Im Zuge der digitalen Transformation traditioneller Produktionsstätten hin zu Smart Factories werden Sensoren benötigt, die Materialien berührungsfrei erkennen können. Kommen metallische Objekte ins Spiel, sind induktive Sensoren das Mittel zur Wahl, weil sich durch die elektrische Leitfähigkeit der Objekte das Magnetfeld verändert, sodass die Sensoren ihr Vorhandensein oder Fehlen ermitteln können.
Service – Induktive Sensoren zeichnen sich durch eine vielseitige Anwendung aus und kommen auch mit anspruchsvollen Arbeitsbedingungen bestens zurecht. Dadurch werden induktive Sensoren in der Industrie 4.0 an Bedeutung zunehmen.
Was sind induktive Sensoren?
Passende induktive Sensoren arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, indem sie metallische Objekte anhand der Veränderung ihres Magnetfeldes erkennen. Die Erkennung geschieht dadurch, dass sich nähernde Objekte mit einer entsprechenden Leitfähigkeit einen Wirbelstrom erzeugen, der dem Oszillator Energie entzieht.
Die Veränderungen des Magnetfeldes sind der Ausgangspunkt für die Signalgebung der induktiven Sensoren. Entdeckt wurde die Induktion 1831 von Michael Faraday. Sie ist seither ein Kernelement der modernen Physik zum Verstehen der Welt, und die Industrie, die inzwischen gelernt hatte, sich mit den Universitäten und Forschungslaboren zu verzahnen, griff beherzt auf diese Errungenschaft zurück.
Der Aufbau von induktiven Sensoren
Um diese Aufgaben zu leisten, bestehen induktive Sensoren aus den Komponenten Spule, Ferritkern, Oszillator, Komparator und Endstufe, die der Reihe nach in einen Körper eingebaut sind, der üblicherweise die Form eines Zylinders hat. Dabei induziert die Spule das Magnetfeld, während der Ferritkern die magnetische Flussdichte erhöht und das Magnetfeld damit verstärkt.
Mit dem Oszillator, der den Schwingkreis anregt, kann eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt werden, die sich mit einem Komparator vergleichen lässt. Durch diese Vorarbeit können die induktiven Sensoren das entsprechende Signal geben, das zumeist mit LED-Licht übermittelt wird.
Die Vorteile von induktiven Sensoren
Induktive Sensoren sind zum berührungslosen Detektieren von leitfähigen Materialien fähig und unterliegen keinen Verschleißerscheinungen. Außerdem sind die Arbeitswerkzeuge äußerst robust, sodass sie mit Extremtemperaturen sowie mit Erschütterungen und Vibrationen zurechtkommen. Zusätzlich sind sie unempfindlich gegen Feuchtigkeit und Staub. Induktive Sensoren sind in einer hohen Anzahl an Größen und Bauformen erhältlich, sodass sich für jede Anwendung der passende Sensor finden lässt.
Bei ihrer Arbeit zeichnen sich die Sensoren durch eine hohe Schaltgenauigkeit und hohe Schaltfrequenzen aus, was sie für Präzisionsaufgaben bei der Positionsermittlung von Gegenständen empfiehlt, die gemessen werden müssen. Ihre Akkuratesse und Resistenz erlauben den Einsatz in einem industriekritischen und von Technologie geprägten Umfeld. Induktive Sensoren sind deshalb enge Begleiter in den Bereichen Militär, Luft- und Raumfahrt, Schwerindustrie und Eisenbahn.
Die Nachteile von induktiven Sensoren
Induktive Sensoren eignen sich ausschließlich für die Messung von elektrisch leitfähigen Objekten, sodass sich ihr Einsatz auf entsprechende metallische Materialien beschränkt. Leider ist ihre Herstellung vor allem bei Hochpräzisionsgeräten teuer und die Arbeit mit ihnen fordert von den verantwortlichen Mitarbeitern ein hohes Maß an Spezialwissen ein.
Erschwerend kommt hinzu, dass die neue Generation an IT-Spezialisten sich mehrheitlich auf ausschließlich digitale Anwendungen konzentriert, was das Risiko eines Fachkräftemangels mit sich bringt.
Unter anderem müssen die Sensoren genau auf die Schaltkreise für die Wechselstromerzeugung und Signalverarbeitung ausgerichtet sein. Wichtig ist bei ihrem Einsatz, sie von anderen elektrischen und magnetischen Energiefeldern fernzuhalten, da dies den Prozess der Messung behindern würde. Im Vergleich mit anderen Sensoren ist der Messbereich eher klein und der Energieverbrauch hoch.
