Funktionsprinzip. Induktive Näherungssensoren

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1 Funktionsprinzip Ein Induktiver Näherungssensor besteht aus einem LC-Schwingkreis, einem Signalauswerter und einem Schaltverstärker. Wechselfeld aktive Fläche L C bedämpfendes Material LC-Schwingkreis Signalauswerter Schaltverstärker Die Spule dieses Schwingkreises erzeugt ein hochfrequentes, elektromagnetisches Wechselfeld. Dieses Feld tritt an der aktiven Fläche des Sensors aus. Nähert sich ein bedämpfendes Material der aktiven Fläche so werden bei Nichteisenmetallen Wirbelströme erzeugt. Bei ferromagnetischen Metallen entstehen zusätzlich Ummagnetisierungsverluste. Diese Verluste entziehen dem Schwingkreis Energie und dämpfen die Schwingung. Die Dämpfung des Schwingkreises bewirkt eine Veränderung des Oszillatorstroms. Der Signalauswerter erkennt diese Veränderung und setzt dies in ein Schaltsignal um. Die beiden Schaltzustände des Induktiven Näherungssensors werden als bedämpft bzw. unbedämpft bezeichnet. Schaltfahne I unbedämpft bedämpft s n U 24 SENSICK KATALOG

2 Funktionsprinzip Ansprechkurve Induktiver Näherungssensoren Die angegebenen Schaltabstände werden bei axialer Anfahrrichtung auf der Referenzachse des Sensors ermittelt. Radiales Anfahren hat eine Reduzierung des Schaltabstandes zur Folge. Die Kante der Schaltfahne stellt nur eine geringe Oberfläche dar. Dadurch entstehen weniger Wirbelstromverluste. Der Sensor spricht daher nur an, wenn die Schaltfahne näher an der aktiven Fläche seitlich einfährt. Bei axialem Anfahren ist die volle Oberfläche der Schaltfahne dem elektromagnetischen Streufeld ausgesetzt. Daher wird bei axialer Ausrichtung der maximale Schaltabstand erzielt. Axiale Anfahrrichtung Sicherer Arbeitsbereich Hysterese Radiale Anfahrrichtung Näherungssensor Begriffserklärung Aktive Fläche Fläche eines Nährungssensors, auf die sich der Schaltabstand bezieht. Aktive Schaltzone Bereich über der aktiven Fläche, in der ein Näherungssensor auf die Annäherung von bedämpfendem Material durch eine Schaltzustandsänderung reagiert. Antivalente Ausgangsfunktion Bei einem DC 4-Leiter stehen sowohl ein Schließer als auch ein Öffner-Signal gleichzeitig zur Verfügung. Ausgangsfunktionen Schließer: Ein Näherungssensor mit Schließer-Funktion ist im unbedämpften Zustand gesperrt (hochohmig) und im bedämpften Zustand durchgeschaltet (niederohmig). Öffner: Ein Näherungssensor mit Öffner-Funktion ist im unbedämpften Zustand durchgeschaltet (niederohmig) und im bedämpften Zustand gesperrt (hochohmig). Betriebsspannung U V Spannungsbereich, über den der Näherungssensor sicher arbeitet SENSICK KATALOG 25

