrierende glänzende Oberflä-chen wie zum Beispiel Bahnen aus Metallfolie, weil Weitwinkel-Lichttaster hinsichtlich des Betrachtungswinkels auf eine spie-gelnde Oberfläche nicht empfindlich sind.

Nachteile

Lichttaster Die Nachteile von Standard-Lichttastern umfassen:

1. Reflexionsvermögen: Das Ansprechverhalten eines Lichtta-sters wird sehr stark vom Reflexionsvermögen der Oberfläche des zu erkennenden Objektes beeinflusst. Die Leistungsfähig-keit von Lichttastern (und allen Näherungs-Betriebsarten) wird auf eine weisse Testkarte von Kodak mit 90% Reflexionsvermö-gen bezogen. Jedes beliebige Material kann durch Vergleich mit dieser Referenz hinsichtlich seines relativen Reflexionsvermö-gens bemessen werden.

2. Glänzende Oberflächen: Lichttaster verwenden optische Lin-sen, mit denen durch paralleles Richten ihres Lichtes die Reich-/Tastweite maximiert wird. Daher kann es schwierig sein, glän-zende Objekt zu erkennen, die sich nicht in einem senkrechten Winkel befinden.

3. Erkennung kleiner Teile: Lichttaster haben eine kürzere Reich-/Tastweite, wenn sie zur Erkennung von Objekten mit einer kleinen reflektierenden Fläche eingesetzt werden. Dar-über hinaus verursachen die optischen Linsen der meisten Lichttaster eine blinde Zone im Hinblick auf kleine Objekte, die sich in kurzem Abstand von der optischen Linse bewegen. Wenn Einweg-Lichtschranken nicht eingesetzt werden können, sollte




zur Erkennung kleiner Teile, die sich in festem Abstand am Sensor vorbeibewegen, ein Lichttaster mit fester Fokussierung eingesetzt werden. Kleine Teile, die sich zufällig (aber in kur-zem Abstand) am Sensor vorbeibewegen, sollten mit einem Weitwinkel-Lichttaster erkannt werden.

4. Die meisten Lichttaster sind im Hinblick auf sie umgebende Verunreinigungen nur wenig tolerant und verlieren ihre Funk-tionsreserve sehr schnell, wenn sich auf den optischen Linsen Schmutz und Feuchtigkeit ansammeln.

5. Wo genaues Zählen wichtig ist, kann der Einsatz von Lichtta-stern problematisch sein. Daher sind Lichttaster keine gute Wahl für Applikationen, in denen ein genaues Zählen von Teilen gefordert wird. Sie sind besonders unzuverlässig hinsichtlich der Erkennung unregelmässiger Oberflächen, Glas oder glän-zenden Objekten, kleiner Teile oder Teile, die sich in unter-schiedlichen Abständen am Sensor vorbeibewegen.

6. Hintergründe, die veränderlich sind oder reflexionsstärker als das Objekt selbst sind, können den Einsatz eines Lichttasters mit Hintergrund-Ausblendung oder eines Weitwinkel-Lichtta-sters erfordern.

Winkel-Lichttaster 1. Zuverlässigkeit der Erkennung: Lichttaster mit fester Fokussierung erfordern, dass sich die zu erkennende Oberfläche im (oder nahe dem) Brennpunktabstand von der optischen Linse des Sensors vorbeibewegt. Vermeiden Sie den Einsatz von Lichttastern mit fester Fokussierung zur Erkennung von Objek-ten, die sich in einem nicht voraussehbaren Abstand am Sensor vorbeibewegen.

Lichttaster mit Hin-

tergrund-Ausblen-

dung

1. Glänzende Oberflächen: Der Strahlwinkel zu einer spiegeln-den (glänzenden) Oberfläche kann die Lage des Abschaltpunk-tes eines Lichttasters mit Hintergrund-Ausblendung beeinflussen.

2. Für den Einsatz in Applikationen mit höheren Geschwindigkei-ten kann es erforderlich sein, dass Objekte sich senkrecht zur Sender/Empfänger-Ebene durch den effektiven Strahl des Sen-sors hindurch bewegen müssen.

Lichttaster mit

fester Fokussierung

1. Der Brennpunkt ist klar festgelegt, was zu einer hervorragen-den Erkennung in diesem Brennpunkt und nur schwacher Erkennung vor oder hinter diesem Brennpunkt führt.

Weitwinkel-

Lichttaster

1. Objekte, die sich bereits abseits an der Seite des Sensors befin-den, können möglicherweise erkannt werden, weil der Öff-nungswinkel der Optik extrem weit ist.

2. Bei der Montage muss darauf geachtet werden, dass der Weit-winkel-Lichttaster nicht in ein Befestigungsloch gelangt und in seinem Betrieb eingeschränkt wird.




7-38


Beispiel 7.1:

Paketerkennung

Mehl

Mehl

Mehl

0185-PE-LT



Lichtwellenleiter-Optik/Nachteile

Lichtwellenleiter-Optik

Lichtwellenleiter-Sensoren ermöglichen die Montage von "Lichtlei-tern", die auch als Lichtwellenleiter-Kabel bezeichnet werden. Vom Sender emittiertes Licht wird durch transparente Fasern innerhalb des Lichtwellenleiters übertragen und tritt am Ende des Lichtwel-lenleiters aus. Das übertragene oder reflektierte Licht wird anschliessend über andere Lichtwellenleiter wieder zum Empfän-ger zurück übertragen.

Lichtwellenleiter können an Stellen montiert werden, die für opto-elektronische Sensoren unzugänglich wären. Sie können an Orten eingesetzt werden, wo hohe Umgebungstemperaturen herrschen, und sie werden für Applikationen verwendet, bei denen hohe Schock- und Schwingfestigkeit oder eine dauernde Bewegung des Tastkopfes gefordert werden (wie weiter unten beschrieben). Licht-wellenleiter können auch zur Erkennung kleiner Objekte eingesetzt werden. Lichtwellenleiter können das schnellste Ansprechverhalten haben.

Lichtwellenleiter-Kabel können für den Einsatz in beliebigen Sen-sor-Betriebsarten konfiguriert werden, z.B. für Einweg-Licht-schranken, Reflexions-Lichtschranken und die verschiedenen Betriebsarten von Lichttastern.

Abb. 7.33:

Einzel-Lichtwellenleiter

Für die Erkennung mittels Einweg-Lichtschranken werden zwei Einzel-Lichtwellenleiter eingesetzt. Auch hier zeigt sich diese Sen-sor-Betriebsart als zuverlässigste Lösung.

Bifilare Lichtwellenleiter werden für die Erkennung mittels Licht-taster oder Reflexions-Lichtschranke eingesetzt.

Abb. 7.34:

Bifilarer Lichtwellenleiter

Die Erkennung mit standardmässigen Reflexions-Lichtschranken ist möglich, nicht jedoch die Erkennung mittels Reflexions-Licht-schranken mit Polarisationsfiltern. Für einige Applikationen kann es notwendig sein, die Empfindlichkeit des Sensors herabzusetzen, um eine streulichtbedingte Erkennung des Objektes zu verhindern.

Die Erkennung mittels Lichttaster mit Lichtwellenleiter ist ver-gleichbar mit der Erkennung mittels optoelektronischer Sensoren, die mit optischen Linsen ausgestattet sind. Mit maximaler Emp-findlichkeit werden diese Sensoren unter Verwendung bifilarer Lichtwellenleiter auch die meisten kleine Objekte erkennen. Eine weitere Methode der Erkennung mittels Lichttaster mit Lichtwel-

0180-PE-LT

0181-PE-LT



Lichtwellenleiter-Optik/Glas

7-40

lenleiter ist der Einsatz von Einzel-Lichtwellenleitern. Die Betriebsarten für Winkel-Lichttaster, Lichttaster mit fester Fokus-sierung und mechanisch konvergierende Lichttaster können durch Ausrichten der Tastköpfe der Lichtwellenleiter auf das Objekt reali-siert werden.

Schwierigere Applikationen profitieren möglicherweise vom Einsatz optionaler optischer Linsen, die passend zu den unterschiedlichen Konfigurationen der Tastköpfe befestigt werden können. Diese opti-schen Linsen "verengen" den gesendeten oder empfangenen Licht-strahl, wodurch die Erkennung entweder auf grössere Entfernungen oder von kleineren Objekten ermöglicht wird.

Sowohl Glas als auch Kunststoff werden in Lichtwellenleitern ein-gesetzt. Glas-Lichtwellenleiter können für Sender mit infrarotem oder sichtbarem Licht eingesetzt werden. Kunststoff-Lichtwellenlei-ter absorbieren infrarotes Licht und können daher am wirksamsten mit sichtbaren roten LEDs eingesetzt werden.

Glas

Glas-Lichtwellenleiter enthalten viele Stränge aus sehr dünnen Glasfasern, die innerhalb einer flexiblen Ummantelung gebündelt wurden.

Glas-Lichtwellenleiter sind typischerweise beständiger als Kunst-stoff-Lichtwellenleiter. Glas-Lichtwellenleiter sind widerstandsfä-hig gegen sehr hohe Temperaturen. Die Standardausführung der Glas-Lichtwellenleiter in einer Ummantelung aus Edelstahl ist spe-zifiziert für bis zu 260°C. Sonderanfertigungen sind erhältlich für Temperaturbelastungen bis zu 480°C.

Bei der Mehrzahl der Glas-Lichtwellenleiter kann zwischen einer flexiblen Ummantelung aus PVC oder Edelstahl gewählt werden. PVC-ummantelte Lichtwellenleiter sind typischerweise preisgün-stiger. Ummantelungen aus Edelstahl führen zu noch höherer Beständigkeit und ermöglichen auch den Einsatz der Lichtwellen-leiter bei höheren Temperaturen.

Kunststoff

Kunststoff-Lichtwellenleiter bestehen typischerweise aus Einzelfa-den-Acrylfasern. Kunststoff-Lichtwellenleiter sind im Vergleich zu den Glas-Lichtwellenleitern weniger beständig, aber dafür auch preisgünstiger.

Kunststoff-Lichtwellenleiter sind geeignet für den Einsatz in Appli-kationen, bei denen der Lichtwellenleiter häufig auftretenden Bie-gebeanspruchungen ausgesetzt ist. Für solche Anwendungen sind auch wendelförmige Kunststoff-Lichtwellenleiter lieferbar.





Vorteile

Die Vorteile von Lichtwellenleitern umfassen:

1. Fähigkeit, durch entfernt installierte Elektronik auch extreme Umgebungsbedingungen zu tolerieren.

2. Hervorragende Eignung auch für Applikationen zur Erkennung kleiner Teile.

3. Einfache Montage auch unter eingeschränkten Platzbedingun-gen.

4. Lichtwellenleiter-Tastköpfe können angeordnet oder fokussiert werden, um die Mehrzahl aller Sensor-Betriebsarten zu ermög-lichen.

Nachteile

Die Nachteile von Lichtwellenleitern umfassen:

1. Kunststoff-Lichtwellenleiter funktionieren am besten mit Sen-soren mit sichtbarem Rotlicht.

2. Glas-Lichtwellenleiter können durch häufiges oder extremes Bewegen des Lichtwellenleiters beschädigt werden.

3. Haben eine sehr begrenzte Reich-/Tastweite.

4. Verunreinigungen in der Betriebsumgebung können möglicher-weise schwerwiegende Zuverlässigkeitsprobleme hinsichtlich der Erkennung verursachen.




7-42


Beispiel 7.1:

Verschluss-Erkennung mittels bifilarem Lichtwellenleiter

Beispiel 7.2:

Werkstückerkennung mittels Einzel-Lichtwellenleiter

0183-PE-LT

0184-PE-LT




7-44

A

Auswahl des Sensors

Im nachfolgend dargestellten Ablauf werden wichtige Fragen angesprochen, die Ihnen helfen, den für Ihre Applikation am besten geeigneten Sensor zu finden.

Auswahl der Technologie

Bevor Sie beginnen:

• Erfahrung und Sachkenntnis des Kunden im Bereich Sensorik können möglicherweise bestimmte Lösungen von vornherein ausschliessen.

• Empfehlen Sie keine Technologie, die vom Anwender bzw. Mon-teur nicht korrekt eingerichtet werden kann.

• Um welche Applikation geht es konkret? Beginnen Sie mit einer vollständigen Beschreibung.

Schritt 1

Ist es eineneue Applikation?

Nein

Ja

Was wurde bereits ohneErfolg ausprobiert?

Erfolglos ausprobierteTechnologien ausschliessen.

Forts. auf Seite 2Schritt 2

Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik A-1

AUSWAHL DES SENSORS


A-2

Ist es eineSicherheitsapplikation?

Forts. auf Seite 3

Ausschluss aller Technologien ausser solchen, die aufdie Erfüllung von Sicherheitsanforderungen ausgelegt sind.

Fliessbandschutz

Sicherheitstür

nur als Redundanz

Seilzugschalter

Schlüsselverriegel.- o.Gelenkverrieg.schalter

Endschalter mitZwangsöffnung

802C

Robotik/Positionierung

Werkzeugmaschine/Verpackung oderDrehzahlsteuerung

Sicherh.Relais700Z

Ist es eineApplikation im Bereich

Bewegungs-steuerung?

Ja

802E, 802F

802A

845A, B, C,D, G

845F, H, K, MP, T, PYInkremental-Encoder

Absolut-EncoderNein

Ja

Nein

Schritt 3

Schritt 2

Auch berücksichtigen:

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Nein

Nein

Nein

Schritt 4


AUSWAHL DES SENSORS


Ist es eineFlüssigkeitspegel-

Anwendung?

Nein

Ja

Ist der Tankvon oben zugänglich?

Forts. auf Seite 4

Nein

JaIst es eine

Applikation zurFüllstanderfassungvon festen Stoffen?

873C

KapazitiverSensor

OptoelektronischerSensor

KapazitiverSensor

Füllstand- undWiderstandserfassung

Ultraschall-Sensor

Soll der Füllstanddurch ein Sichtglasüberwacht werden?

Muss der Füllstanddurch Tankwanderfasst werden?

13DJ3-3000

875CP

Durchgangs-o. Reflexions-LS

875C, 875CP

Kann das Materialnur von oben

überwacht werden?

873C


KapazitiverSensor

KapazitiverSensor


Ultraschall-Sensor

Kann das Material durch zwei Wände überwacht werden?

Kann das Materialnur durch eine Wandüberwacht werden?

Einweg-LSReflexions-LS

875CP

875C, 875CP

Durchgangs-LS

Nein

Ja

Nein

Ja

Schritt 4

Schritt 5

Schritt 6

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Ja

Nein

Nein


AUSWAHL DES SENSORS


A-4

Ist es eineApplikation zur Erkennung

von Druckmarken?

Nein

Ja

Trockene, saubereUmgebung, Objekt

sehr nah?

Forts. auf Seite 5

Nein

JaIst es eineApplikation zur Erkennung

transparenterObjekte?

42CRC, 42FT42KL F/F, 7000 F/F


Trockene, saubereUmgebung, Objektmax. 1m entfernt?

873CUltraschall-Sensor

42GRCOptoelektronischerSensor

Refl.-LS m. PFor 42GRC


875C, 875CPKapazitiverSensor

Sehr feuchteUmgebung?

Erkennung einesnormalen Objektes

Schritt 6

Schritt 7

Schritt 8

Ja

Ja

Ja

Ja


AUSWAHL DES SENSORS


Aus welchemMaterial besteht

das Objekt?

Nichtmetall

Metall

Induktiver Sensor

Optoelektron. Sensor

Ultraschall-Sensor(bis 10 Meter)

Objekt im Abstandvon 0mm bis 50mm?

Objekt im Abstandvon

0mm bis 100mm?

