Die Auswahl an induktiven Sensoren ist sehr groß. So stehen Geräte mit Normschaltabstand, erweitertem Schaltabstand und bis zu 3- sowie 4-fachem Normschaltabstand zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es induktive Sensoren mit Vollmetallgehäuse (inklusive aktiver Fläche aus Metall), Geräte mit erweitertem Einsatztemperaturbereich >110°C, Sensoren für spezielle Umgebungsbedingungen, schweißfeste (magnetfeldfeste) und Abstand messende Sensoren sowie hochdruckfeste Geräte für Hydraulikzylinder, um nur einige Beispiele zu nennen.
Funktionsweise
Vereinfacht dargestellt, bestehen induktive Näherungsschalter aus einer Spule (Oszillator) unmittelbar hinter dem Sensorkopf (aktive Fläche), gefolgt von der Auswertelektronik und einer Endstufe bzw. einem Verstärker. Der Schwingkreis-Oszillator erzeugt ein hochfrequentes Magnetfeld, das an der aktiven Fläche austritt. Ein elektrisch leitender Metallgegenstand (Bedämpfungsstück), der sich vor dem Sensor befindet, tritt in Wechselwirkung mit diesem Feld. Die daraus resultierende \’Bedämpfung\‘ oder Rückkopplung auf den Oszillator lässt sich am Verstärker in ein Schaltsignal umsetzen (Bild 2).
Schaltabstände, Normmessplatte, Schalthysterese
Ob ein induktiver Sensor ein Schaltsignal erzeugt, hängt maßgeblich vom Schaltabstand ab. Der Schaltabstand ist der Abstand zur Sensorfläche, bei dem ein Metall eine Änderung des Schaltzustandes bewirkt. Da diese Distanz nicht bei allen Metallen gleich ist, wird für das jeweilige Metall ein sogenannter Korrekturfaktor angegeben. Die größten Schaltabstände sind mit ferromagnetischen Materialien wie etwa Stahl oder Eisen möglich. Bei anderen Metallen kann die Reichweite je nach Sensorausführung geringer sein. Im Gegensatz zum Schaltabstand wird der Nennschaltabstand eines induktiven Sensors mit einer 1mm starken Normmessplatte (bestehend gemäß DIN 18800 aus S235, Baustahl, mit einer Mindeststreckgrenze von 235N/mm2) ermittelt. Man unterscheidet hier zwischen Nenn- (Bemessungs-), Real-, Nutz- und Arbeitsschaltabstand (s. Kasten). Die Normmessplatte ist quadratisch, wobei die Kantenlänge dem Durchmesser der aktiven Fläche entspricht. Bei Geräten mit erweitertem Schaltabstand (3- oder 4-facher Normschaltabstand) wird eine größere Platte verwendet. Grundsätzlich gilt: je größer die aktive Fläche, umso größer ist der mögliche Schaltabstand. Bei einer im Vergleich zur aktiven Sensorfläche wesentlichen kleineren Materialfläche reduziert sich jedoch der mögliche Schaltabstand (Geometrieeinfluss). In diesem Zusammenhang beschreibt die Schalthysterese die Wegdifferenz zwischen dem Einschaltpunkt bei einem Objekt, das sich dem Sensorkopf nähert, und dem Ausschaltpunkt, wenn sich das Objekt wieder vom Sensor entfernt, wobei der Einschaltpunkt näher am Sensor liegt als der Ausschaltpunkt. Diese eingebaute Hysterese verhindert ein Hin- und Herkippen des Schaltausgangs bei mechanischen Vibrationen und liegt üblicherweise im Bereich von 5 bis 15% des Nennschaltabstandes.
Ausgangs-, Serien- und Parallelschaltung
Bei den Schaltausgängen von induktiven Sensoren mit Gleichspannung unterscheidet man zwischen PNP und NPN. Bei PNP-Endstufen wird die Last so angeschlossen, dass sie beim Durchsteuern (Bedämpfen) des Sensors unter Spannung gesetzt wird (positiv schaltend). NPN-Geräte hingegen halten ihre Last ständig unter Spannung und schalten nur die Masseverbindung (negativ schaltend). Wechselspannungsgeräte sind in der Regel 2-Leitergeräte und nicht kurzschlussfest. Daher muss eine Last angeschlossen werden, die einen Mindestlaststrom von 2mA bzw. 5mA zulässt, den maximalen Laststrom aber nicht überschreitet. Im Bereich der Mess- und Regeltechnik werden Näherungsschalter mit analoger Ausgangsschaltung eingesetzt. Statt eines Schaltsignals liefern diese Geräte als abstandsproportionales Analogsignal entweder eine stufenlose Spannung (0-10V) oder einen Strom (4-20mA). Die Serienschaltung von 3-Leiter-PNP-Sensoren ist betriebssicher nur über ein logisches UND-Glied möglich. Verwendet man diese Sensoren in einer Parallelschaltung, wirkt sich der Innenwiderstand des durchgeschalteten Sensors auf die restlichen Initiatoren aus. Daher müssen Entkoppeldioden in die Ausgänge eingesetzt werden. Als Hilfe zur Parallelschaltung kann ein logisches ODER-Glied verwendet werden.