3 Begriffserklärung Bereitschaftsverzögerung t V Zeit, die der Näherungssensor nach Anlegen der Betriebsspannung benötigt, um betriebsbereit zu sein. Bündiger Einbau Ein Näherungssensor kann mit der aktiven Fläche bündig abschließend in ein bedämpfendes Material eingebaut werden. Dauerstrom I a Strom, bei dem der Näherungssensor sicher arbeitet. Drahtbruchschutz Bei Unterbrechung einer der Versorgungsleitungen bleibt der Ausgang gesperrt (keine Fehlfunktion). Einschaltimpulsunterdrückung Die Einschaltimpulsunterdrückung dient dazu, dass in der Zeit zwischen dem Anlegen der Betriebsspannung und dem Anschwingen des Oszillators kein falsches Schaltsignal am Ausgang anliegt. Einstellhilfe (optisch) bei induktivem Sensor INOX Die optische Einstellhilfe per LED ermöglicht eine schnelle Justage und die optische Nutzung des erhöhten Schaltabstandes. LED-Anzeige blinkt im Bereich 81-1% des Nennschaltabstandes und geht in Daueranzeige bei Erreichen des gesicherten Schaltabstandes (81%) über. Standardeinstellung (Praxis): LED leuchtet Einstellung mit Einstellhilfe: LED leuchtet Standardschaltabstand erhöhter sn: sicherer Einstellbereich LED blinkt Schaltabstand 81 1 [%] erhöhter s n : unsicherer Einstellbereich Kurzschlussfest (bei NAMUR-Sensor nach EN 5227) Der Näherungssensor wird bei einem Kurzschluss der Last bzw. einem Masseschluss am Ausgang nicht zerstört. Kurzschlussschutz Näherungssensoren mit Kurzschlussschutz können weder durch Überlast noch durch direkten Kurzschluss zerstört werden. Nach Überschreiten der Auslöseschwelle wird der Ausgang gesperrt und periodisch (taktend) abgefragt, ob der Kurzschluss weiterhin besteht. Nach Beheben des Kurzschlusses erfolgt ein automatischer Reset. 26 SENSICK KATALOG

4 Begriffserklärung Kurzzeitstrom I k Strom, der für eine angegebene Dauer bei festgelegter Schaltfrequenz fließen darf, ohne den Näherungssensor zu zerstören. Mindestlaststrom Kleinster Laststrom, der bei duchgeschaltetem Ausgang fließen muss, um einen sicheren Betrieb von 2-Leiter-Näherungssensoren zu gewährleisten. Nennschaltfahne Alle Messungen des Schaltabstandes sind durch eine axiale Annäherung einer quadratischen Normmessplatte aus St37, Dicke 1 mm vorzunehmen. Die Seitenlänge der Nennschaltfahne ist gleich dem Durchmesser der Ansprechfläche oder beträgt 3 s n. Der größere Wert ist zu nehmen. Ein Näherungssensor muss so eingebaut werden, dass eine Freizone eingehalten wird. NPN-Ausgang Näherungssensoren mit NPN-Ausgang schalten das Minuspotenzial auf die Last. Man bezeichnet sie auch als minusschaltend oder current-sinking. + Last Ausgang PNP-Ausgang Näherungssensoren mit PNP-Ausgang schalten das Pluspotenzial auf die Last. Man bezeichnet sie auch als plusschaltend oder current-sourcing. + Ausgang Last Reduktionsfaktor R M Die angegebenen Schaltabstände beziehen sich alle auf St37. Bei anderen Materialien erhält man zum Teil erhebliche Abstandsreduzierungen: Folgende Werte gelten als Richtwerte, die von zu variieren können: 1..8 Fe V2A St37 (Fe) 1 Chrom Nickel (V2A),8 Aluminium (massiv),45 Kupfer (Cu), Al Cu SENSICK KATALOG 27

5 Begriffserklärung Reduktionsfaktor R M Diese Korrekturfaktoren sind bei der Auswahl von Betätigungselementen oder bei der Justierung auf Objekte aus entsprechenden Legierungen zu berücksichtigen. Bei der Installation von Näherungssensoren sollte immer vom gesicherten Schaltabstand (81 % von s n ) ausgegangen werden. Durch Feinjustage ist der genaue Schaltpunkt einzustellen. Reststrom I r Der Reststrom dient der Eigenversorgung der 2-Leiter-Sensoren und fließt auch bei gesperrtem Ausgang über die Last. Restwelligkeit V SS Der DC-Betriebsspannung überlagerter Wechselspannungsanteil (maximal zulässiger Spitzenwert, angegeben in % von U V ). U UV V ss t Schaltabstand Messplatte s u max. s r max. s n s r min. s u min. s r 1,1 s n 1,21 s n,9 s n s u,81 s n aktive Fläche sa Der Schaltabstand eines Näherungssensors ist der Abstand, bei dem eine sich der aktiven Fläche axial nähernde Messplatte einen Signalwechsel auslöst. Näherungssensor Nennschaltabstand s n : Gerätekenngröße Realschaltabstand s r :,9 s n s r 1,1 s n Nutzschaltabstand s u :,9 s r s u 1,1 s r 28 SENSICK KATALOG