Berührungslos

BerührungsgebundenWelche Betriebsartbevorzugt der Anwender? Endschalter

Schritt 9

Schritt 8

Kapazitiver SensorObjekt im Abstandvon 0mm bis 30mm?

Ja

Ja

Ja

Ja

Nein

Nein

Ab hier hängt die Auswahl der einzusetzenden Technologievon den Objekteigenschaften und deren Erkennbarkeit durch verfügbare Sensortechnologien ab.


AUSWAHL DES SENSORS

Auswahl der Sensor-Lösung

A-6

Auswahl der Sensor-LösungBitte kopieren Sie dieses Formular und faxen Sie es an:Allen-Bradley Product Support Center: +1-978/446-3212Product Support Center EMEA: +41-62/837-2909

Name: _______________________________ Firma: _____________________________Telefon:_______________________________ Adresse: _______________________________Beste Zeit für Anrufe:__________________ Ort: _____________________ PLZ: _____Fax: _________________________________1) Objekt: ______________________ Wie angewendet?_______________________2) Farbe(n): ___________________________3) Texture(n): _________________________ Reflektierend? _________________________4) Geschwindigkeit:_____________________Objekte/min m/sec andere _________

(Zutreffendes bitte ankreuzen)5) Wie nah kann der Sensor am Objekt plaziert werden?__________________________6) Wo kann der Sensor plaziert werden? über unter einseitig auf beiden Seiten7) Was soll erreicht werden?_____ Dicke auf ± _____________ mm halten. (FLUSSDIAGRAMM) _____ Position auf ± _____________ mm bestimmen.

_____ Anwesenheit v. Objekt m. _____ Grösse erkennen._____ Dicke/Tiefe/Abstd m. ± ___ Auflösung bestimmen._____ Objekte mit ________________ Grösse zählen._____ Andere ______________________________________

8) Warum ist dies wichtig?____________________________________________________________________________________________________________________________________

9) Andere Lösungen vorher ausprobiert? ______________________________________________________________________________________________________________________

10) Betriebsumgebung (Staub, hohe/tiefe Temp., Korrosion/Chemikalien/Wasser, etc.) ______________________________________________________________________________11) Gibt es irgendwelche Einschränkungen hinsichtlich der Grösse des Sensors? ____12) Welche Stromversorgungen stehen zur Verfügung? _____ 120V AC _____ 24V DC13) Wird eine Zeit-/Logik-Verzögerungsfunktion benötigt? _________________________14) Irgendwelche anderen relevanten Informationen/Daten? ____________________________________________________________________________________________________


B

IEC- und NEMA-Gehäuse

IEC-Gehäuse

Schutzgrad

Die IEC-Publikation 529 beschreibt genormte Schutzgrade, denen das Gehäuse eines Produkts entspricht, wenn das Produkt vor-schriftsmässig installiert ist.

Zusammenfassung

Die Publikation definiert Schutzgrade in Bezug auf:

• Personen• Geräte innerhalb des Gehäuses• Eindringen von Wasser

Die Publikation enthält keine Definitionen über:

• Schutz vor Explosionsgefahr• Schutz vor Umwelteinflüssen (z.B. Feuchtigkeit, Gase oder

aggressive Flüssigkeiten, Pilzbefall, eindringendes Ungeziefer)

Hinweis: Die IEC-Prüfungsanforderungen in Bezug auf den Schutzgrad vor eindringenden Flüssigkeiten beziehen sich lediglich auf Wasser. Produkte im aktuellen Katalog, die einen hohen Schutz-grad in Bezug auf eindringende Flüssigkeiten haben, sind in den meisten Fällen mit Dichtungen aus Nitril ausgestattet. Diese wei-sen einen guten Widerstand gegen eine Vielfalt von Ölen, Kühlmit-teln und Schneidflüssigkeiten auf. Einige Schmiermittel, Hydraulikflüssigkeiten und Lösungsmittel können Nitril und andere Polymere jedoch schwer beschädigen. Einige der im Katalog enthaltenen Produkte sind mit Dichtungen aus Viton oder anderen Materialien, die einen höheren Widerstand gegen derartige Flüssig-keiten aufweisen, lieferbar. Für spezifische Auskünfte hierzu kon-taktieren Sie bitte das Allen-Bradley Verkaufsbüro in Ihrer Nähe.

Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik B-1

IEC- UND NEMA-GEHÄUSE

IEC-Gehäuse/Gehäuseklassifizierung gemäss IEC

B-2

Gehäuseklassifizierung gemäss IEC

Der Schutzgrad wird durch zwei Buchstaben IP (International Pro-tection) und zwei Ziffern angegeben. Die internationale Norm IEC 529 enthält Beschreibungen und entsprechende Prüfungsanforde-rungen, welche den Schutzgrad der einzelnen Ziffern definieren. Die folgende Tabelle gibt den allgemeinen Schutzgrad an - bitte beachten Sie hierzu auch den Abschnitt "Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen für IEC-Gehäuse" weiter unten. Für die vollständigen Prüfungsanforderungen beachten Sie bitte die IEC 529.

Tabelle 7.3: Gehäuseschutzgrade nach IEC

Erste Ziffer � Zweite Ziffer �

Schutz vor Zugriff auf Gefahrenteile und Eindringen fester Fremdkörper

Schutz vor Eindringen von Wasser gem. IEC 529 Prüfungsbedingungen

0 Kein Schutz 0 Kein Schutz

1 Handrücken; Objekte mit mehr als 50mm Durchmesser

1 Vertikal fallende Wassertropfen

2 Finger; Objekte mit mehr als 12,5mm Durchmesser

2 Vertikal fallende Wassertrop-fen, während Gehäuse um 15° gekippt ist

3 Werkzeuge oder Objekte mit mehr als 2,5mm Durchmesser

3 Sprühwasser

4 Werkzeuge oder Objekte mit mehr als 1,0mm Durchmesser

4 Spritzwasser

5 Staubschutz (Staub darf in spez. Prüfung zwar eindringen, jedoch nicht den Gerätebetrieb stören bzw. die Sicherheit beeinträchtigen)

5 Strahlwasser

6 Staubdicht (am Ende der Prü-fung ist im Inneren des Gehäu-ses kein Staub feststellbar)

6 Hochdruck-Strahlwasser

7 Vorübergehendes Eintauchen

8 Dauerndes Eintauchen

Beispiel: IP41 beschreibt ein Gehäuse, das unter spezifischen Prüfungsbedingungen das Eindringen von Werkzeugen oder Objekten mit einem Durchmesser von mehr als 1mm verhindert und Schutz vor vertikalem Tropfwasser bietet.

Hinweis: Die erste und zweite Ziffer (bis einschl. Wert 6) bedeuten, dass das Gehäuse auch die Prüfungsanforderungen aller darunterliegenden Kennwerte (erste bzw. zweite Ziffer) erfüllt. Wenn die zweite Ziffer den Wert 7 o. 8 hat, bedeutet dies jedoch nicht automatisch, dass das Gerät Strahlwasser (zweite Ziffer 5 o. 6) stand-hält, es sei denn, auch dieser Schutzgrad wird spezifisch angegeben (z.B. IP_5/IP_7).

� Laut IEC-Norm ist die Verwendung bestimmter Zusatzbuchstaben mit den Kennziffern zulässig. Eine Erklärung dieser Buchstaben finden Sie in IEC 529.



IEC-Gehäuse/Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen f. IEC-Gehäuse

Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen f. IEC-Gehäuse

(Für vollständige Prüfungsanforderungen beachten Sie bitte die IEC 529 - z.B. Konfiguration der Prüfeinrichtungen, Toleranzen usw.)

Prüfungen des Schut-

zes vor Zugriff auf

Gefahrenteile (erste

Kennziffer)

Die erste Kennziffer der IP-Nummer zeigt an, welche der folgenden Prüfungen in Bezug auf den Schutz vor Zugriff auf Gefahrenteile das Gerät bestanden hat. Die Ziffer zeigt ausserdem bestandene Prüfungen in Bezug auf den Schutz vor dem Eindringen fester Fremdkörper an.

Der Schutz vor dem Zugriff auf Gefahrenteile gilt als hinreichend, wenn zwischen der Zugriffssonde und den Gefahrenteilen ein aus-reichender Abstand gewahrt ist. Bei Spannungen unter 1000V AC und 1500V DC darf die Zugriffssonde keine unter Strom stehenden Gefahrenteile berühren können. Bei Spannungen über 1000V AC und 1500V DC muss das Gerät spezifische dielektrische Prüfungen bestehen können, bei denen sich die Zugriffssonde an der ungün-stigsten Position befindet.

IP0_ — Keine Prüfung erforderlich.

IP1_ — Eine feste Kugel mit einem Durchmesser von 50mm darf durch keine Öffnung passen. Kraftaufwand = 50N.

IP2_ — Ein mit Gelenken versehener Testfinger (80mm Länge, 12mm Durchmesser) kann in voller Länge eindringen, hat jedoch in sämtlichen möglichen Positionen und unter allen Gelenkwinkeln bis 90° ausreichenden Abstand von unter Strom stehenden Gefahrenteilen (siehe oben). Kraftauf-wand = 10N.

IP3_ — Ein Teststab (2,5mm Durchmesser) kann nicht eindringen und hat ausreichenden Abstand zu unter Strom stehenden Gefahrenteilen (siehe oben). Kraftaufwand = 3N.

IP4_ — Ein Testdraht (1mm Durchmesser) kann nicht eindringen und hat ausreichenden Abstand zu unter Strom stehenden Gefahrenteilen. Kraftaufwand = 1N.






B-4


zes vor festen Fremd-

körpern (erste

Kennziffer)

Wenn die erste Kennziffer den Wert 1, 2, 3 oder 4 hat, besteht aus-reichender Schutz vor festen Fremdkörpern, wenn der volle Durch-messer der oben genannten Sonde durch keine Öffnung passt. Beachten Sie, dass bei den Werten 3 und 4 der ersten Kennziffer Fremdobjekte simuliert werden, die rund sein können. Wenn auf-grund der Form der Zugangsöffnung Zweifel über das Eindringen eines runden beweglichen Objekts bestehen, müssen ggf. Zeichnun-gen näher untersucht oder ein spezieller Zugriff für die Sonde geschaffen werden. Akzeptanzkriterien für die Werte 5 und 6 der ersten Kennziffer finden Sie im folgenden Abschnitt.

IP0_ — Keine Prüfung erforderlich.

IP1_ — Der volle Durchmesser einer festen Kugel mit einem Durch-messer von 50mm darf durch keine Öffnung passen. Kraft-aufwand = 50N.

IP2_ — Der volle Durchmesser einer festen Kugel mit einem Durch-messer von 12,5mm darf durch keine Öffnung passen. Kraftaufwand = 30N.

IP3_ — Der volle Durchmesser einer festen Kugel mit einem Durch-messer von 2,5mm darf durch keine Öffnung passen. Kraft-aufwand = 3N.

IP4_ — Ein fester Stahldraht (Durchmesser 1mm) darf durch keine Öffnung passen. Kraftaufwand = 1N.

IP5_ — Das zu prüfende Gerät wird in einer Staubkammer gete-stet, in der es Talkum-Puder unter Druck ausgesetzt wird. Das Talkum-Puder ist so beschaffen, dass es durch ein Sieb mit quadratischen Maschen bei einem Drahtdurchmesser von 50µm und einem Drahtabstand von 75µm dringen kann.

Gehäuse, die für Geräte mit thermozyklischen Effekten ausgelegt sind (Kategorie 1), werden zunächst mit einer Vakuumpumpe auf einen Unterdruck, bezogen auf die umgebende Atmosphäre, gebracht: maximaler Unterdruck = 2kPa; maximale Extraktionsrate = 60 Gehäusevolumen/h. Ist eine Extraktionsrate von 40 bis 60 Gehäusevolumen/h erzielt, so wird die Prüfung fortgesetzt, bis 80 Gehäuse-volumen extrahiert wurden oder 8 Stunden verstrichen sind. Wenn die Extraktionsrate geringer als 40 Gehäusevo-lumen/h bei einem Unterdruck von 20kPa ist, beträgt die Prüfungsdauer 8 Stunden.

Gehäuse, die für Geräte ohne thermozyklische Effekte aus-gelegt sind und durch entsprechende Produktnormen für Kategorie 2 ausgewiesen sind, werden 8 Stunden lang ohne Vakuumpumpe geprüft.

Der Schutz ist ausreichend, wenn sich das Talkum-Puder nicht in ausreichender Menge bzw. an entsprechenden Stel-




len angesammelt hat, an denen er (genau wie anderer Staub) den ordnungsgemässen Betrieb des Gerätes oder die Sicherheit beeinträchtigen kann. Ausserdem darf sich kein Staub an Stellen angesammelt haben, an denen der Staub zu Kriechströmen führen kann.

IP6_ — Alle Gehäuse werden wie Kategorie 1 geprüft (s.a. IP5). Der Schutz ist ausreichend, wenn am Ende des Tests im Innenraum des Gehäuses kein Staubniederschlag feststell-bar ist.


zes vor Wasser

(zweite Kennziffer)

Die zweite Kennziffer der IP-Nummer zeigt an, welche der folgen-den Prüfungen das Gerät in Bezug auf den Schutz vor Wasser bestanden hat. Bei den Ziffern 1 bis 7 ist der Schutz ausreichend, wenn eventuell eingedrungenes Wasser den erfolgreichen Betrieb des Gerätes nicht beeinträchtigt, keine unter Spannung stehenden Teile, die nicht für den Nassbetrieb ausgelegt sind, erreicht und sich ausserdem nicht in der Nähe eines Kabeleinlasses bzw. im Inneren eines Kabels ansammelt. Die zweite Ziffer kann nur dann den Wert 8 erhalten, wenn kein Wasser in das Gehäuse eingedrungen ist.

IP_0 — Keine Prüfung erforderlich.

IP_1 — Wasser tropft aus einem Tropfgefäss auf das Gehäuse. Die Öffnungen des Tropfgefässes bilden ein quadratisches Muster mit einem Abstand von je 20mm. Die Tropfrate beträgt 1mm/min. Das Gehäuse wird unterhalb des Tropf-gefässes in seiner normalen Betriebsposition angebracht. Testdauer: 10min.

IP_2 — Wasser tropft aus einem Tropfgefäss auf das Gehäuse. Die Öffnungen des Tropfgefässes bilden ein quadratisches Muster mit einem Abstand von je 20mm. Die Tropfrate beträgt 3mm/min. Das Gehäuse wird unterhalb des Tropf-gefässes in 4 festen Positionen angebracht, die um 15° von der normalen Betriebsposition versetzt sind. Testdauer: 2,5min pro Position.

IP_3 — Wasser wird in einem Winkel von 60° zur Vertikalen auf alle Seiten des Gehäuses gesprüht. Hierbei wird eine oszil-lierende Röhre mit einem Sprühdüsenabstand von 50mm verwendet (bei grösseren Gehäusen wird die Düse manuell geführt). Durchflussrate bei oszillierender Röhre: 0,07 l/min pro Düse x Düsenzahl; bei manueller Düse: 10 l/min. Testdauer bei oszillierender Röhre: 10min, bei manueller Düse: 1 min/m2 Gehäusefläche, mindestens 5min.

IP_4 — Identisch mit Prüfung für IP_3, doch wird ein Sprühwinkel von 180° zur Vertikalen verwendet.

IP_5 — Das Gehäuse wird aus allen praktisch vertretbaren Rich-tungen mit einem Wasserstrahl besprüht. Rate: 12,5 l/min,




B-6

Düse 6,3mm, Abstand 2,5 bis 3m, Testdauer = 1 min/m2 Gehäusefläche, mindestens 3min.