Die Anwendungsbereiche induktiver Sensoren
Induktive Sensoren haben eine enorme Bedeutung in der industriellen Messtechnik, wo sie zur Erfassung physikalischer Größen und zur Objekterkennung eingesetzt werden. In der Fertigungsindustrie unterstützen sie automatisierte Abläufe, um die Anwesenheit und Position von Objekten auf Förderbändern zu überwachen. Weiterhin werden sie zur Messung der Drehzahl von Kurbelwellen in Motoren und Überwachung der Position von Bauteilen in Steuerungswellen gebraucht.
Eine weitere Anwendung besteht in der metallurgischen Industrie, um die Anwesenheit und Position metallischer Rohstoffe zu ermitteln, die gerade eine Wärmebehandlung erfahren. In der Elektronikfertigung können sie in MC-Montagemaschinen die korrekte Positionierung kontrollieren.
Eine wichtige Rolle spielen sie des Weiteren im Anlagenbau, beim Einsatz in Sondermaschinen, in der Chemie- und Verfahrenstechnik, Verpackungsindustrie sowie in der Drucktechnik. Abschließend können Sicherheitsdienste auf die Dienste induktiver Sensoren zurückgreifen wie auch Trainer im Sport, um die Abläufe von Spielen in einem datengetriebenen Ansatz zu analysieren.
Worauf ist beim Kauf induktiver Sensoren zu achten?
Induktive Sensoren werden in Öffner (NC) und Schließer (NO) unterteilt. Während Schließer das Vorhandensein von Gegenständen anzeigen, signalisieren Öffner ihr Fehlen. Da induktive Sensoren nur Objekte anzeigen, die sich im Messfeld befinden, ist die Größe des Magnetfeldes eine wichtige Kennzahl für den Kauf.
Ebenso bedeutend ist die Genauigkeit der induktiven Sensoren, wobei es vor allem im technischen und digitalen Bereich auf eine präzise Messung ankommt. Parameter, die Rückschlüsse auf die Präzision induktiver Sensoren zulassen, sind die Auflösung, Wiederholgenauigkeit und Linearität. Weiterhin zeugen Zertifikate und Standards von der Performance induktiver Sensoren. Erwähnenswert sind ISO-Zertifikate, die auf den Millimeter genau das Leistungsvermögen der Sensoren anzeigen.
Weitere wichtige Gesichtspunkte für die Kaufentscheidung
Außerdem kommt es für Kunden beim Kauf induktiver Sensoren darauf an, dass die Form für die jeweilige Anwendung geeignet ist, wobei das Gerät über die für die eigenen Maschinen passenden Anschluss- und Montagevorrichtungen verfügen sollte. In puncto Robustheit geben Hersteller den geeigneten Temperaturbereich, die Wasserdichtigkeit und Vibrationsfestigkeit sowie die Schutzklasse auf der IP-Skala an. In dieser wird der Resistenzgrad der Sensoren gegen Nässe und Staub angezeigt.
Abschließend können induktive Sensoren ein- oder zweiphasig sein, wobei zweiphasige Sensoren über zwei Oszillatoren verfügen, um zwei Magnetfelder mit entgegengesetzten Phasen zu induzieren. Einphasige Sensoren arbeiten genauer; dafür können zweiphasige Sensoren Metalle auch bei größeren Entfernungen erkennen.
Die Bedeutung von Sensoren in der modernen Arbeitswelt – ein Ausblick
Induktive Sensoren spielen zunehmend eine wichtige Rolle bei der smarten Gestaltung von Lieferketten und anderen Abläufen in der Smart Factory. Als berührungslose Signalermittler, die unter robusten Arbeitsbedingungen bestehen können, sind sie für diese Aufgabe prädestiniert. Sie sind eine wichtige Voraussetzung dafür, dass automatisierte Prozesse im Rahmen der Industrie 4.0 stattfinden können, zumal hochwertige Modelle zum exakten Arbeiten fähig sind.
So wie die Digitalisierung des Alltags voranschreitet, gilt dies auch für die Arbeitswelt. Für smarte Unternehmen, die mit leitfähigen Materialien arbeiten, gehören induktive Sensoren zum unverzichtbaren Portfolio. Induktive Sensoren sind die kleinen, unscheinbaren Helden der modernen Arbeitswelt, die gewährleisten, dass der Betrieb läuft. (opm)