Um ein qualitativ hochwertiges Endergebnis zu erzielen, müssen bei der Automatisierung industrieller Prozesse zahlreiche Komponenten reibungslos zusammenarbeiten. Positionssensoren, ein zwar unscheinbares, aber entscheidendes Element der industriellen Automatisierung, stehen im Mittelpunkt dieses Artikels. In Fertigungs- und Verarbeitungsanlagen gewährleisten Positionssensoren die planmäßige Ausführung wichtiger Aufgaben und unterstützen so die Überwachung und Steuerung von Produktionsprozessen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, bewegliche Objekte zu erkennen und deren Anwesenheit oder Abwesenheit zu melden. Pneumatische Ventile sind vielseitig einsetzbar, da sie Signale an das System senden und dieses veranlassen, eine vorprogrammierte Aktion auszuführen, sobald sich ein Objekt in einem voreingestellten Abstand zum Positionssensor befindet.

Der Positionssensor sendet ein Signal an das System, das die vorprogrammierte Funktion beendet oder zu einer anderen Funktion wechselt, sobald sich das Zielobjekt vom Sensor entfernt. Obwohl das Zielobjekt theoretisch beliebig sein kann, beschränkt sich dieser Artikel der Einfachheit halber auf metallische Ziele und die gängigen Methoden zu deren Lokalisierung. Mechanische Endschalter, induktive Näherungssensoren, Federendschalter und andere Endschalter sind einige dieser Technologien. Ein Verständnis der von den meisten Sensorherstellern verwendeten Standardterminologie ist hilfreich, bevor man die verschiedenen Arten von Positionssensoren betrachtet.

• Erfassungsbereich: der Abstand zwischen der Erfassungsfläche und dem den Schalter betätigenden Ziel

• Hysterese: der Abstand zwischen dem Auslösepunkt und dem Betätigungspunkt des Schalters

• Wiederholgenauigkeit: Die Fähigkeit des Schalters über seine gesamte Lebensdauer, innerhalb derselben Entfernung stets dasselbe Ziel zu identifizieren.

• Reaktionszeit: das Intervall zwischen Zielerkennung und Ausgabesignalgenerierung.

mechanischer Endschalter

Elektromechanische Endschalter, sogenannte mechanische Endschalter, erfassen die Position eines Messobjekts durch direkten physischen Kontakt. Sie sind für hohe Strombelastungen geeignet und können ohne externe Stromversorgung betrieben werden. Mechanische Schalter sind unempfindlich gegenüber Polarität und Spannung, da sie potentialfreie Kontakte verwenden. Dadurch sind sie unempfindlich gegenüber verschiedenen elektrischen Störungen wie elektrischem Rauschen, Funkstörungen, Leckströmen und Spannungsabfällen. Hebelarm, Taster, Gehäuse, Sockel, Schalterkopf, Kontakte, Klemmen und andere bewegliche Teile dieser Schalter erfordern jedoch regelmäßige Wartung. Mechanische Endschalter von Votto weisen aufgrund des direkten physischen Kontakts mit dem Messobjekt unter Umständen eine geringe Wiederholgenauigkeit auf. Sowohl das Messobjekt selbst als auch der Hebelarm können durch den physischen Kontakt verschleißen. Zudem sind ungeschützte Öffnungen anfällig für Korrosion, Staub und Feuchtigkeit. Aus diesem Grund sind zertifizierte explosionsgefährdete Bereiche und abgedichtete Kontakte oft mit hohen Kosten verbunden.

Endschalter

Ein Federendschalter ist ein elektromechanisches Bauteil, das mithilfe magnetischer Anziehungskraft die Position eines magnetischen Objekts bestimmt. Im Inneren des Schalters befinden sich zwei kleine Metallkontakte in einem Glasröhrchen. Diese Kontakte, sogenannte Reed-Elemente, reagieren aufgrund ihrer magnetischen Empfindlichkeit auf magnetische Objekte und aktivieren den Schalter. Da Federendschalter keinen direkten Kontakt zum Objekt benötigen, bieten sie alle Vorteile mechanischer Schalter, ohne deren Verschleißprobleme.

Normale ferromagnetische Ziele können nicht mit Federendschaltern verwendet werden; magnetische Ziele sind erforderlich. Der Reed-Schalter ist unzuverlässig, da das Reed-Element, das Glasröhrchen und die kleinen Metallstifte durch Biegung ermüden. Zu geringer Kontaktdruck kann bei starken Vibrationen zu Kontaktflattern und fehlerhaften Signalen des Reed-Schalters führen.

Sensoren für induktive Näherung

Ein induktiver Näherungssensor, ein elektronisches Halbleiterbauelement, nutzt Veränderungen im Energiefeld eines metallischen Objekts, um dessen Position zu bestimmen. Da keine Berührung erforderlich ist und keine beweglichen Teile vorhanden sind, die blockieren, verschleißen oder beschädigt werden könnten, ist der Wartungsaufwand gering. Zudem ist der Sensor unempfindlich gegenüber Staub und Schmutz, da er keine beweglichen Teile besitzt. Induktive Näherungssensoren sind vielseitig einsetzbar und in verschiedenen Größen und Ausführungen erhältlich. Sie vertragen keine hohen Strombelastungen und benötigen eine externe Stromversorgung. Darüber hinaus können sie anfällig für Spannungsabfälle, Leckströme, Funkstörungen und elektrisches Rauschen sein. Extreme Temperaturschwankungen und Feuchtigkeitseintritt können die Funktion induktiver Näherungssensoren beeinträchtigen.

Endschalter

Durch den Einsatz einer speziellen Hybridtechnologie können Endschalter ferromagnetische Objekte mittels elektromagnetischer Felder orten. Hebellose Endschalter sind in anspruchsvollen Situationen und im Langzeiteinsatz äußerst zuverlässig. Da weder Berührung noch externe Stromversorgung erforderlich sind, sind hohe Stromstärken möglich, und es besteht keine Gefahr von Blockierung, Verbiegen, Zerbrechen oder Abschleifen. Ähnlich wie mechanische Schalter sind sie unempfindlich gegenüber elektrischem Rauschen, Funkstörungen, Leckströmen und Spannungsabfällen. Sie sind zudem weder polaritäts- noch spannungsempfindlich. Staub, Schmutz, Feuchtigkeit, Berührung und die meisten korrosiven oder chemischen Substanzen beeinträchtigen die Funktion der Endschalter nicht. Die meisten Ausführungen verfügen über einen breiten Betriebstemperaturbereich und sind eigensicher. Dank ihrer abgedichteten Anschlüsse und des robusten Metallgehäuses eignen sich hebellose Endschalter ideal für Anwendungen, die Wasserdichtheit und Explosionsschutz erfordern.

Positionssensoren sind für die Automatisierung industrieller Prozesse unerlässlich. Auf dem Markt sind zahlreiche Positionssensortechnologien verfügbar, jede mit spezifischen Leistungsmerkmalen. Um die erforderliche Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten, muss der passende Sensortyp für die jeweilige Anwendung sorgfältig ausgewählt werden.