IP_6 — Das Gehäuse wird aus allen praktisch vertretbaren Rich-tungen mit einem Wasserstrahl besprüht. Rate: 100 l/min, Düse 12,5mm, Abstand 2,5 bis 3m, Testdauer = 1 min/m2 Gehäusefläche, mindestens 3min.

IP_7 — Gehäuse wird in seiner Betriebsposition 30min. lang in Wasser eingetaucht. Bei Gehäusen mit einer Höhe unter 850mm ist der tiefste Punkt 1000mm unter der Wasser-oberfläche. Bei Gehäusen mit einer Höhe über 850mm ist der höchste Punkt 150mm unter der Wasseroberfläche.

IP_8 — Testbedingungen werden zwischen Hersteller und Anwen-der abgestimmt, doch müssen diese mindestens so streng wie die Bedingungen für IP_7 sein.



NEMA-Gehäuse/Spezifizierung des richtigen Gehäuses für Motorsteuerungen

NEMA-Gehäuse

Spezifizierung des richtigen Gehäuses für Motorsteuerungen

Typ 1

Allzweck-

Gehäuse

Oberflächenmontage

Gehäuse des Typs 1 sind für die Verwendung in geschlossenen Räu-men konstruiert und bieten in erster Linie Schutz vor Kontakt mit den darin eingeschlossenen Geräten an Orten, an denen keine ungewöhnlichen Bedingungen vorhanden sind. Zu bestehende Prü-fungen: Stabeindringung und Rostfestigkeit. Sie sind aus Stahl-blech gefertigt, das rostabweisend behandelt wurde.

Typ 1

Bündigmontage

Bündig montierbar für die Installation in Maschinenrahmen oder auf vergipsten Wänden. Diese Gehäuse sind für ähnliche Anwen-dungen wie Typ 1 für Oberflächenmontage konstruiert und müssen dieselben Prüfungen bestehen.

Typ 3 Gehäuse des Typs 3 sind für die Verwendung ausserhalb geschlos-sener Räume konstruiert und bieten in erster Linie einen gewissen Schutz vor Schwebestaub sowie vom Wind getriebenem Regen und Eisregen. Sie dürfen nicht durch Eisakkumulation auf dem Gehäuse beschädigt werden. Zu bestehende Prüfungen: Regen (1), externe Vereisung (2), Staub, Rostfestigkeit. Sie bieten keinen Schutz vor Bedingungen wie Staub, interner Kondensation oder interner Vereisung.

Typ 3R Gehäuse des Typs 3R sind für die Verwendung ausserhalb geschlos-sener Räume konstruiert und bieten in erster Linie einen gewissen Schutz vor fallendem Regen. Sie dürfen nicht durch Eisakkumula-tion auf dem Gehäuse beschädigt werden. Zu bestehende Prüfun-gen: Stabeindringung, Regen (3), externe Vereisung (2) und Rostfestigkeit. Sie bieten keinen Schutz vor Bedingungen wie inter-ner Kondensation oder interner Vereisung.

Typ 4 Gehäuse des Typs 4 sind für die Verwendung inner- und ausserhalb geschlossener Räume konstruiert und bieten in erster Linie einen gewissen Schutz vor Flugstaub, vom Wind getriebenem Regen, Spritzwasser und Strahlwasser. Sie dürfen nicht durch Eisakkumu-lation auf dem Gehäuse beschädigt werden. Zu bestehende Prüfun-gen: Strahlwasser, Staub, externe Vereisung (2) und Rostfestigkeit. Sie bieten keinen Schutz vor Bedingungen wie interner Kondensa-tion oder interner Vereisung. Je nach Typ und Grösse sind diese Gehäuse aus dickem Edelstahl, Gussaluminium oder dickem Stahl-blech gefertigt. Die Abdeckung hat eine Dichtung aus Kunstkau-tschuk.




B-8

Typen

3R, 7 & 9

Unilock-

Abdekkung für

Gefahrenzone

Dieses Gehäuse ist aus kupferfreiem Aluminium (Kupfergehalt <0,1%) gefertigt, und das gesamte Gehäuse (einschliesslich Innen-raum und Flanschbereiche) ist bronzechromatisiert. Ausserdem sind die Aussenflächen mit einer speziellen Epoxidschicht grundiert und zum Zwecke erhöhter Korrosionsfestigkeit mit einer aliphati-schen Urethanfarbe gespritzt. Das V-Band ermöglicht das einfache Abnehmen der Abdeckung für Inspektionen und Vor-Ort-Modifika-tionen. Zu bestehende Prüfungen: identisch mit Typ 3R, Typ 7 bzw. Typ 9. Für Anwendungen des Typs 3R ist ausserdem ein Wasserab-lauf erforderlich.

Typ 4X

Nicht-

metallisches,

korrosionsfestes,

glasfaserverstärktes

Polyester

Gehäuse des Typs 4X sind für die Verwendung innerhalb und aus-serhalb geschlossener Räume konstruiert und bieten in erster Linie einen gewissen Schutz vor Korrosion, Flugstaub, vom Wind getrie-benem Regen, Spritzwasser und Strahlwasser. Sie dürfen nicht durch Eisakkumulation auf dem Gehäuse beschädigt werden. Zu bestehende Prüfungen: Strahlwasser, Staub, externe Vereisung (2) und Rostfestigkeit. Sie bieten keinen Schutz vor Bedingungen wie interner Kondensation oder interner Vereisung. Das Gehäuse besteht aus glasfaserverstärktem Polyester mit einer Dichtung aus Kunstkautschuk zwischen Abdeckung und Basis. Es eignet sich ideal für Branchen wie chemische Industrie oder Papiermühlen.

Typ 6P Gehäuse des Typs 6P sind für die Verwendung innerhalb und aus-serhalb geschlossener Räume konstruiert und bieten in erster Linie einen gewissen Schutz vor längerem Eintauchen in Wasser mit geringer Tiefe. Sie dürfen nicht durch Eisakkumulation auf dem Gehäuse beschädigt werden. Zu bestehende Prüfungen: Luftdruck, externe Vereisung (2), Strahlwasser und Rostfestigkeit. Sie bieten keinen Schutz vor Bedingungen wie interner Kondensation oder interner Vereisung.

Typ 7

Verschraubtes

Gehäuse für

Umgebungen mit

gefährlichen Gasen

Gehäuse des Typs 7 sind für die Verwendung innerhalb geschlosse-ner Räume gemäss NEC (National Electrical Code) Klasse I, Gruppe C oder D konstruiert. Sie halten dem Druck einer internen Explosion der spezifizierten Gase stand und dämmen eine derartige Explosion so weit ein, dass ein explosives Gas/Luft-Gemisch im Umfeld des Gehäuses nicht entzündet wird. Wärmeerzeugende Geräte im Inneren des Gehäuses sind so beschaffen, dass die exter-nen Flächen des Gehäuses keine Temperaturen erreichen, welche zur Entzündung eines explosiven Gas/Luft-Gemisches in der umge-benden Atmosphäre führen können. Zu bestehende Prüfungen: Explosion, Hydrostatik und Temperatur. Beschichtet mit einer spe-ziellen korrosionsfesten, grauen Lackfarbe.

Typ 9

Für Umgebun-

gen mit Staub-

explosionsgefahr

Gehäuse des Typs 9 sind für die Verwendung innerhalb geschlosse-ner Räume gemäss NEC Klasse II, Gruppe E, F oder G konstruiert. Sie verhindern das Eindringen von Staub. Wärmeerzeugende Geräte im Inneren des Gehäuses sind so beschaffen, dass die exter-nen Flächen des Gehäuses keine Temperaturen erreichen, welche zur Entzündung oder Verfärbung von Staub auf dem Gehäuse oder




zur Entzündung eines Staub/Luft-Gemisches in der umgebenden Atmosphäre führen können. Zu bestehende Prüfungen: Staubein-dringung, Temperatur, Alterung der Dichtungen. Beschichtet mit einer speziellen korrosionsfesten, grauen Lackfarbe.

Typ 12 Gehäuse des Typs 12 sind für die Verwendung in geschlossenen Räumen konstruiert und bieten in erster Linie einen gewissen Schutz vor Staub, fallendem Schmutz und tropfenden, nicht korro-dierenden Flüssigkeiten. Sie erfüllen Tropf- (1), Staub- und Rostfe-stigkeitsprüfungen. Sie bieten keinen Schutz vor Bedingungen wie interner Kondensation.

Typ 13 Gehäuse des Typs 13 sind für die Verwendung in geschlossenen Räumen konstruiert und bieten in erster Linie einen gewissen Schutz vor Staub und versprühtem Wasser, Öl und nicht-korrodie-renden Kühlflüssigkeiten. Sie erfüllen Prüfungen in Bezug auf Ölausschluss und Rostfestigkeit. Sie bieten keinen Schutz vor Bedingungen wie interner Kondensation.

Gehäuse Eine kurze Beschreibung der von Rockwell Automation/Allen-Brad-ley angebotenen Gehäusetypen finden Sie weiter unten. Definitio-nen, Beschreibungen und Testkriterien finden Sie in der Veröffentlichung "National Electrical Manufacturers Association (NEMA) Standards Publication No. 250." Die verfügbaren Gehäuse-typen sowie zusätzliche Informationen über diese Beschreibungen finden Sie unter den einzelnen Produktbeschreibungen im Rockwell Automation/Allen-Bradley Katalog.

Hinweis: Das Gehäuse schützt Geräte normalerweise nicht vor Bedingungen wie Kondensation, Vereisung, Korrosion oder Verschmutzung, die innerhalb des Gehäuses auftreten oder über eine Verschraubung oder eine unabgedichtete Öffnung eindringen. Es obliegt dem Benutzer, entspre-chende Massnahmen zu ergreifen, die solche Bedingungen verhindern, und sicherzustellen, dass das Gerät ausrei-chend geschützt ist.

� Bewertungskriterium: im spezifizierten Test drang kein Wasser in das Gehäuse ein.

� Bewertungskriterium: Keine Beschädigung, nachdem das im spezifizierten Test akkumulierte Eis geschmolzen ist. (Hinweis: Es ist nicht erforderlich, dass das Gerät auch mit Eisakkumulation betriebsbereit ist.)

� Bewertungskriterium: Kein Wasser erreicht unter Span-nung stehende oder bewegliche Teile, Isolierungen oder Mechanismen.



NEMA-Gehäuse/Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen für NEMA-Gehäuse

B-10

Auswahlkriterien

� Bitte beachten Sie die "Verkürzte Beschreibung der Prü-fungsanforderungen für NEMA-Gehäuse" weiter unten. Für vollständige Prüfungsanforderungen beachten Sie bitte die NEMA Standards Publication No. 250.

� Ungefährliche Materialien, nicht Klasse III zündfähig oder feuergefährlich.

Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen für NEMA-Gehäuse

6.2 Stabeindringtest—Ein Stab mit einem Durchmesser von 1/8 Zoll darf nicht in das Gehäuse eindringen können, ausser an Stellen, wo die am nächsten gelegene stromführende Kompo-nente mehr als 4 Zoll von einer Öffnung entfernt ist - eine sol-

Tabelle 7.4: Gehäuse für den Einsatz in ungefährdeten Bereichen

Für einen Grad

an Schutz gegen:

Konstr.

zur Erfül-

lung v.

Prüf.-Nr. �

Typ

Innerhalb

geschl. Räume

Ausserhalb

geschl.

Räume

Innerh. u. ausserh.

1 12 13 3R 3 4 4X 6P

Zufälliger Kontakt mit Geräten inner-halb des Gehäuses

6.2 √ √ √ √ √ √ √ √

Herabfallender Schmutz 6.2 √ √ √ √ √ √ √ √

Rost 6.8 √ √ √ √ √ √ √ √

Zirkulierende(r)/umlaufende(r) Staub, Kartenstaub, Fasern und Schwe-bestaub �

6.5.1.2 (2) √ √ √ √ √ √

Windgetriebener Staub 6.5.1.1 (2) √ √ √ √

Herabfallende Flüssigkeiten und leichte Spritzer

6.3.2.2 √ √ √ √ √ √

Regen (Prüfung evaluiert nach 5.4.2.1) 6.4.2.1 √ √ √ √ √

Regen (Prüfung evaluiert nach 5.4.2.2) 6.4.2.2 √ √ √ √

Schnee und Schneeregen 6.6.2.2 √ √ √ √ √

Strahl- und Spritzwasser 6.7 √ √ √

Gelegentliches längeres Eintauchen 6.11 (2) √

Eindringen von Öl- und Kühlmittel 6.3.2.2 √ √

Sprühen und Spritzen von Öl- und Kühlmittel

6.12 √

Korrosive Mittel 6.9 √ √ √ √




che Öffnung darf das Eindringen eines Stabes mit ½ Zoll Durchmesser nicht gestatten.

6.3 Tropftest—Wasser wird 30 Minuten lang aus einem über dem Gehäuse montierten Tropfgefäss mit in gleichmässigem Abstand angeordneten Tropföffnungen auf das Gehäuse trop-fen gelassen, wobei sich eine Tropföffnung pro 20 Quadratzoll des Tropfgefässes befindet und jede Tropföffnung eine Tropf-rate von 20 Tropfen pro Minute hat. Evaluation 6.3.2.2: Es darf kein Wasser in das Gehäuse eingedrungen sein.

6.4 Regentest—Die gesamte Oberseite und alle Aussenseiten werden mit Wasser bestrahlt. Dies erfolgt mittels Düsen und bei einem Druck von 5psi. Der Test dauert 1 Stunde und bei einem Wasserdurchsatz, der dazu führt, dass das in einem unter dem betroffenen Gehäuse angeordneten geradwandigen Behälter gesammelte Wasser um 18 Zoll (ca. 46cm) ansteigt. Bewertung 6.4.2.1: Es darf kein Wasser stromführende Kompo-nenten, die Isolation oder Mechanismen erreicht haben. Bewertung 6.4.2.2: Es darf kein Wasser in das Gehäuse einge-drungen sein.

6.5.1.1 (2) Aussenbereich-Staubtest (Alternativmethode)— Das Gehäuse und die externen Mechanismen werden einem Wasserstrom ausgesetzt, der mit 45 Gallonen (US-Hohlmass 1 Gallone = 3,7854 Liter, US-Trockenhohlmass 1 Gallone = 4,41 Liter) pro Minute aus einer Düse mit einem Durchmesser von 1 Zoll (1 Zoll bzw. 1 inch = 25,4mm) kommt und aus einem Abstand von 10 bis 12 Fuss (1 Fuss bzw. 1 ft = 0,30480m) aus allen Winkeln auf alle Gelenke gerichtet wird. Die Testdauer beträgt 48 Sekunden multipliziert mit der Testlänge (Höhe x Breite x Tiefe des Gehäuses in Fuss) bzw. einer Mindestdauer von 5 Minuten. Es darf kein Wasser in das Gehäuse eindrin-gen.

6.5.1.2 (2) Innenbereich-Staubtest (Alternativmethode)—Zer-stäubtes Wasser wird aus einer Entfernung von 12 bis 15 Zoll bei einem Durchsatz von drei Gallonen pro Stunde und bei einem Druck von 30psi auf alle Nähte, Gelenke und externe Funktionsmechanismen gesprüht. Nicht weniger als 5 Unzen (1 ounce bzw. 1 oz = 28,3495g) Wasser pro linearem Fuss (1 linearer Fuss bzw. 1 lin.ft = 0,30480m) der Testlänge (Höhe x Breite x Tiefe des Gehäuses in Fuss) wird verwendet. Es darf kein Wasser in das Gehäuse eindringen.

