Näherungssensoren: Funktionsweise, Typen und Anwendungen

Proximity-Sensoren sind elektronische Bauelemente, die keinen mechanischen Verschleiß aufweisen und unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen sind. Ihr Einsatz ist besonders dann sinnvoll, wenn hohe Anforderungen an Sicherheit, Genauigkeit, Lebensdauer, Schaltfrequenz und Arbeitsgeschwindigkeit gestellt werden. Für ihre Funktion benötigen sie eine Spannungsversorgung und ein Verstärkermodul, das das Ausgangssignal des Sensors an eine Steuerung weiterleitet. In der Industrie werden hauptsächlich folgende Typen eingesetzt:

Induktive Näherungsschalter

Dieser Sensortyp detektiert die Anwesenheit metallischer Objekte in seinem Erfassungsbereich. Er besteht aus einem Oszillator mit einer Spule im sensiblen Bereich. Diese Spule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld. Wenn ein metallisches Objekt in dieses Feld gelangt, entstehen Wirbelströme, die die Schwingungen des Oszillators beeinflussen. Dies führt zu einer Änderung des Ausgangssignals, das einem Öffnen oder Schließen eines Kontakts entspricht.

Kapazitive Näherungsschalter

Kapazitive Näherungsschalter können als Endschalter eingesetzt werden, die berührungslos und verschleißfrei arbeiten. Sie können leitfähige Materialien (fest, flüssig oder pulverförmig) detektieren, wie z.B. Glas, Keramik, Holz, Öl, Wasser, Papier, Kunststoffe und Karton. Der Sensor erkennt das Material, sobald es sich in einem bestimmten Abstand vor ihm befindet.

Ultraschall-Näherungssensoren

Diese Sensoren arbeiten ohne mechanische Kontakte, wodurch ihre Komponenten keinem mechanischen Verschleiß unterliegen. Sie senden Ultraschallimpulse aus, die vom Objekt reflektiert werden. Anhand des Echos kann der Sensor das Objekt erkennen und ein Ausgangssignal erzeugen. Es ist wichtig, dass das zu detektierende Objekt eine Mindestgröße hat und sich im richtigen Abstand befindet. Ultraschallsensoren können feste, flüssige oder pulverförmige Objekte erkennen.

Lichtschranken

Eine Lichtschranke besteht aus einem Sender und einem Empfänger. Die Detektion eines Objekts erfolgt, wenn der Lichtstrahl unterbrochen oder in seiner Intensität verändert wird. Das resultierende Signal wird verstärkt und an einen externen Empfänger oder eine Steuerung weitergeleitet. Häufig werden Infrarot-Leuchtdioden als Sender verwendet, da sie eine hohe Immunität gegenüber Fremdlicht und eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer bieten. Die Reichweite muss so gewählt werden, dass eine sichere Erkennung des Objekts gewährleistet ist, auch unter ungünstigen Bedingungen. Die Abstände zwischen Sender und Empfänger müssen auf den jeweiligen Anwendungsbereich abgestimmt sein.