6 Begriffserklärung Schaltabstand Arbeitsabstand s a : Der Arbeitsabstand ist der Abstand, bei dem ein Näherungssensor unter angegebenen Temperatur- und Spannungsbedingungen anspricht. Er liegt zwischen % und 81 % des Nennschaltabstandes. Schaltfrequenz f Maximale Anzahl von Schaltspielen pro Sekunde. a 2a sn 2 Näherungssensor Messplatte Scheibe Schockbeanspruchung Impulsform: Beschleunigung: Impulsdauer: Halbsinus 3 g n 11 ms Schwingbeanspruchung Frequenzbereich: Amplitude: Schwingdauer: Dauer der Standzeit bei Resonanzfrequenz oder bei 55 Hz: 1 bis 55 Hz 1 mm 5 min 3 min in jeder Achse Spannungsabfall U d (bei I a max) Spannungsverlust, der bei maximalem Laststrom über die Schaltstufe des Näherungssensors entsteht. Dies ist besonders bei der Reihenschaltung zu beachten. Überlastfestigkeit Siehe auch Kurzschlussschutz. Die Ansprechschwelle für Überlastschutz liegt über dem Wert für die Dauerstrombelastbarkeit. Verpolungsschutz Eine interne Schutzbeschaltung bewahrt DC 3/4-Leiter-Näherungssensoren beim Vertauschen der Versorgungsspannungsanschlüsse vor Zerstörung und sorgt dafür, dass keine Fehlfunktion auftritt, die zur Abgabe eines unerwünschten Signals führt SENSICK KATALOG 29

7 Einbauhinweise Bündiger Einbau in Metall Näherungssensoren für bündigen Einbau weisen eine interne Abschirmung um den Ferritkern auf. Dadurch kann der Sensor bis zur aktiven Fläche in Metall eingebaut werden. Näherungssensoren für bündigen Einbau haben verglichen mit Näherungssensoren für nicht bündigen Einbau bei gleicher Bauform einen kleineren Schaltabstand. Quasibündiger Einbau in Metall Diese Sensoren mit erhöhtem Schaltabstand sind nicht vollständig bündig in Metall einbaubar und sind mit der angegebenen Freizone quasibündig einbaubar. Advanced Serie IM12-4B... IM18-8B... IM3-15B... IH6-2B... Metallfreie Zone,1 x d,1 x d,1 x d 2 mm Triplex Serie IM8-3B... IM12-6B... IM18-12B... IM3-22B... Metallfreie Zone 1 mm (St 37) 2 mm (St 37) 4 mm (St 37) 6 mm (St 37) in Metall Bei Näherungssensoren für den nicht bündigen Einbau muss aufgrund der nicht gebündelten Feldverteilung eine metallfreie Zone eingehalten werden. Zylindrische Bauform Allgemeine Einbauhinweise für zylindrische Bauform für bündigen und nicht bündigen Einbau in Metall: d d d 2d d d d 3 Sn 3Sn 2Sn Bündiger Einbau Gegenüberliegende Montage 8 S n 21 SENSICK KATALOG