6.6 Externer Vereisungstest—In einem kalten Raum (2°C) wird eine Stunde lang Wasser auf das Gehäuse gesprüht. Dann wird die Raumtemperatur auf ungefähr -5°C abgesenkt und das Wassersprühen wird so lange gesteuert, dass eine Eisbildung mit einer Rate von ¼ Zoll pro Stunde fortgesetzt wird, bis sich auf der Oberseite eines Metallprüfstabes mit einem Durchmes-ser von 1Zoll eine Eisschicht mit einer Dicke von ¾ Zoll gebil-det hat. Dann wird die Temperatur 3 Stunden lang auf -5°C




B-12

gehalten. Bewertung 6.6.2.2: Nach dem Schmelzen des Eises muss die Ausrüstung unbeschädigt sein (externe Mechanismen müssen während der Eisakkumulation nicht betriebsbereit sein).

6.7 Strahlwassertest—Das Gehäuse und die externen Mechanis-men werden einem Wasserstrahl ausgesetzt, der mit 65 Gallo-nen pro Minute aus einer Düse mit einem Durchmesser von 1 Zoll austritt und aus einem Abstand von 10 bis 12 Fuss aus allen Winkeln auf alle Gelenke gerichtet wird. Die Testdauer beträgt 48 Sekunden multipliziert mit der Testlänge (Höhe x Breite x Tiefe des Gehäuses in Fuss) bzw. einer Mindestdauer von 5 Sekunden. Es darf kein Wasser in das Gehäuse eindrin-gen.

6.8 Rostbeständigkeitstest (nur anwendbar bei Gehäusen, die über externe eisenhaltige Teile verfügen)—Das Gehäuse wird für die Dauer von 24 Stunden einem Salzsprüh-nebel ausgesetzt, wobei Wasser und Salz (NaCl) im Gewichts-verhältnis 5:1 und der Test bei einer Umgebungstemperatur von 35°C durchgeführt wird. Dann wird das Gehäuse abgespült und getrocknet. Im Ergebnis darf kein Rost auftreten, es sei denn, dass der Schutz hierfür ungeeignet ist (z.B. maschinell bearbeitete Berührungsflächen, Gleitoberflächen von Kippvor-richtungen und Wellen usw.).

6.9 Korrosionsschutz—Gehäuse aus Stahlblech werden nach UL 50, Teil 13 evaluiert (Test für gleichwertigen Schutz wie G-90 für handelsübliches zinkbeschichtetes Stahlblech). Andere Materialien nach UL 508, 6.9 oder 6.10.

6.11 (2) Luftdrucktest (Alternative Methode)—Das Gehäuse wird für die Dauer von 24 Stunden bei einem Druck, der einer Wassertiefe von sechs Fuss entspricht, in Wasser eingetaucht. Es darf kein Wasser in das Gehäuse eindringen.

6.12 Ölausschlusstest—Das Gehäuse wird für die Dauer von 30 Minuten dem Strom einer Testflüssigkeit ausgesetzt, wobei eine Düse mit 3/8 Zoll Durchmesser verwendet wird und zwei Gallonen pro Minute fliessen. Wasser mit einem 0,1-prozenti-gen Klarspüler wird aus einem Abstand von 12 bis 18 Zoll aus allen Winkeln gespritzt, während jedes extern bediente Gerät mit 30 Operationen pro Sekunde in Betrieb ist. Es darf keine Testflüssigkeit in das Gehäuse eindringen.




Auswahlkriterien

� Nur für den Einsatz innerhalb geschlossener Räume, sofern nicht mit zusätzlichen NEMA-typischen Gehäuse-nummer(n) katalogisiert, die sich für den Einsatz in Aus-senbereichen eignen, wie in der Tabelle auf Seite B-9 dargestellt. Einige Steuergeräte (falls im Katalog ent-sprechend angegeben) eignen sich in Gehäusen für unge-fährliche Bereiche für den Einsatz entsprechend Division 2 Gefahrenbereich. Für nähere Informa-tionen zu KLASSEN, DIVISIONEN und GRUPPEN beachten Sie bitte den National Electrical Code (NEC). Hinweis: Klassifizierungen von gefährlichen Bereichen unterliegen der Zustimmung der rechtlich zuständigen Behörde. Beachten Sie bitte den National Electrical Code (NEC) bzw. VDE-Richtlinien.

� Beachten Sie bitte die verkürzte Beschreibung der Prü-fungsanforderungen weiter unten. Für eine vollständige Zusammenstellung aller Spezifikationen beachten Sie bitte UL Standard 698, für die nach NEMA-Gehäusenor-men Konformität gefordert wird.

Tabelle 7.5: Gehäuse für den Einsatz in ungefährlichen Bereichen

Für einen Grad an Schutz

gegen

Einwirkungen der Umgebungs-

luft, die folgende Stoffe ent-

hält: �

Relevante

Tests Nr. �

Klasse

(NEC /

VDE)

Typ

7, Klasse I, Gruppe9, Klasse II,

Gruppe

A B C D E F G

Acetylen

Explosion, Wasserdruck

undTemperatur

I √

Wasserstoff, Industriegase I √ √

Diethylether, Ethylen, Schwefelwas-serstoffsäure

I √

Aceton, Butan, Motorenbenzin, Pro-pan, Toluol

I √ √

Metallstaub und sonstiger feuerge-fährlicher Staub mit einem Wider-

stand, der kleiner als 105 Ohm/cm ist.

Staubeinlei-tung und

Temperatur-test mit

Staubnieder-schlag

II √

Carbon Black (Russ) Staub, Holz-kohlestaub, Kohlestaub oder Koks-staub mit einem Widerstand zwischen 102 und 108 Ohm/cm

II √

Feuergefährlicher Staub mit einem

Widerstand von 105 Ohm/cm oder höher.

II √

Schwebfasern � III √



NEMA-Gehäuse/Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen nach UL Norm 698

B-14

� Für eine Auflistung weiterer Materialien und Informatio-nen hinsichtlich der Eigenschaften von Flüssigkeiten, Gasen und Festkörpern beachten Sie bitte NFPA 497M-1991 (National Fire Protection Association), Klassifizie-rung von Gasen, Dämpfen und Staubarten für elektrische Ausrüstung in entsprechend eingestuften Gefahrenberei-chen.

� UL 698 beinhaltet keine Prüfungsanforderungen für Klasse III. Für Produkte, die die Klasse II erfüllen, sind Gruppe G Anforderungen akzeptabel für Klasse III.

Verkürzte Beschreibung der Prüfungsanforderungen nach UL Norm 698

Explosionstest—Während einer Testserie, bei der Gas/Luft-Gemi-sche des spezifischen Gases über dessen Bereich explosiver Konzen-trationen im Inneren des Gehäuses gezündet werden, verhindert das Gehäuse den Austritt von Flammen oder Funken, die in der Lage wären, ein das Gehäuse umgebendes ähnliches Gas/Luft-Gemisch zu zünden. Darüber hinaus dürfen Gehäuse bzw. darin enthaltene elektrischen Komponenten und Mechanismen nicht beschädigt werden.

Hydrostatiktest—Für die Dauer einer Minute muss das Gehäuse einem Hydrostatiktest standhalten, der auf folgenden Vielfachen des maximalen, während der Explosionstests erreichten internen Explosionsdruckes basiert: vierfacher Wert ohne Bruch bzw. blei-bende Deformation für Gussmetall und zweifacher Wert ohne blei-bende Deformation bzw. dreifacher Wert ohne Bruch für Stahlblech. Ausnahme: Die Hydrostatiktests können jedoch entfallen, falls Berechnungen einen Sicherheitsfaktor von Fünf zu Eins für Gussmetall und Vier zu Eins für Stahlblech ergeben.

Temperaturtest—Das vom Gehäuse umschlossene Gerät wird einem Temperaturtest unterzogen, um die maximale Temperatur eines beliebigen, auf der äusseren Gehäuseoberfläche liegenden Punktes zu ermitteln. Das Gerät muss nur dann mit einem, dem Testresultat entsprechenden Temperatur-Code gekennzeichnet wer-den, falls die gemessene Temperatur 100°C übersteigt.

Staubeindringtest—Während es in der Testkammer zirkulieren-dem Staub mit den geforderten Eigenschaften ausgesetzt ist, muss das Gerät über eine Dauer von mindestens 30 Stunden sechs Auf-heiz- und Kühlzyklen ausgesetzt werden, wobei das Gerät mit voller Bemessungslast betrieben wird, bis seine Temperatur sich stabili-siert hat, und dann auf die Umgebungstemperatur (Raumtempera-tur) abkühlt. Während des gesamten Tests darf kein Staub in das Gehäuse eindringen.

Temperaturtest mit Staubniederschlag—Das Verfahren für diesen Test entspricht dem Staubeindringtest, mit der Ausnahme, dass die Umlaufdüsen den Staub während des Tests nicht direkt gegen das Testgerät blasen. Das Gerät wird mit voller Bemessungs-




last betrieben (und mit Überlast, falls das Gerät Überlastbedingun-gen ausgesetzt sein wird), bis seine Temperatur sich stabilisiert. Staub, der sich auf dem Gehäuse niedergeschlagen hat, darf sich nicht entzünden oder auf Grund der Hitze seine Farbe ändern und, unter Annahme einer Umgebungstemperatur von +40°C, darf die Temperatur der äusseren Oberfläche folgende Werte nicht über-schreiten:

Tabelle 7.6: Anhaltswerte für den Temperaturtest

Gruppe Normalbetrieb Überlastbedingungen

E +200°C +200°C

F +150°C +200°C

G +120°C +165°C




B-16

C

Glossar

A

Abfallverzögerung Zeit-/Logikfunktion, bei der ein Ausgang unmittelbar akti-viert wird, wenn ein Eingangssignal anliegt. Das Timing für die Abfallverzögerung beginnt an der Hinterflanke des Ein-gangssignals, wobei der Ausgang aktiviert gehalten wird. Falls ein neues Eingangssignal während des Timings für die Abfallverzögerung empfangen wird, so wird der Timer zurückgesetzt und die Abfall-Verzögerungsperiode beginnt erneut an der Hinterflanke des neuen Eingangssignals. Der Ausgang wird deaktiviert, nachdem das Eingangssignal nicht mehr anliegt und der "hinterflankengesteuerte" Timer ungül-tig wird bzw. abläuft.

Abtaster Siehe auch Optoelektronischer Sensor.

Abtastverfahren Siehe auch Sensor-/Erkennungs-Betriebsart.

Aktive Fläche Siehe auch Schaltfläche.

Ampere (A) Eine Einheit zur Messung des elektrischen Stroms. Eine Spannung von 1 Volt erzeugt bei einem Widerstand von 1 Ohm einen Stromfluss von 1 Ampere. Ein Ampere entspricht 6.28 x 1018 Elektronen, die in einer Sekunde durch einen Punkt fliessen.

Analogausgang Ein Sensorausgang, der sich über einen Spannungsbereich (oder Strombereich) ändert und dessen Funktionswert sich proportional zu bestimmten Erkennungs-Parametern verhält (im Gegensatz zu einem digitalen Ausgang). Der Ausgang eines analogen optoelektronischen Sensors verhält sich pro-portional zur Stärke des empfangenen Lichtsignals. Der Aus-gang eines analogen Ultraschall-Näherungssensors verhält sich proportional zum Abstand zwischen Sensor und dem Objekt, das den Schall reflektiert.

Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik C-1

GLOSSAR

C-2

Anode Die positive Elektrode eines Gerätes. Siehe auch Diode.

ANSI American National Standards Institute. Eine Institut in den USA, das Normen für die nordamerikanische Industrie bereitstellt.

Ansprechen auf

weisses Papier

Eine Vorgehensweise zur Kalibrierung von Reflexions-Licht-schranken, um jegliches Ansprechen des Sensors auf weisses Papier mit einem Reflexionsgrad von 90% zu beseitigen.

Ansprechzeit Zeit, die der Ausgang eines Sensors benötigt, um auf eine Änderung des Eingangssignals zu reagieren. Die Ansprech-zeit eines Sensors ist insbesondere dann von grosser Bedeu-tung, wenn kleine Objekte erkannt werden sollen, die sich mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Ebenso müssen schmale Spalte zwischen benachbarten Objekten berücksichtigt wer-den, wenn geprüft wird, ob ein Sensor für eine Anwendung schnell genug anspricht.

Antivalenter Ausgang 1. Eine Ausgangsschaltung bei Komponenten mit zweifa-chen Ausgängen, bei der immer ein Ausgang deaktiviert wird, wenn der andere Ausgang aktiviert wurde. Der Aus-gang kann sowohl hellschaltend als auch dunkelschaltend betrieben werden. Auch bekannt als 4-Draht DC-Steue-rungen.

2. Die Konfiguration eines DC-Sensors mit zweifachen Aus-gängen, wobei ein Ausgangsschalter ein NPN-Transistor (Senke) und der andere Ausgang ein PNP-Transistor (Quelle) ist.

Anzeige der

Funktionsreserve

Eine LED, die das Vorliegen der geeigneten Lichtintensität oder eine Warnung hinsichtlich ungeeigneter Lichtintensität signalisiert.

Anzugs-/Abfall-

Verzögerung

Zeit-/Logikfunktion, die Anzugsverzögerung und Abfallverzö-gerung in einer einzigen Funktion kombiniert.

Anzugsverzögerter

Wisch-Impuls

Zeit-/Logikfunktion bei der ein Eingangssignal eine einstell-bare Verzögerungszeit initiiert, an deren Ende der Ausgang über eine einstellbare Impuls-("Hold")-Zeit einen Impuls sen-det. Das Eingangssignal kann hierbei einmalig oder dauernd vorliegen. Der Zustand wird so lange beibehalten, bis das Eingangssignal entfernt und dann erneut angelegt wird, wodurch derselbe Ablauf erneut beginnt.


GLOSSAR

Zeit-/Logikfunktion, die Anzugsverzögerung und Wisch-Impuls-Timing in einer einzigen Funktion miteinander kom-biniert. Das Eingangssignal muss mindestens über die Dauer der Anzugsverzögerung anwesend sein, damit ein zeitgesteu-erter Wisch-Impuls ausgegeben werden kann. Siehe auch Wischimpuls.

Anzugsverzögerung Zeit-/Logikfunktion, bei der das Timing an der Vorderflanke eines Eingangssignals gestartet wird. Der Ausgang wird jedoch nur dann aktiviert, wenn die voreingestellte Anzugs-verzögerungszeit abgelaufen ist. Der Ausgang setzt unmittel-bar an der Vorderflanke des Eingangssignals ein. Falls das Eingangssignal für die Anzugsverzögerungszeit nicht anliegt, wird auch der Ausgang nicht aktiviert. Falls das Eingangssi-gnal kurzzeitig entfernt und dann wieder eingerichtet wird, so beginnt das Timing für die Anzugsverzögerung nochmals von vorne.

Anzugszeit

(10%-Stufen)

Die Zeit, die von einem analogen Spannungs- oder Strom-Ausgangswert benötigt wird, um von einem niedrigen auf einen hohen Wert anzusteigen.

Arbeits-/Betriebs-

temperatur

Tatsächlicher Temperaturbereich, über den Sensoren betrie-ben werden können. Der Einsatz ausserhalb der Temperatur-grenzen führt zu einem Verlust hinsichtlich der Stabilität, zu einer Änderung des Schaltpunktes und möglichem dauern-dem Schaden am Sensor. Die Nenn-Reich-/Tastweite wird bei 25°C bestimmt.

Arbeits-Schalt-

abstand, zuverlässig

Siehe auch Normierter Schaltabstand.

Ausgang Eine elektrische Einrichtung, entweder mit Halbleiter oder mit mechanischem Kontakt, das Leistung weitergibt, um eine Last zu schalten oder eine Anzeige zum Betriebszustand bereitzustellen.

Ausrichtung Positionierung des Lichtsenders und -empfängers sowie des Reflektors und des Objekts, so dass ein Maximum der ausge-sendeten Lichtenergie den Fotodetektor des Empfängers erreicht.

Autokollimation Reflexionsprinzip, bei dem der auf einen Reflektor auftref-fende Lichtstrahl parallel zu sich selbst reflektiert wird.


GLOSSAR

C-4

Autonome Steue-

rung, unabhängige

Steuerung

Eine Steuerung für optoelektronische oder Näherungssenso-ren, in der Abtaststeuerung, Signalverarbeitung und Aus-gang in einem Gerät vereint sind.

Axiale Annäherung Die Annäherung des Objekts, bei der sich der Mittelpunkt des Objekts auf der Referenzachse bewegt. Siehe auch Referenz-achse.

B

Barriere Siehe auch Eigensicherheits-Barriere.

Basissteuerung Von der Lichtquelle bzw. dem Fotodetektor (oder dem Nähe-rungssensor) entfernt plazierte Geräteeinheit, in der die Ver-stärkung und Aufbereitung des Eingangssignals erfolgt. Umfasst normalerweise eine Stromversorgung und ein Aus-gangsgerät.

Betätiger Ein Schaltmechanismus, der - wenn er in die vorgesehene Richtung bewegt wird - das Schalten der Kontakte auslöst. Dieser Mechanismus überträgt die über das Betätigungsele-ment aufgebrachte Kraft auf den Schaltkontaktblock, wodurch die Kontakte ausgelöst werden.

Betätigungs-

Drehmoment

Unter Betätigungs-Drehmoment versteht man das Drehmo-ment, das auf den Betätiger ausgeübt werden muss, um den sich bewegenden Schaltkontakt in die Schaltstellung schnap-pen zu lassen.

Betätigungskraft Die Betätigungskraft ist die geradlinig in der vorgesehenen Richtung wirkende Kraft, die auf den Betätiger ausgeübt wird, um die Schaltkontakte in die Schaltstellung schnappen zu lassen.

Betrieb mit Dunkel-

schaltung

Die Betriebsart eines optoelektronischen Sensors, bei der der Ausgangskreis aktiviert wird (bzw. die Verzögerungslogik startet), wenn die von dem Fotodetektor empfangene Licht-stärke den am Fotodetektor eingestellten Pegel hinreichend unterschreitet.

Betrieb mit gleichem

Ein- und Ausfallwinkel

Eine optoelektronische Betriebsart, bei der ein Sender zum Empfänger mit gleichem Ein- und Ausfallwinkel zu der stark reflektierenden (spiegelähnlichen) Oberfläche montiert wird.


GLOSSAR

Der Abstand von der glänzenden Oberfläche zu den Sensoren muss konstant bleiben.

Betrieb mit

Hellschaltung

Die Betriebsart eines optoelektronischen Sensors, bei der der Ausgangskreis aktiviert wird (oder die Verzögerungslogik startet), wenn die von dem Fotodetektor empfangene Licht-stärke den am Fotodetektor eingestellten Pegel hinreichend überschreitet.

Betriebsart mit

konvergierendem

Strahl

Siehe auch Funktionsreserve.

Betriebsspannungs-

anzeige

Eine Anzeige (normalerweise eine LED), die signalisiert, dass die erforderliche Betriebsspannung an einem Sensor anliegt.

Biegeradius Siehe auch Kleinster Biegeradius.

Bifilarer Lichtleiter Eine Lichtleiter-Anordnung, die in zwei Äste aufgeteilt ist, um gesendetes und empfangenes Licht in einer Anordnung zu kombinieren.

Bipolarer Ausgang Siehe auch Antivalenter Ausgang.

Blende Die Grösse der Öffnung einer optischen Linse oder eines mechanischen Teils bzw. einem externen Aufsatz der an einer optischen Linse angebracht wird und die Grösse der Öffnung einer optischen Linse begrenzt und damit die Grösse (Durch-messer) des effektiven Lichtstrahls begrenzt.

Blinde Zone Der Bereich zwischen Sensor und dem Mindestabstand zwi-schen Objekt und einem Sensor, ab dem der Sensor ein Objekt erkennen kann.

Brummen (Ripple) Wechselspannungskomponente am Ausgang einer Gleich-spannungsversorgung bzw. wechselnde Komponente einer von einem Gleichrichter oder Generator kommenden Span-nung. Eine leichte Fluktuation in der Intensität eines Ruhe-stromes. Normalerweise als ein Prozentsatz der Versorgungsspannung spezifiziert. Brummen (Ripple) kann durch Einsatz von Kondensatorketten unterdrückt ("geglät-tet") werden. Die meisten Nur-Gleichstrom-Geräte erfordern für einen zuverlässigen Betrieb weniger als 10% Brummen (Ripple).


GLOSSAR

C-6

Bündige Montage Siehe auch Sensor für bündige Montage.

C

CENELEC Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung. Ver-antwortlich für die Erarbeitung von Normen zu Dimensionen und Betriebsverhalten von Steuerungskomponenten. Ver-gleichbar mit ANSI.

CSA Abkürzung für Canadian Standards Association. Eine Prü-fungsorganisation. "CSA certified" sind Produkte, die eine Typenprüfung bestanden und über eine Zulassung bzw. Bestätigung der Canadian Standards Association verfügen, die sich auf die Erfüllung der in Kanada geltenden elektri-schen Sicherheitsrichtlinien bezieht.

D

Dämpfung Reduzierung der Signalstärke bzw. Verlust oder Reduzierung der Strahlintensität, bedingt durch Umgebungseinflüsse wie Staub, Schmutz, Feuchtigkeit, Dunst oder andere Verunreini-gungen im Erkennungsbereich.

Dauerkontakt-

schalter

Die Kontakte bleiben auch nach der Freigabe des Betätigers so lange geschlossen, bis sie wieder zurückgesetzt werden.

Dauerlaststrom Die maximal zulässige Stromstärke, die im EIN-Zustand kon-tinuierlich durch den Sensorausgang fliessen darf.

Diagnosefunktion Weiterentwickeltes Warnsignal bezogen auf einen möglichen Verlust des Steuerausgangs aufgrund veränderter Umge-bungsbedingungen.

Differentialweg-

Schaltung

Siehe auch Hysterese.

Differential-Weg (Weg

zum Zurücksetzen

der Kontakte)

Unter Differential-Weg versteht man den Winkel oder Abstand, den der Betätiger von der Schaltposition für die Kontakte zur Ruheposition des Betätigers überstreicht bzw. der Abstand zwischen dem Einschalt-Punkt und dem Auss-chalt-Punkt. Siehe auch Hysterese.


GLOSSAR

Digitaler Ausgang Ein Ausgangs-Schaltkreis oder Sensor-Ausgang mit nur zwei Schaltzuständen, die entweder "Ein" oder "Aus" repräsentie-ren. Diese Schaltzustände werden häufig auch mit "Hi(gh)" bzw. "Lo(w)" bezeichnet.

DIN "Deutsches Institut für Normung." Deutsches Komitee für Normung.

Diode Zweischicht-Halbleiter, der den Stromfluss nur in eine Rich-tung erlaubt und den Stromfluss in die andere Richtung ver-hindert.

Direkt-Abtastung Siehe auch Einweg-Lichtschranke.

3-Draht-Näherungs-

sensor

Ein AC- oder DC-Näherungssensor mit drei Leitern, von denen zwei der Versorgung dienen und der dritte die Last schaltet.

Drift Eine Änderung des Schaltpunktes.

Druckmarke Normalerweise eine auf Verpackungsmaterial aufgedruckte Kontrastmarke, die bei Verpackungs-, Füll- und Falt-Applika-tionen als Abschalt-Referenzpunkt genutzt wird.

Durchdringung Die Fähigkeit von Einweg-Lichtschranken, durch Papier, dün-nen Karton, lichtundurchlässigen Kunststoff und Materialien mit ähnlicher optischer Dichte "hindurchzusehen".

Durchgang Durchgang von Licht durch ein Medium. Falls das Licht gestreut wird, handelt es sich um einen diffusen Lichtdurch-gang.

Durchlicht-

Lichtschranke

Siehe auch Einweg-Lichtschranke.

E

Effektiver Strahl Der Anteil eines Strahls, der hinreichend unterbrochen wer-den muss, damit ein Objekt zuverlässig erkannt werden kann.

Eigensicherheit Ein Konstruktionsmerkmal bei der elektrischen Ausrüstung (Sensoren und Schalter) und Verdrahtung für Gefahrenberei-che. Grundlage dieser Technik ist die Begrenzung elektri-


GLOSSAR

C-8

scher und thermischer Energiefreisetzung auf Werte, die unterhalb des Pegels liegen, der zur Zündung einer spezifi-schen gefährlichen Atmosphäre führt.

Eigensicherheits-

Barriere

Eine Schutzkomponente, die auf die Begrenzung der Span-nung und des Stromes in Gefahrenbereichen ausgelegt ist. Die Barriere funktioniert ausserhalb des Gefahrenbereiches zur Ableitung abnormaler Energie in die Erde.

Eingang Das Signal, das an einen Schaltkreis gegeben wird, um ent-weder den Betriebszustand einer Maschine oder eines Prozes-ses anzuzeigen oder Steuerungsvorgänge einzuleiten.

Einschaltimpuls Unerwünschte Änderung des Schaltzustandes, die üblicher-weise beim Einschalten oder Ausschalten der Versorgung auf-tritt.

Einschaltimpuls-

Unterdrückung

Elektronische Schaltung zur Unterdrückung von Einschal-timpulsen während des Ein- und Ausschaltens der Versor-gung bzw. zur Abschaltung des Ausgangs eines Sensors oder Sensorsystems, um dem Stromversorgungskreis ausreichend Zeit zur Stabilisierung auf den korrekten Spannungspegel zu geben.

Einschaltstromstoss Der anfängliche Stromstoss, der durch eine Last geht, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird. Der auf eine induk-tive Last (Elektromagnet, Schütz) wirkende Einschaltstrom-stoss kann bis zu zwanzig Mal höher sein als der Haltestrom.

Einweg-Lichtschranke Eine optoelektronische Betriebsart, bei der der Sender und der Empfänger gegenüberliegend angeordnet sind, so dass das vom Licht des Senders direkt auf den Empfänger trifft. Ein Objekt bricht den Lichtstrahl zwischen Sender und Emp-fänger.

Einzel-Lichtleiter

(optisch)

Eine Lichtleiter-Baugruppe mit einem Steuerende und einem Tastende.

eisenhaltig Aus Eisen bestehend oder Eisen enthaltend. Zeigt magneti-sche Eigenschaften.

Elektromagnetische

Störung

Elektromagnetische Störungen, die den fehlerfreien Betrieb von Sensoren, speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS, PLC), Zählern, Datenaufzeichnungsgeräten und anderen empfindlichen elektronischen Einrichtungen stören kann. Übliche Quellen für elektromagnetische Störungen sind


GLOSSAR

Beleuchtungskörper, Schaltelemente, Motoren, Generatoren und Schaltschütze.

Emitter

(optoelektronisch)

Die Lichtquelle eines beliebigen optoelektronischen Sensors (LED, Glühlampe, Laserdiode).

Empfänger Eine elektronische Komponente, die auf Lichtintensität oder auf Ultraschallwellen empfindlich anspricht und mit zugehö-rigen Schaltkreisen oder Ausgangskomponenten kombiniert ist.

Empfindlichkeits-

Einstellung

Eine Einstellung, die die Fähigkeit des Sensors bestimmt, zwischen verschiedenen Lichtpegeln oder Ultraschallwellen zu unterscheiden. Wird manchmal auch "Gain Adjustment" (Verstärkungseinstellung) genannt.

Erkennung mit Hinter-

grund-Ausblendung

Eine Lichttaster-Betriebsart, für die eine begrenzte Reich-weite definiert ist und die in Bereichen eingesetzt wird, in denen sich ein reflektierender Hintergrund relativ nahe hin-ter dem Objekt befindet.

Erkennung mittels

Näherungssensor

Siehe auch Erkennung mittels Lichttaster.

Erdanschluss Leitungsführung zwischen einem elektrischen Schaltkreis und Masse. In Stromverteilungssystemen bezieht sich dies auf die Erdableitung. Ansonsten liegt der Bezug auf Schutzer-dung oder Masseanschluss an Maschinenrahmen. In elektro-nischen Systemen liegt der Bezug auf dem Masseanschluss am Elektronik-Chassis bzw. Gehäuse bzw. zum DC-Common-Anschluss (Spannung bezieht sich auf Minus-Seite einer DC-Stromversorgung).

Excess Gain Siehe auch Funktionsreserve.

explosionsgeschützt Begriff aus dem Bereich explosionsgefährdeter Räume. Bezieht sich auf Sicherheitshülle/Schutz bei Explosion.

F

Factory Mutual

Research (FM)

Organisation, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehene Produkte prüft und freigibt.


GLOSSAR

C-10

Ferngesteuerter

Sensor

Die optischen Komponenten eines separaten optoelektroni-schen Sensors, die vom Stromversorgungs- und Ausgangs-schaltkreis und zugehöriger Schaltkreise plaziert werden.

FET (Feldeffekt-

Transistor)

Halbleiter, die basierend auf ihrer Fähigkeit entweder AC oder DC zu schalten, ihres geringen Spannungsabfalls im ON(EIN)-Zustand (Durchlasszustand) und ihres geringen Leckstroms im OFF(AUS)-Zustand als Ausgangsschaltgeräte eingesetzt werden. Tolerieren nicht die bei induktiven Lasten typischen Einschaltstromstösse.

Filter zur Erkennung

glänzender Objekte

Siehe auch Polarisationsfilter.

Fotodiode Eine Halbleiterdiode, bei der der Rückwärtsstrom mit der Beleuchtung variiert. Kennzeichen sind die Linearität des Ausgangs über mehrere Grössenordnungen der Lichtintensi-tät, die sehr kurze Ansprechzeit und die gute Farberkennung über einen weiten Bereich.

Funktionsreserve Die Messung des Lichtes, das den Fotodetektor erreicht, über das Minimum an Licht, das zum Schalten des Sensorverstär-kers benötigt wird, indem der Verstärkergrenzwert über-schritten wird. Die Berechnung erfolgt als ganzzahliges Verhältnis. Die Gleichung hierfür lautet:

Funktionsreserve = Lichtenergie, die den Empfänger erreicht Verstärkergrenzwert

Die grafische Darstellung der Funktionsreserve gegen die Reich-/Tastweite wird zur Vorhersage der Zuverlässigkeit eines optoelektronischen Sensors unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen genutzt.

G

Gain-Einstellung Siehe auch Empfindlichkeits-Einstellung.

Gate Eine Schaltung mit einem Ausgang, der nur geschaltet wird, wenn eine spezifische Kombination von Eingangsereignissen erreicht wird.


GLOSSAR

Gating Die Möglichkeit, den Sensor über ein externes Signal zu steu-ern, um unerwünschte Schaltänderungen zu verhindern.

Gegenläufige Erken-

nungs-Betriebsart

Siehe auch Einweg-Lichtschranke.

Gehäuseschutzart Klassifizierung des Schutzes elektrischer Einrichtungen vor elektrischem Schlag, Fremdkörpern und Wasser.

Gesamter Schaltweg Der gesamte Schaltweg stellt die Summe aus Vorlaufweg und Nachlaufweg dar.

Getrennter Ausgang Ein Ausgang, der optisch und/oder galvanisch vom Rest des Steuerungssystems getrennt ist.

Glas-Lichtleiter Siehe auch Lichtleiter.

Gleichrichter Ein Gerät, das Wechselstrom in Gleichstrom umwandelt.

Gleichstrom (DC) Ein Strom, der nur in einer Richtung durch eine Schaltung fliesst. Entsprechend dem normalen Gebrauch bezeichnet der Begriff einen praktisch nicht pulsierenden Strom.