8 Einbauhinweise Zylindrische Bauform Triplex-Serie Allgemeine Einbauhinweise für zylindrische Bauform für quasibündigen und nicht bündigen Einbau in Metall: A B A B 3 S n (C) 3 S n (C) D Quasibündiger Einbau Quasibündiger Einbau Metallfreie Zone: 2 x A x C IM8... A = 4 mm, B = 8 mm, C = 9 mm IM12... A = 6 mm, B = 18 mm, C = 18 mm IM18... IM3... A = 11 mm, B = 26 mm, C = 36 mm A = 2 mm, B = 5 mm, C = 66 mm IM8... IM12... IM18... IM3... Metallfreie Zone: 2 x A x (C + D) A = 12 mm, B = 2 mm, C = 18 mm, D = 12 mm A = 18 mm, B = 3 mm, C = 3 mm, D = 2 mm A = 27 mm, B = 6 mm, C = 6 mm, D = 4 mm A = 45 mm, B = 12 mm, C = 12 mm, D = 8 mm Zylindrische Bauform INOX-Serie Allgemeine Einbauhinweise für zylindrische Bauform für bündigen und nicht bündigen Einbau in Metall: A B A B 3 S n (C) 3 S n (C) D Bündiger Einbau Bündiger Einbau IM12... IM18... IM3... Metallfreie Zone: 2 x A x C A = 12 mm, B = 4 mm, C = 18 mm A = 25 mm, B = 6 mm, C = 3 mm A = 45 mm, B = 9 mm, C = 6 mm IM12... IM18... IM3... Metallfreie Zone: 2 x A x (C + D) A = 3 mm, B = 8 mm, C = 3 mm, D = 2 mm A = 5 mm, B = 15 mm, C = 6 mm, D = 35 mm A = 9 mm, B = 25 mm, C = 12 mm, D = 6 mm Nennschaltfahne Bündiger Einbau IM12... Messplatte 18 x 18 mm 2 IM12... Messplatte 3 x 3 mm 2 IM x 3 mm 2 IM x 6 mm 2 IM x 6 mm 2 IM x 12 mm SENSICK KATALOG 211

9 Einbauhinweise Realschaltabstand s r als Funktion der Materialdicke INOX M12-Version, bündiger Einbau INOX M3-Version, nicht bündiger Einbau 1 5 s n Messing Stahl Stahl Messing s n s r [mm] Aluminium Edelstahl sr [mm] Edelstahl Aluminium ,2 1 5 Materialdicke [mm], Materialdicke [mm] Realschaltabstand s r als Funktion der Oberfläche INOX M12-Version, bündiger Einbau INOX M3-Version, nicht bündiger Einbau 5 45 s r [mm] Nennschaltfahne S n s r [mm] Nennschaltfahne S n Seitenlänge [mm] Seitenlänge [mm] Realschaltabstand s r als Funktion des Längen-/Breitenverhältnisses INOX M12-Version, bündiger Einbau INOX M3-Version, nicht bündiger Einbau S n S n sr [mm] sr [mm] Nennschaltfahne Kürzere Seite [mm] 1 5 Nennschaltfahne Kürzere Seite [mm] 212 SENSICK KATALOG

10 8 x S n Induktive Näherungssensoren Einbauhinweise Quaderförmige Bauform Allgemeine Einbauhinweise für quaderförmige Bauformen in Metall: Z Z D Y X Bauform IQ4-15B IQ4-2B IQ4-2N IQ4-35N X [mm] 4 Y [mm] Z [mm] Ø24 Ø24 Ø Bauform IQ8-2B... IQ8-4N... IQ1-3B... IQ1-6N... IQ12-3B... IQ12-6N... Y [mm] Gegenüberliegende Montage SENSICK KATALOG 213