H

Halbleiter Ein Material für elektronische Komponenten, dessen Wider-stand variiert, wenn es schwankenden Energiepegeln ausge-setzt ist.

Schaltkreise und Komponenten ohne mechanisch bewegte Teile. Beispiele: Transistoren, Dioden etc.

Haltestrom Der von einer Last benötigte/aufgenommene Strom, wenn diese aktiviert ist. Wird auch "Sealed Current" einer Last genannt.

Hertz (Hz) Internationale Einheit für die Frequenz, entspricht einer Periode pro Sekunde.

Hochfrequenz-

Störung

(HF-Störung)

Störung aufgrund elektromagnetischer Strahlung im Hoch-frequenzbereich, die auf empfindliche elektronische Schalt-kreise wirkt. HF-Störungen können durch HF-Steuerungseinrichtungen, Schrittmotorsteuerungen, Katho-denstrahlröhren, Computer, Funkgeräte, Kommunikations-


GLOSSAR

C-12

technik in öffentlichen Einrichtungen, kommerzielle Radiosender und eine Vielzahl anderer Quellen verursacht werden. HF-Störungen treten am häufigsten bei einer bestimmten Frequenz oder in einem bestimmten Frequenzbe-reich auf. Dadurch kann es passieren, dass ein elektronisches Gerät durch HF-Störungen stark beeinflusst wird, während ein anderes, ähnliches Gerät vollständig unempfindlich zu sein scheint.

Hülse Tastkopf oder Abschluss eines Lichtleiters.

Hysterese Die Differenz, angegeben in Prozent (%), des Norm-Schaltab-stands zwischen dem Einschalt- und dem Ausschaltpunkt, wenn das Objekt sich von der aktiven Schaltfläche des Sen-sors weg bewegt. Ein zu kleiner Hysterese-Wert führt zu einem Prellen (ständiges Ein- und Ausschalten) des Nähe-rungssensors, wenn der Sensor oder das Objekt stärkeren Vibrationen ausgesetzt sind.

I

IEC Internationale Elektrotechnische Kommission. Hauptsitz in Genf/Schweiz. Diese Organisation erarbeitet und verteilt empfohlene Sicherheits- und Betriebsleistungsnormen für elektrische Produkte und Komponenten.

Impedanz Stellt innerhalb eines elektrischen Schaltkreises den Gegen-satz zum Fluss von Wechselstrom (AC) bei vorgegebener Fre-quenz dar. Impedanz besteht aus Widerstand sowie induktivem und kapazitivem Blindwiderstand und wird in Ohm gemessen.

Induktive Last Elektrische Geräte, die in der Regel aus einer Drahtwicklung bestehen, um ein Magnetfeld zu erzeugen, bei dessen Aktiv-ierung wiederum mechanische Arbeit geleistet werden soll. Induktive Lasten zeigen bei Aktivierung Einschaltstrom-stösse, die ein Vielfaches des stationären Haltestromes betragen können. Bei Deaktivierung bricht das Magnetfeld zusammen und generiert eine hohe Spannungsspitze. Diese Spannungsspitze kann die Lichtbogenbildung über mecha-nische Schaltkontakte oder Schäden an Halbleiterkontakten verursachen. Beispiele für induktive Lasten sind Motoren, Elektromagnete und Relais. Siehe auch Transient/Span-nungsspitze/Überspannung.


GLOSSAR

Induktiver Näherungs-

sensor

Sensoren mit einem Oszillator und einer Spule, die ein elek-tromagnetisches Feld abstrahlen, das auf/in der Oberfläche von metallischen Objekten, die sich der Schaltfläche des Sen-sors nähern, Wirbelströme induziert. Typischerweise dämp-fen die Wirbelströme die Leistung des Oszillators. Dieser Energieverlust wird als Spannungsabfall erkannt, der eine Änderung des Ausgangszustandes des Sensors bewirkt. Häu-fig auch nur "Näherungssensor" genannt.

Induktivität Ist die Eigenschaft eines elektrisch leitfähigen Elementes (z.B. Draht), eine elektromotorische Kraft (EMK) zu erzeu-gen, wenn es in einem Magnetfeld bewegt oder von einem Wechselstrom durchflossen wird.

Infrarot Unsichtbare Lichtstrahlung mit Wellenlängen ab 690 Nanometer aufwärts. Infrarot-LEDs werden in optoelektro-nischen Sensoren als Sender (Emitter) eingesetzt. Siehe auch LED (Light Emitting Diode).

Interrogate Siehe auch Gate.

IP-Schutzart IP (International Protection): Ein Klassifizierungssystem, das durch die IEC-Norm 529 eingerichtet wurde und die Eignung von Sensor- und Sensorsystem-Gehäusen für den Einsatz in verschiedensten Betriebsumgebungen definiert. Vergleichbar mit der NEMA-Klassifizierung für Gehäuse.

K

Kapazitiver

Näherungssensor

Kapazitive Näherungssensoren werden durch Änderungen des sie umgebenden elektrostatischen Feld ausgelöst. Der Messfühler eines kapazitiven Näherungssensors ist so konfi-guriert, dass er als Kondensatorplatte arbeitet. Die dielektri-sche Eigenschaft eines beliebigen, im Erkennungsbereich präsenten Objektes erhöht die Kapazität des Transducer-Schaltkreises, wodurch die Frequenz eines Oszillator-Schalt-kreises (Schwingkreises) geändert wird. Ein Detektor-Schalt-kreis erkennt die Frequenzänderung und sendet ein Signal zur Änderung des Schaltzustandes zum Ausgang.

Kaskadierung Kombination von Logikschaltkreisen zur Realisierung kom-plexer Logik- und Zeitfunktionen. (Eingänge und Ausgänge sind in Serie verdrahtet.)


GLOSSAR

C-14

Kleinster Biegeradius Kleinster Biegeradius, den ein Lichtleiter noch aufnehmen kann, bevor die Fasern brechen.

Kollimation Siehe auch Autokollimation.

Komponentensystem Siehe auch Getrennte Steuerungen.

Kontakte mit doppel-

ter Unterbrechung

Kontakte, die den Schaltkreis an zwei Stellen unterbrechen.

Kontaktprellen Wenn das Kontaktpaar schliesst, öffnen und schliessen die Kontakte mehrere Male, bevor ein stabiler Kontaktschlusszu-stand erreicht ist. Kontaktprellen stellt keine Eigenschaft von Halbleiter-Schaltkontakten dar.

Kontinuierliches Ein- und Ausschalten anstelle stabilen Schliessens oder Öffnens von Kontakten.

Kontaktstellung bei

Aktivierung

Die Stellung, in die sich die Schaltkontakte bewegen, sobald der Betätiger auf oder über den Schaltpunkt hinaus ausge-lenkt wurde.

Korrekturfaktoren Vorgeschlagene Multiplikatoren, durch die Änderungen des Objektmaterials berücksichtigt werden können. Zur Ermitt-lung des tatsächlichen Schaltabstands sollte dieser Faktor mit dem Norm-Schaltabstand multipliziert werden.

Kunststoff-

Lichtwellenleiter

Siehe auch Lichtwellenleiter.

Kurzschluss-Schutz Die Fähigkeit eines Halbleiter-Ausgangsgerätes oder Schalt-kreises, dem Betrieb unter Kurzschlussbedingungen für unbegrenzte Dauer oder eine festgelegte Dauer ohne Beschä-digung standzuhalten.

L

Laser Ein aktives elektronisches Gerät, in dem Eingangsleistung in einen schmalen, lichtstarken Strahl aus sichtbarem oder infrarotem Licht umgewandelt wird. Der Begriff ist abgeleitet aus "Light Amplification by Stimulated Emission Radiation."

Laserdiode Eine siliziumbasierte elektronische Miniatur-Laserlicht-quelle.


GLOSSAR

Last Ein allgemeiner Begriff für ein Gerät bzw. einen Schaltkreis, der Leistung aufnimmt, wenn er durch ein anderes Gerät oder einen Schaltkreis geschaltet wird.

Laststrom Der maximale Strom, den ein Sensor durch seine Last schal-tet.

Laterale Annäherung Laterale Annäherung eines Objekts senkrecht zur Referenz-achse. Siehe auch Referenzachse.

Leckstrom Die geringe Menge unerwünschten Stromes, die in Halbleiter-Schaltern vorliegt, wenn diese sich im "OFF/AUS"-Zustand befinden. Gewinnt an Bedeutung, wenn die resultierende "OFF/AUS-Stufen"-Spannung über die zu schaltende Last zu hoch ist, damit diese abschalten kann.

LED (Lichtemittie-

rende Diode)

Eine Halbleiter-"Licht"quelle, die verschiedenste Lichtfarben erzeugen kann.

Lichtdurchlässig Begriff, mit dem Materialien bezeichnet werden, die Licht durchlassen.

Lichtemittierende

Diode

Siehe auch LED (Lichtemittierende Diode).

Lichtfrequenz Frequenz des modulierten Lichtes.

Lichttaster Eine Betriebsart optoelektronischer Näherungssensoren, bei der das von dem Emitter gesendete Licht in einem zufälligen Winkel auf die Oberfläche eines Objektes trifft und erkannt wird, wenn der Empfänger einen gewissen Prozentsatz des Streulichtes einfängt. Diese Betriebsart wird auch "Direktre-flexions-Betriebsart" oder optoelektronische "Näherungssen-sor-Betriebsart" genannt.

Lichttaster mit

fester Fokussierung

Eine spezielle Betriebsart der optoelektronischen Erkennung mittels Lichttaster, wobei zusätzliche optische Komponenten eingesetzt werden, um bei einem festen Abstand von der frontseitigen Oberfläche der optischen Linse des Sensors ein kleines, lichtstarkes und klar definiertes Bild zu erzeugen. Die Erkennung mittels Lichttaster mit fester Fokussierung eignet sich am besten zur optoelektronischen Erkennung klei-ner Objekte, die sich im Tiefenschärfenbereich des Sensors befinden.


GLOSSAR

C-16

Lichtundurchlässig Ein Begriff, der ein Material beschreibt, das den Durchgang von Lichtenergie blockiert. "Opazität" stellt die relative Fähigkeit eines Materials dar, den Durchgang von Licht zu blockieren.

Lichtwellenleiter Transparente Glas- oder Kunststoff-Fasern, die zum Leiten und Lenken von Lichtenergie eingesetzt werden. Lichtleiter werden in optoelektronischen Sensoren eingesetzt, um Licht in einen Erkennungsbereich hinein zu leiten oder das aus einem Erkennungsbereich stammende Licht zu empfangen.

Linearer Ausgang Der Ausgang eines analogen Sensors, der sich linear zur Änderung eines einem Sensor-Parameters verhält, z.B. Schaltabstand bzw. Reich-/Tastweite.

Logikfunktion Die Modifikation eines Eingangssignals, durch die eine verzö-gerte, impulsartige, verriegelte oder sonstige Reaktion des Ausgangs erzeugt wird.

Logikmodul Zubehör eines Sensorsystems, das eines oder mehrere Ein-gangssignale von Sensoren interpretiert und diese Eingangs-signale zur Steuerung eines Ablaufes modifiziert.

Logikpegel Bezieht sich auf den Status eines Eingangs in oder einen Aus-gang von einem digitalen Schaltkreis (nicht zutreffend für analoge Schaltkreise). Befindet sich stets auf einer von zwei möglichen Spannungen: "Low" ist eine Spannung, die norma-lerweise, gemessen unter Massebezug, unter 2 Volt liegt. "High" ist eine Spannung im Bereich einer Nennspannung, normalerweise innerhalb von 2 Volt der positiven Versor-gungsspannung.

Luftdichter

Abschluss

Eine luftdichte Abdichtung. In der Optoelektronik verfügen die optischen Linsenbaugruppen einiger Sensoren über luft-dichte Abschlüsse, um das Eindringen von Luft und Wasser hinter die optische Linse auszuschliessen und dadurch ein Beschlagen der inneren Oberfläche der optischen Linse zu verhindern. Endschalter verfügen über luftdicht abgeschlos-sene Kontakte, durch die eine Verunreinigung der Kontakto-berfläche verhindert wird.

M

Magnet(ischer) Fluss Die Kraftlinien in einem Magnetfeld, das von einer Indukti-onsspule erzeugt wird.


GLOSSAR

Maximale Reich-/

Tastweite

Die maximale Reich-/Tastweite, bei der ein Sensor ein Objekt unter optimalen Bedingungen noch erkennen kann.

Maximaler Einschalt-

strom

Der maximale Einschaltstrom, bei dem der Sensor über eine kurze Zeitdauer betrieben werden kann.

Maximaler Laststrom Der maximale Strom, der durch einen Sensor fliessen kann, ohne dass der Sensor hierdurch versagt.

Maximaler

Schaltabstand

Siehe auch Maximaler Schaltabstand.

Maximaler Schaltweg Siehe auch Gesamter Schaltweg.

Mechanische

Konvergenz

Ein separates Sender- und Empfängerpaar wird im Winkel zu einem gemeinsamen Punkt angeordnet, der sich im gewünschten Abstand von den Steuergeräten befindet.

Messspanne Wird zur Beschreibung der maximalen Spannung oder des maximalen Stroms in einem analogen Ausgangsbereich ver-wendet. Analoge Sensoren verfügen über eine Einstellmög-lichkeit der Spanne.

Metallfreier Bereich Der einen Näherungssensor umgebende Bereich, der von jeg-lichem Dämpfungsmaterial freizuhalten ist, zum Beispiel Metall, das die zuverlässige Erkennung von Objekten nach-teilig beeinflusst.

Mikrosekunde Ein Millionstel einer Sekunde. 1 Mikrosekunde = 0,000001 Sekunde. Abkürzung: µs.

Millisekunde Ein Tausendstel einer Sekunde. 1 Millisekunde = 0,001 Sekunde. Abkürzung: ms.

Minimaler Laststrom Der minimale Strom, der für einen zuverlässigen Betrieb des Sensors erforderlich ist.

Minimale Reich-/Tast-

weite

Die untere Grenze des spezifizierten Erkennungsbereiches für einen Ultraschallsensor oder einen optoelektronischen Sensor.

Minimaler Schaltab-

stand

Siehe auch Minimaler Schaltabstand.


GLOSSAR

C-18

Modulierte

Lichtquelle

Eine LED, die gepulstes Licht emittiert, durch das der Sensor in der Lage ist, das Umgebungslicht zu ignorieren.

Momentschalter Ein Schalter mit Kontakten, die vom Betriebsschaltzustand in den normalen Zustand zurückkehren, wenn die Betäti-gungskraft entfernt wird.

MOV (Metalloxid-

Varistor)

Eine Komponente, die auf den Schutz von Halbleiter-Geräten und Elektronik-Ausrüstung vor Beschädigung ausgelegt ist.

N

Nachlaufweg Unter Nachlaufweg versteht man die Bewegung des Betäti-gers über den Schaltpunkt hinaus.

Nachtriggerbar Einer von zwei Typen der Zeitlogik für Wischimpulse. Der Ausgangspuls eines nachtriggerbaren Wischimpulses wird mit dem Wiederauftreten jedes Eingangs erneut gestartet. Der Ausgang wird so lange im "Ein"-Zustand bleiben, wie die Zeit zwischen nachfolgenden Eingangssignalen kürzer ist als die Dauer des Wischimpulses.

Näherungssensor Gerät, das zur Erkennung der Nähe eines bestimmten Objek-tes eingesetzt wird. Die Verfahren zur Erkennung mittels Näherungssensoren umfassen:

1. Induktives Verfahren (Metallerkennung)

2. Kapazitives Verfahren und

3. Ultraschalltechnologie

Optoelektronische Sensoren, die als Lichttaster eingesetzt werden, können ebenso als Näherungssensoren betrachtet werden.

Nanometer (nm) Längeneinheit, die zur Spezifikation der Wellenlänge von Lichtenergie verwendet wird. 1nm = 0,000000001 Meter (10-9

m). Einige typische Wellenlängen: rote LEDs haben 650nm, grüne LEDs haben 560nm und Infrarot-LEDs haben 880 oder 940nm.

NEMA National Electrical Manufacturers Association. NEMA erar-beitet Normen für elektrische Steuerungskomponenten in den USA.


GLOSSAR

Nachlaufweg Unter Nachlaufweg versteht man die Bewegung des Betäti-gers über den Schaltpunkt hinaus.

Nenn-Schaltabstand Der Nenn-Schaltabstand wird von der Schaltfläche des Sen-sors zu dem am nächsten gelegenen Punkt des Objekts gemessen. Als Standardobjekt wird Stahl verwendet, wenn der Nenn-Schaltabstand ermittelt wird.

Netzspannung Typische Wechselstrom-(AC)-Versorgung von 100V bis 250V AC.

Nicht bündige

Montage

Sensoren mit grösseren Schaltabständen und breiterem elek-tromagnetischen Wechselfeld, die jedoch auf umgebendes Metall empfindlich ansprechen.

Nichteignung für

bündigen Einbau

Siehe auch Nicht bündige Montage.

Nichteisenhaltiges

Metall

Beliebiges Metall, das kein Eisen enthält und keine magneti-schen Eigenschaften zeigt.

nicht zündfähig Unvermögen, unter normalen Betriebsbedingungen ein explo-sives/gefährliches Gemisch zu zünden.

NOR-Logik Ein Schaltkreis, bei dem keine Eingangskontakte geschlossen sind und dennoch die Ausgangskontakte aktiviert sind.

Normale Kontakt-

stellung

Die normale Kontaktstellung liegt vor, wenn auf den Betäti-ger keine auslösende Kraft ausgeübt wird.

Normal "High" Siehe auch Öffner.

Normal "Low" Siehe auch Schliesser.

Norm-Schalt-

abstand, spezifiziert

Siehe auch Normierter Schaltabstand.

NPN-Ausgang Siehe auch Sinking bzw. Senke.


GLOSSAR

C-20

O

Objekt 1. Standardisiertes Objekt, das zur Einrichtung der Sensor-leistung hinsichtlich des Erkennungsbereiches verwendet wird.

2. Das Teil oder der Gegenstand, das bzw. der erkannt wird.

ODER-Logik Eine Logikfunktion, bei der das Vorliegen einer beliebigen definierten Eingangsbedingung das Schalten einer Last her-beiführt (A oder B oder C = Ausgang). Wird normalerweise durch Verdrahtung aller Ausgänge parallel zu einer Last rea-lisiert.

öffnen Für das Öffnen eines elektrischen Schaltkreises. Siehe auch Öffnerkontakt (normally closed, N.C.).

Öffner (N.C.) Ausgangskontakte "öffnen" im betätigten Zustand. Ausgangs-kontakte sind im (normalen) Ruhezustand "geschlossen."

Ohm Masseinheit für den elektrischen Widerstand und Impedanz. Der Widerstand, durch den ein Strom von einem Ampere fliesst, wenn eine Spannung von einem Volt angelegt wird.

Ohmsches Gesetz U = R x I. Der Strom (I) verhält sich direkt proportional zur Spannung (U) und umgekehrt proportional zum Gesamtwi-derstand (R) eines Schaltkreises.

Open Collector Ein Begriff, der zur Beschreibung des NPN- oder PNP-Aus-gangs eines DC-Gerätes verwendet wird, bei dem der Collec-tor des Eingangstransistors - ausser zum Schutz über eine Diode - mit keinem anderen Teil des Ausgangskreises ver-bunden ist. Siehe auch Senke (NPN-Ausgang), Quelle (PNP-Ausgang).

Optische

Charakteristik

Die grafische Darstellung der Lichtstreuung eines Sensors.

Optische Filter Optische Filter, die Lichtwellen in bestimmten Wellenlängen-bereichen durchlassen und andere Wellenlängenbereiche blockieren.

Optische Leistung Leistung bzw. Intensität des von einem bestimmten Lichtsen-der abgestrahlten Lichtes, Strahlintensität.


GLOSSAR

Optische Linse Die optische Komponente eines optoelektronischen Sensors, mit der emittierte Lichtstrahlen fokussiert/gebündelt werden und/oder Lichtstrahlen zum Reflektor hin fokussiert werden.

Optischer Kontrast Siehe auch Lichttaster mit fester Fokussierung.

Optischer

Öffnungswinkel

Der Bereich, der von der Lichtquelle ausgeleuchtet und vom Empfänger abgedeckt wird. Entspricht dem Erkennungsbe-reich eines optoelektronischen Sensors (Empfängers). Der optische Öffnungswinkel wird in Grad angegeben, er hat jedoch eine dreidimensionale Ausdehnung und die Form eines Kegels.

Optisches

Übersprechen

Optisches Übersprechen tritt dann auf, wenn der optoelektro-nische Empfänger auf die Signale eines benachbarten Sen-ders anspricht.

Optoelektronischer

Sensor

Elektronik-Komponente, die aktiv Licht aussendet, Änderun-gen der Lichtintensität des ausgesendeten Lichtes erkennt und diese Änderungen in entsprechende Zustandsänderun-gen des Schaltausgangs umsetzt.

Optoelektronischer

Transducer

Siehe auch Optoelektronischer Sensor.

P

Paralleler Schaltkreis Schaltkreis, in dem der Strom zwei möglichen Leitungspfa-den folgen kann.

Passiver Pull-Up Siehe auch Pull-Up-Widerstand.

PNP-Ausgang Siehe auch Quelle.

Polarisationsfilter Eine Kunststoff-Folie, die das gesamte durch sie durchlau-fende Licht in eine einzige Ebene ausrichtet.

Polarisiertes Licht Licht, bei dem alle Teilwellen in dieselbe Richtung verlaufen. Natürliches Licht besteht aus Lichtwellen mit unterschied-lichsten Ausrichtungen. Optoelektronische Sensoren mit Polarisationsfilter senden und erkennen Lichtwellen, die eine spezifische Polarisation haben, während unerwünschtes Licht mit anderen Polarisationen blockiert wird.


GLOSSAR

C-22

Präzisions-

Schnappschalter

Ein elektromechanischer Schalter mit vorbestimmten und genau gesteuerten charakteristischen Eigenschaften und einer federbelasteten schnellunterbrechenden Kontaktbetäti-gung.

Pull-Down-

Widerstand

Ein Widerstand, der quer über den Ausgang eines elektroni-schen Gerätes oder Schaltkreises wirkend angeschlossen ist, um den Ausgang auf Null bzw. darunter zu halten. Normaler-weise an eine negative Spannung oder an Masse angeschlos-sen.

Pull-Up-

Widerstand

Ein Widerstand, der an den Ausgang eines elektronischen Gerätes angeschlossen ist, um die entsprechende Ausgangs-spannung höher zu halten als den Eingangs-Übergangspegel. Normalerweise ist der Widerstand zwischen dem Ausgang eines Senken-Gerätes (NPN) und der positiven Versorgungs-spannung eines Logikgatters angeschlossen.

Puls Plötzlich auftretende, schnelle Änderung eines normaler-weise konstanten oder sich nur langsam ändernden Wertes, zum Beispiel Spannung, Strom oder Lichtintensität. Ein Puls hat als charakteristische Merkmale einen Anstieg sowie einen Abfall und weist ausserdem eine endliche Dauer auf.

Q

Quelle Der Ausgang eines DC-Gerätes, der positive Gleichspannung an eine Last anschaltet. Die Last ist zwischen dem Ausgang des Gerätes und der Masse (DC Common) der Spannungsver-sorgung angeschlossen. Die schaltende Komponente ist nor-malerweise ein Open Collector PNP Transistor, wobei dessen Emitter an die Plusseite der Versorgungsspannung angebun-den ist.

R

Rauschen (elektrisch) Unerwünschte Energie, die einen unregelmässigen Betrieb von Geräten verursacht.

Referenzachse Eine senkrechte Achse, die durch den Mittelpunkt der Sen-sorschaltfläche verläuft.


GLOSSAR

Reflektor Ein Standardobjekt, das verwendet wird, um das gesendete Licht direkt zum Sensor zurückzuleiten. Die wirksamste Aus-führung hat eine Geometrie aus kubischen Ecken. Reflektie-rende Folien verwenden Glasperlen oder kleinere, weniger wirksame kubische Ecken.

Siehe auch Reflexions-Lichtschranke.

Reflektor mit

kubischen Ecken

Siehe auch Reflektor.

Reflex Siehe auch Betriebsart Reflexions-Lichtschranke.

Erforderliche Ansprechzeit des Sensors =Scheinbare Objekt-(Spalt-)Grösse beim Passieren des SensorsGeschwindigkeit des Objektes beim Passieren des Sensors.

Auch bezeichnet als Ansprechgeschwindigkeit. Siehe auch Schaltfrequenz.

Reflexion Das Zurückwerfen von Licht, das auf die Grenzfläche zwi-schen zwei Medien trifft. Bei der regelmässigen oder gerichte-ten Reflexion handelt es sich um eine Reflexion, bei der das Licht nur in eine Richtung zurückgeworfen wird. Wenn das Licht in eine Anzahl verschiedener Richtungen gestreut wird, spricht man von einer diffusen Reflexion.

Reflexions-Licht-

schranke (Betriebs-

art)

Ein Sensor, der Sender und Empfänger enthält und einen Lichtstrahl zwischen einem Reflektor und sich selbst erzeugt. Ein Objekt wird erkannt, wenn es diesen Lichtstrahl unter-bricht.

Reflexionsvermögen

(relativ)

Ausbeutemessung, die sich auf eine beliebige, als Lichtreflek-tor betrachtete Materialoberfläche bezieht und gegen die Kodak White Test Card verglichen wird, die willkürlich mit einem Reflexionsvermögen von 90% bemessen ist. Das rela-tive Reflexionsvermögen hat bei den Lichttaster-Betriebsar-ten optoelektronischer Sensoren grosse Bedeutung, weil dort ein Objekt um so leichter erkannt wird, je stärker es reflek-tiert.

Reichweite/Tast-

weite/Schaltabstand

Einweg-Lichtschranke: Abstand vom Sender zum Empfän-ger. Reflexions-Lichtschranke: Abstand vom Sender zum Reflektor. Lichttaster: Abstand vom Sensor zu dem zu


GLOSSAR

C-24

erkennenden Objekt. Siehe auch Einweg-Lichtschranke, Reflexions-Lichtschranke, Lichttaster. Näherungssensor: Abstand von Sensorkopf zu Objekt. Endschalter: Weg-strecke von Stössel oder Hebel.

Relais

mit zweipoligem

Umschaltkontakt

(DPDT ist die Abkürzung für "Double Pole Double Throw" = zweipolig umschaltend). Ein Relais mit zwei einpoligen Umschaltkontakten (SPDT, "Single Pole Double Throw"), die gleichzeitig durch eine einzelne Betätigung geschaltet wer-den. Siehe auch (SPDT) Einpoliger Umschaltkontakt.

Rücksetz-Position

des Betätigers

Die Stellung des Betätigers, bei der die Schaltkontakte von der Schaltstellung wieder in ihre "normale" Stellung zurück-schnappen.

Ruheposition des

Betätigers

Die Ausgangsstellung des Betätigers, in der keine externe Kraft (ausser Gravitation) auf den Betätiger wirkt.

S

Sättigungsspannung Siehe auch Spannungsabfall.

Schaltabstand Der Abstand zwischen dem Sensor und einem Standardob-jekt, bei dem der Sensor das Objekt wirksam und zuverlässig erkennt.

Schaltfrequenz Maximale Häufigkeit, mit der ein Sensor pro Sekunde seinen Schaltzustand (EIN und AUS) ändern kann. Wird in Hertz (Hz) angegeben.

Schaltposition des

Betätigers

Die Stellung des Betätigers, bei deren Erreichen der Schalt-kontakt ausgelöst wird.

Schaltschwelle Siehe auch Schwelle.

Schaltverhalten Bezieht sich auf den spezifischen Intensitätspegel (entweder hell oder dunkel), der einen optoelektronischen Ausgangss-chaltkreis auslöst. Siehe auch Hellschaltung (L.O. oder L/O) und Dunkelschaltung (D.O. oder D/O).

Schleichkontakt-

Ausführung für

Öffner und Schliesser

Eine Kontaktausführung, bei der die Kraft zum Schalten der Kontakte ohne jedes Sprungwerk übertragen wird. Die Kon-takte bewegen sich mit einer Geschwindigkeit, die sich direkt proportional zur Geschwindigkeit der Betätigung verhält. Die


GLOSSAR

Kontaktkraft verhält sich direkt proportional zur Stärke der Kontaktbewegung. Das Schalten der Kontakte bei geringem Kontaktdruck ist möglich.

schliessen Zum Schliessen bzw. Aktivieren eines elektrischen Schaltkre-ises. Siehe auch Schliesser bzw. Schliesskontakt (N.O., nor-mally open).

Schliesser (N.O.) Ausgangskontakte "schliessen" im betätigten Zustand. Aus-gangskontakte sind im (normalen) Ruhezustand "geöffnet."

Schweissfeld-

Immunität

Die Leistungsfähigkeit eines Sensors, auch in unmittelbarer Nähe von starken elektromagnetischen Feldern ohne Fehlauslösungen zu funktionieren.

Schwelle Die Spannung in einem optoelektronischen Steuerschaltkreis, die eine Zustandsänderung des Sensorausgangs bewirkt. Die-ser Spannungspegel hängt direkt mit der Lichtmenge zusam-men, die den optoelektronischen Sensor erreicht. Die Schwelle stellt den Wert des empfangenen Signals bei einer Funktionsreserve 1x dar. Die Empfindlichkeitssteuerung (wo eine solche verfügbar ist) dient der Einstellung des Schwell-wertes der Spannung.

Schwingung Ein periodischer Wechsel in einer Variablen wie beispiels-weise der Amplitude einer Welle in einem Wechselstrom.

Selbsthaltender

Schalter/Sperrkon-

takt

(Verriegelungslogik)

Eine Logikfunktion bei der sich ein Eingangssignal auf den Ausgang "aufschaltet". Der Ausgang bleibt auf "ON/EIN" bis als zweiter Eingang ein Signal zum Zurücksetzen des selbst-haltenden Schalters/Sperrkontakts vorliegt.

Selektiver

(wählbarer) Ausgang

Siehe auch Umschaltbarer Schaltausgang.

Senke Der Ausgang eines DC-Gerätes, der Masse (DC Common) an eine Last anschaltet. Die Last ist zwischen dem Ausgang des Gerätes und der Plusseite der Spannungsversorgung ange-schlossen. Die schaltende Komponente ist normalerweise ein Open Collector NPN Transistor, wobei dessen Emitter an die Minusseite der DC-Versorgungsspannung angebunden ist.

Sensor-Betriebsart Die Anordnung der Komponenten (Sender, Empfänger, Reflektoren usw.) in einer Sensor-Applikation.


GLOSSAR

C-26

Sensor für bündige

Montage

Näherungssensor, der bis auf Höhe seiner Schaltfläche bün-dig in eine Metallfläche eingebaut werden kann und nur Objekte erkennt, die sich vor seiner Schaltfläche befinden.

Sensor-Schaltfläche Eine zum Objekt parallele Fläche des Näherungssensors, von der ausgehend entlang der Referenzachse der Schaltabstand gemessen wird.