11 Auswahltabelle Baureihe Gehäuse Schaltsabstand S n in mm IM 4 IM 5 IM 8 IM 12 IM 18 IM 3 IM 12 IM 18 IM 3 IH 3 IH 4 IH 6 IQ 5 IQ 8 IQ 1 IQ 12 IQ 4 IQ 4 IQ 4 IQ 8 IQ 8 IM 12 IM 18 IM 3 IQ 4 IM 12 IM 18 IM 3 IH 2 IH 34 IQ 4 IQ 4 IQ 8 IM 8 IM 12 IM 18 IM 3 Zylinder mit Gewinde M4, Messing,6 DC 3-L. 216 M5, Messing,8 DC 3-L. 218 M8, Messing 1,5/2/3 2,5/4/6 DC 3-L. 22 M12, Messing 2/4/6 4/8/1 DC 3/4-L. 238 M18, Messing 5/8/12 8/12/2 DC 3/4-L. 266 M3, Messing 1/15/22 15/2/4 DC 3-L. 292 Zylinder mit Gewinde INOX-Serie M12, Edelstahl V4A 6 1 DC 3-L. 254 M18, Edelstahl V4A 1 2 DC 3-L. 28 M3, Edelstahl V4A 2 4 DC 3-L. 34 Hülse, glatt Ø 3, Edelstahl,6 DC 3-L. 312 Ø 4, Edelstahl,8 DC 3-L. 314 Ø 6,5, Edelstahl 1,5/2 4 DC 3-L. 316 Quader 5x5x25, Messing,8 DC 3-L x4/8x49, Kunststoff 2 4 DC 3-L x28/16x37, Kunststoff 3 6 DC 3-L x4/26x49, Kunststoff 3 6 DC 3-L x41x121, Kunststoff 15 2 DC 3-L x4x118, Kunststoff 15 2 DC 4-L x4x66, Kunststoff 15/2 35 DC 3/4-L x4x15, Kunststoff 6 8x4x112, Kunststoff 5 (+überbündig) 44,5 DC 4-L. 352 Zylinder mit Gewinde M12, Messing 2 4 DC 2-L. 26 M18, Messing 5 8 DC 2-L. 286 M3, Messing 1 15 DC 2-L. 36 Quader Zylinder mit Gewinde M12, Messing 2 4 AC 262 M18, Messing 5 8 AC/DC 288 M3, Messing 1 15 AC/DC 38 Hülse, glatt Ø 2, Kunststoff 1 AC/DC 322 Ø 34, Kunststoff 3 AC/DC 324 Quader 41x41x121, Kunststoff 15 2 AC/DC 348 8x4x15, Kunststoff 6 AC/DC 354 Zylinder mit Gewinde Schaltausgang Ausgangsfunktion Anschlussart Form, Größe, Material bündig n. bündig P 1) N 2) S 3) Ö 4) S/Ö 5) L 6) St. 7) K 8) Elektr. Ausführung DC 3-L. 35 4x4x118, Kunststoff 15 DC 2-L x4x118, Kunststoff 15 AC 2-L. 346 M8, Messing 1 NAMUR 236 M12, Messing 2 4 NAMUR 264 M18, Messing 5 8 NAMUR 29 M3, Messing 1 15 NAMUR 31 ab Seite 1) P = PNP 2) N = NPN 3) S = Schließer 4) Ö = Öffner 5) S/Ö = Schließer/Öffner progr./ant. 6) L = Leitung 7) St. = Stecker 8) K = Klemmen 214 SENSICK KATALOG

12 enschlüssel IM 12 2B P S Z U Sensortechnologie Weitere Kennzeichnung Induktiv I K Kurzbauform Bauform Standard Hülse H 1 Standard Zylinder mit Gewinde M Anschlusstechnik Quader Q W Leitung, PVC Gehäuseform, Durchmesser oder Kantenmaß an der aktiven Fläche U P Leitung, PUR-PVC Leitung mit Stecker, M8 x T Stecker, M8 x C Stecker, M12 x K Klemmen 6 6 Gehäusematerial 8 8 Z Messing vernickelt 1 1 V Edelstahl K Kunststoff N Edelstahl V4A (INOX-Serie) 2 2 Ausgang 3 3 S Schließer O Öffner 4 4 P Programmierbar/antivalent 8 8 N NAMUR Schaltabstand/Einbau Schnittstelle Bündig B P DC (3/4-Leiter) PNP Nicht bündig N N DC (3/4-Leiter) NPN 2 mm, bündig 2B C DC (4-Leiter) PNP oder NPN 4 mm, nicht bündig 4N D DC 2-Leiter 1,5 mm, bündig 1B5 A AC 2-Leiter 2,5 mm, nicht bündig 2N5 U AC/DC 2-Leiter NAMUR SENSICK KATALOG 215

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