Separate

Steuerungen

Ein System, in dem Sensoren in einiger Entfernung von der Stromversorgung, dem Verstärker, der Schaltungslogik und der Ausgangsschaltungseinrichtung installiert sind.

Serien-Betrieb Siehe auch AND (UND) Logik

Serienschaltkreis Ein Schaltkreis, in dem der Strom nur einem Leitungspfad folgen kann.

Sichtbares Rotlicht Sichtbares Rotlicht im Wellenlängenbereich zwischen 600 und 780nm. Rote LEDs emittieren im Rotlichtspektrum mit einer Wellenlänge von 630 bis 690nm.

Signalstärken-

Anzeige

Siehe auch Funktionsreserve-Anzeige.

Signalverhältnis Allgemein der Vergleich des von einem Lichtdetektor empfan-genen Lichtes, wenn der Lichtstrahl unterbrochen ist, mit dem Licht, das empfangen wird, wenn der Lichtstrahl nicht unterbrochen ist.

Spannung Begriff, der zur Bezeichnung des elektrischen Energiediffe-rentials verwendet wird, das zwischen zwei Punkten besteht und in der Lage ist, einen Stromfluss zu erzeugen, wenn die beiden Punkte über einen geschlossenen Pfad miteinander verbunden sind.

Spannungsabfall Die Spannung, die an einem Halbleiter-Gerät anliegt, wenn dessen Ausgang eine Last treibt, bzw. die Spannung, die an jedem Element eines Serien-Schaltkreises anliegt. Die Grös-senordnung des Spannungsabfalls hängt von der Schaltkreis-anforderung der Last ab.

SPDT - Einpoliger

Umschaltkontakt

SPDT: Single Pole Double Throw. Ein Kontaktanordnung, bei der ein Kontakt "geöffnet" ist, wenn der andere "geschlossen" ist.


GLOSSAR

Spektral-

Empfindlichkeit

Die Fähigkeit eines optoelektronischen Sensors, die verschie-denen Wellenlängen (Farben) des Lichtes "sehen" zu können.

Sprungkontakt Schnelle Bewegung von Kontakten von einer Position in eine andere Position. Die Bewegung ist konstant und unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der der Schaltbetätiger bewegt wird. Die Kontaktkraft ist aufgrund der Federspannung sta-bil.

Sprungkontakt/

Zwangsöffnend nach

IEC

Diese Ausführung der Kontaktanordnung ist dem Sprung-kontakt sehr ähnlich, mit dem Zusatz, dass bei fortgesetzter Betätigung über die Sprungschaltkontakt-Position hinaus Kraft direkt auf den Öffnerkontakt übertragen wird, falls die-ser nicht über den Sprungkontakt-Mechanismus geöffnet wird. Diese Kraft wird nach dem Sprungwerk-Mechanismus aufgebracht. Zum Beispiel kann bei einem Sprungkontakt mit einem Schaltpunkt bei 40° Drehbewegung der Schalt-punkt für die Zwangsöffnung im Bereich von 60° und mehr liegen. Auf den Schliesserkontakt werden beim Wechsel vom geschalteten Zustand "Geschlossen" auf seinen normalen Schaltzustand keine zwangsunterbrechenden Kräfte eingelei-tet.

SPST - Einpoliger

Schaltkontakt

SPST: Single Pole Single Throw. Relais mit einem einzigen Kontakt, der entweder geöffnet oder geschlossen ist.

Standard-Objekt Siehe auch Objekt.

Statusanzeige Eine LED zur Anzeige, dass der Sensor seinen Schaltzustand geändert hat.

Strahlenbrechung Die Brechung von Lichtstrahlen, wenn diese durch die Grenz-fläche von einem Medium mit einem Brechungskoeffizienten in ein Medium mit einem abweichenden Brechungskoeffizien-ten treten. Zum Beispiel von Luft in Wasser oder von Luft in Glas oder Kunststoff.

Strahlunterbrechung Siehe auch Einweg-Lichtschranke.

Stromaufnahme Die zur Versorgung eines Sensors oder einer Steuerungsein-richtung erforderliche Stromstärke (ohne Last).

Strom bei OFF/AUS-

Zustand

Siehe auch Leckstrom.


GLOSSAR

C-28

Stromquelle Siehe auch Quelle.

Stromsenke Siehe auch Senke.

T

Tastkopf eines

Lichtwellenleiters

Das Ende eines beliebigen Lichtleiters, an dem sich zu erken-nende Objekte befinden können. Siehe auch Bifilarer Lichtle-iter, Einzel-Lichtleiter.

Temperaturdrift-

Diagramm

Ein Diagramm, das die durch Temperaturänderungen verur-sachten Betriebsschwankungen eines Sensors darstellt.

Tiefenschärfe Siehe auch maximale Reich-/Tastweite.

Transient Ein sehr kurzer Spannungs- (oder Strom-) Impuls, der in sei-ner Grössenordnung um ein Vielfaches höher ist als die Ver-sorgungsspannung. Transienten werden normalerweise durch den Betrieb einer hochohmigen Last oder einer beliebig grossen induktiven Last wie beispielsweise Motoren, Schalt-schütze und Solenoide verursacht.

Transistor Ein Miniatur-Chip aus kristallinem Material, normalerweise Silizium, das elektrischen Strom verstärkt bzw. schaltet.

Triac Ein Halbleiter-Schaltelement, das für Wechselstrom-Steuer-spannungen eingesetzt wird. Hat normalerweise niedrige Stromkapazität und hohen Leckstrom.

Trigger Ein Impuls, der verwendet wird, um über die entsprechenden Schaltungswege die Schaltung von Steuersignalen auszulö-sen.

U

Überlastschutz Die Fähigkeit eines Sensors, Lastströme zwischen Dauerlast-bemessung und Kurzschluss-Bedingung ohne Beschädigung aufnehmen zu können.

Überspannungs-

schutz

Schaltung zum Schutz gegen Spitzen, die auf den Versor-gungsleitungen durch induktive Quellen wie zum Beispiel


GLOSSAR

ein- und ausschaltende grosse Motoren oder Elektromagnete verursacht werden.

Übersprechen

(akustisch)

(elektrisch)

(optisch)

Akustisch: Tritt auf, wenn ein Ultraschallsensor auf das Signal eines benachbarten Ultraschallsensors anspricht. Kann häufig durch Installieren von Schallwänden zwischen den Sensoren und/oder Verlängerungsröhren vor den Schalt-flächen minimiert werden.

Elektrisch: Auftreten in modulierten optoelektronischen Sen-soren, wenn das modulierte Sendersignal direkt in die Anschlussleitungen des Empfängers einkoppelt, was zu einer Dauer-EIN-Bedingung (Lock-On) des Ausgangsschaltkreises führt.

Optisch: Optisches Übersprechen tritt dann auf, wenn der optoelektronische Empfänger auf die Signale eines benach-barten Senders anspricht.

UL Underwriter´s Laboratories, Inc., ist eine Organisation ohne Erwerbscharakter, die Laboratorien zur Untersuchung und Prüfung von Geräten, Systemen und Materialien, primär für Sicherheitszwecke, einrichtet, unterhält und betreibt. Die Konformität wird durch einen Zulassungsvermerk auf dem Produkt angezeigt.

Ultraschall Schallenergie bei Frequenzen, die gerade über dem menschli-chen Wahrnehmungsbereich liegen, über 20kHz.

Umgebungseinflüsse Die in einem Erkennungsbereich wirkenden Umgebungsbe-dingungen (Temperatur, Lichtstärke, Feuchtigkeit, Luftver-unreinigung).

Umgebungslicht Auf den Empfänger treffendes Licht, das nicht vom zugehöri-gen Sender stammt, bzw. aus einer externen Lichtquelle stammendes Licht, das zusätzlich zu dem von der Lichtquelle des optoelektronischen Sensors abgestrahlten Licht auf den Fotodetektor des Gerätes trifft.

Umschaltbarer

Schaltausgang

(Schliesser o. Öffner)

Ausgang, der über einen Schalter oder einen Jumper (Draht-brücke) von Schliesser- auf Öffnerbetrieb oder von Öffner- auf Schliesserbetrieb geschaltet werden kann.

UND-Logik Eine Logikfunktion, bei der zwei oder mehr in Reihe geschal-tete Eingänge geschlossen sein müssen, um den Ausgang zu aktivieren.


GLOSSAR

C-30

V

Verlustleistung Die Leistung, die während des normalen Betriebs verbraucht und in Wärme umgewandelt wird (Watt/Milliwatt (DC) bzw. Volt-Ampere (AC)).

Verpolungsschutz Ein Schaltkreis, in dem eine Diode eingesetzt wird, um Schä-den am Gerät zu verhindern, die durch den Anschluss der Spannungsversorgung an versehentlich vertauschten Polen entstehen.

Versatzwinkel Wird bei der Installation von Reflexions-Lichtschranken und Lichttastern verwendet, um die Erkennungsbedingungen zu optimieren.

Lichttaster: Reduziert Reflexionen am Hintergrund. Der Sensor wird in einem Winkel montiert, so dass der Licht-strahl den Hintergrund in einem von 90° verschiedenen Win-kel trifft.

Reflexions-Lichtschranke: Hier wird ein Winkelversatz verwendet, um die von dem Objekt direkt zurückreflektierte Lichtmenge zu reduzieren. Sensor und Reflektor werden so im Winkel angeordnet, dass der Lichtstrahl in einem von 90° verschiedenen Winkel auftrifft.

Versorgungsspannung Der zur Aufrechterhaltung des fehlerfreien Betriebs eines optoelektronischen Sensors, Näherungssensors oder einer Steuerungseinheit erforderliche Leistungsbereich.

Versorgungsstrom Der Strom, der zur Aufrechterhaltung des Betriebs eines optoelektronischen Sensors, Näherungssensors oder einer Steuerungseinheit benötigt wird. Wird manchmal auch als "Leistungsaufnahme" bezeichnet.

Verweilzeit Die einstellbare oder feste Zeitdauer eines Ausgangs-Impul-ses, unabhängig von der Dauer des Eingangssignals.

Verzögerungslogik Eine Zeitfunktion, mit der das Ansprechverhalten eines Aus-gangs verändert werden kann.

Volt Die Masseinheit des Potentials bzw. der elektromotorischen Kraft. Normalerweise abgekürzt als V.


GLOSSAR

Vorlaufweg (Weg zu

den Schaltkontakten)

In einem Endschalter stellt der Vorlaufweg den Winkel oder den Abstand dar, den der Betätiger von seiner Ruhestellung bis zum Schaltpunkt durchläuft.

W

Wandler Ein Gerät, das Energie von einer Form in eine andere Form umwandelt. Wird dort eingesetzt, wo die Grössenordnung einer aufgebrachten Energie in ein Signal umgewandelt wird, das sich proportional zu den Schwankungen der aufgebrach-ten Energie ändert.

Wechselstrom (AC) Ein sinusförmiger Strom, der bei einer vorgegebenen Fre-quenz, üblich sind 50Hz oder 60Hz, bemessen ist.

Weitwinkel-

Lichttaster

Ein optoelektronischer Sensor, bei dem die optischen Linsen das gesendete/empfangene Licht über einen weiten Bereich verteilen. Der Winkel dieser optischen Linsen beträgt typi-scherweise 60° oder mehr. Die maximale Reich-/Tastweite des Sensors wird dadurch reduziert, dafür können jedoch kleine Objekte in einem grösseren Bereich erkannt werden.

Wellenform Eine geometrische Form, die man durch die grafische Darstel-lung einer Spannung oder eines Stromes als Funktion der Zeit erhält. Die Wechselstrom-Leitungsspannung erzeugt eine sinusförmige Wellenform.

Wellenlänge Die vom Licht beim Durchlaufen einer vollständigen Sinus-Welle zurückgelegte Distanz. Wird in Nanometer (nm) ange-geben. Jede Farbe hat eine spezifische Wellenlänge.

Widerstand Eine Komponente, die den Fluss von Elektronen in einem elektrischen Schaltkreis behindert.

Der Gegensatz zum Fluss elektrischen Stroms. Die Eigen-schaft eines Materials, die den elektrischen Stromfluss behin-dert und zu einer Verlustleistung in Form von Wärme führt. Der Widerstand wird in Ohm gemessen.

Wiederholgenauigkeit Die bei einer standardisierten Prüftemperatur und konstan-ter Spannung gemessene Wiederholgenauigkeit des Schaltab-stands eines Sensors.


GLOSSAR

C-32

Wiederhol-Timer Logikfunktion, bei der ein Ausgangssignal durch spezifische Ein- und Aus-Intervalle so lange periodisch wiederholt wird, wie das Eingangssignal vorliegt.

Winkelreflexions-

Scanner

Ein optoelektronischer Näherungssensor, bei dem die opti-schen Achsen des Lichtsenders und des Lichtempfängers in einem Winkel angeordnet sind (DIN 440 30).

Wirbelströme Auf bzw. in der Oberfläche eines leitenden Materials durch Änderungsrate des Magnetflusses induzierte Ströme.

Wirbelstrom-

gedämpfter

Oszillator, Prinzip

Näherungssensoren sind normalerweise aus vier Hauptkom-ponenten aufgebaut: einer Spulen- und Eisenkernbaugruppe, einem Oszillator, einem Umwandler/Erfasser und einem Aus-gangsschaltgerät. Der Oszillator erzeugt ein Hochfrequenz-feld, dessen Form und Definition von der Spule und dem Kern bestimmt sind. Wird ein Objekt in diesem Feld plaziert, so werden in der Oberfläche dieses Objektes Wirbelströme erzeugt. Der Oszillator als ein Gerät mit begrenzter Leistung verringert (dämpft) seine Amplitude, sobald die Wirbelströme erzeugt werden. Der Umwandler/Erfasser richtet das AC-Signal in ein DC-Signal um und vergleicht es mit einem vor-eingestellten Wert. Der Ausgang wird ausgelöst, wenn eine Differenz zu diesem Wert gemessen wird.

Wischimpuls Zeit-/Logikfunktion, bei der ein zeitgesteuerter Ausgangs-Impuls an der führenden Flanke des Eingangssignals beginnt. Der Impuls hat unabhängig von der Länge des Ein-gangssignals stets dieselbe Länge. Der Ausgang kann nur dann erneut geschaltet werden, wenn das Eingangssignal zuerst entfernt wird und dann erneut angelegt wird.

Z

Zeitverzögerung vor

der Verfügbarkeit

Siehe auch Einschaltimpuls-Unterdrückung.

Zener-Diode Eine elektronische Komponente, die aufgrund ihrer Energie-verlust-Charakteristik und ihrer Fähigkeit, den Fluss in Sperrrichtung zu unterbinden, als Spannungsregler einge-setzt wird.

Zwangsöffnende Kon-

takte

Erreichen der Kontakttrennung als direkt Folge einer spezifi-zierten Bewegung des Schaltbetätigers durch nichtfedernde Komponenten.


GLOSSAR

Zwei-Draht-Sensor Ein Sensor, der - wie ein Endschalter - für die Verdrahtung in Serie mit der Last ausgelegt ist. Ein Zwei-Draht-Sensor mit einem Halbleiter-Ausgang bleibt durch einen Rest-Leck-strom, der durch die Last fliesst, auch mit Leistung versorgt, wenn die Last auf "Aus" geschaltet ist.

Zweifache Ausgänge Siehe auch Antivalenter Ausgang.


GLOSSAR

C-34

Besuchen Sie uns im Internet:http://www.ab.com

FSM-900DE Januar 2001 Copyright 2001 Rockwell International

Lehrgangs- Handbuch - swibox.ch · Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik i Inhalt Vorwort...

Documents

Transcript of Lehrgangs- Handbuch - swibox.ch · Rockwell Automation Grundbegriffe der Sensorik i Inhalt Vorwort...