Neue Generation induktiver
Sensoren mit Active Shielding Technology

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Stabil hohe Schaltabstände bei allen
Einbausituationen und Einbaumaterialien

Neue Generation induktiver Sensoren mit Active Shielding Technology
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Archiv | 08.10.2020 | Beim Einsatz induktiver Sensoren ist der gewählte Schaltabstand ein Merkmal, das sich wesentlich auf Anlagenkonstruktionen auswirkt. Sehr beliebt bei Anwendern sind Ausführungen mit erhöhten Schaltabständen, um mehr Freiheitsgrade bei der Anlagenplanung zu haben. Allerdings wird es mit zunehmendem Schaltabstand immer schwieriger, den Nennwert einzuhalten und gleichzeitig einen stabilen Betrieb zu gewährleisten.

Mit der innovativen „Active Shielding Technology“ ist es Pepperl+Fuchs gelungen in der Baureihe VariKont die Schaltabstände weiter zu erhöhen und dabei eine bislang nicht gekannte Stabilität und Zuverlässigkeit zu realisieren, unabhängig von Einbausituationen und Einbaumaterial.          

Induktive Sensoren liefern das ideale Wirkprinzip zum Detektieren von Targets aus Metallen. Idealerweise sollten die berührungslos arbeitenden Geräte die Targetobjekte stets gleichbleibend im selben Abstand detektieren.
In der Realität ist diese Sensoreigenschaft jedoch eine Herausforderung, da der Schaltabstand von mehreren Faktoren abhängt, wie z.B. der Targetgrösse, der Umgebungstemperatur und massgeblich von der Einbausituation und dem Einbaumaterial des Sensors in der Maschine.


Sensor-Norm fordert Toleranzfenster von ±10 Prozent Jede Annäherung eines metallischen Targets an einen induktiven Sensor bewirkt eine Bedämpfung des Schwingkreises, die von der Auswerteelektronik detektiert wird. Beim definierten Grenzwert generiert das Gerät daraus ein Schaltsignal, wobei der Sensor Targets aus Stahl, Edelstahl oder Aluminium mit unterschiedlicher Intensität erkennt. Der Einbau des Sensors in die Anlage führt in der Regel zu einer unerwünschten Vorbedämpfung durch das umgebende Metall der Montagesituation. Vorbedämpfungen verringern die Oszillatoramplitude und schieben den Ruhezustand näher an den Schaltpunkt heran, so dass der Sensor empfindlicher wird. Treibt man das Spiel zu weit, besteht die Gefahr der Instabilität und des „Kippens“, wenn der Sensor auch ohne Target-Einfluss durchschaltet, beispielsweise aufgrund geringer Temperaturschwankungen. Die Grösse der Vorbedämpfung ist abhängig davon, von welchen Metallarten der Sensor umgeben ist. Weiter unterscheidet man zwar zwischen Geräten für nicht bündigen und für bündigen Einbau, dennoch führen bei Sensoren für bündigen Einbau ein einseitiger, zweiseitiger, dreiseitiger und vierseitiger Einbau zu teilweise vollkommen unterschiedlichen Vorbedämpfungen.

Das Ziel eines jeden induktiven Sensors ist es aber, einen konstanten Schaltabstand bei jeder Einbausituation, bei jedem Einbaumaterial und über einen weiten Temperaturbereich zu liefern. Nach Sensor-Norm müsste der Realschaltabstand in allen genannten Konstellationen innerhalb eines Toleranzfensters von -10...+10 % liegen. Praxistests mit induktiven Sensoren verschiedener Hersteller auf dem Markt zeigen, dass diese Forderungen bei Geräten mit erhöhten Schaltabständen oft nicht eingehalten werden. Bei Abweichungen von den Standardanwendungen und unter Temperaturschwankungen brechen die realen Schaltabstände entweder dramatisch ein, teils sogar unter den sogenannten „Gesicherten Schaltabstand“, oder schiessen unkontrolliert weit über den Nennwert hinaus, je nach Qualität der elektronischen Kompensierung. Für die Arbeit von Anlagenkonstrukteuren sind das wahrlich keine zufriedenstellenden Voraussetzungen.

Die klassische Art, den Einfluss des Einbaus auf die Sensorspule zu verringern, ist die Verwendung eines metallischen Abschirmrahmens, der bereits im Sensor um die Spule verbaut wird. Eigentlich schirmt dieser Rahmen nicht wirklich die Einbausituation von der Sensorspule ab, vielmehr dient er als schon integrierte Einbausituation, auf die sich der Sensor bei der Fertigung fix abgleichen lässt.

Der Vorteil dabei ist, dass weiteres Metall des Einbaus nur mehr geringen Einfluss auf den Sensor ausübt, aber den Nachteil mit sich bringt, dass der Sensor durch den fest eingebauten Metallrahmen stets vorbedämpft ist und somit den maximal möglichen Schaltabstand limitiert.


Active Shielding Technology erkennt Vorbedämpfung Eine innovative Entwicklung aus dem Hause Pepperl+Fuchs verändert diese Situation jetzt grundlegend. Die neuen Sensoren mit Active Shielding Technology verzichten auf den verlustbehafteten Abschirmrahmen und ersetzen diesen durch eine zusätzliche Kompensationsspule, die die Intensität der Fremdeinwirkungen misst, wie z.B. vom Einbau. Mit diesen Informationen ist die Sensorelektronik nun in der Lage, die Empfindlichkeit der Hauptspule aktiv nachzuregeln und entsprechend anzupassen.


Maximale Flexibilität bei Ausrichtung und Einbau Gegenüber den Standard-Ausführungen erhöht sich der Nennschaltabstand bei den mit der neuen Technologie ausgestatteten Modellen von 20 mm auf 30 mm bei den Modellen für bündigen Einbau, sowie von 40 mm auf 50 mm bei den Sensoren für nicht bündigen Einbau. Die aktive Kompensation sorgt nicht nur für stets gleichbleibende Schaltabstände in allen Einbausituationen und Ausrichtungen des Sensorkopfes, sondern macht die Geräte auch unabhängig davon, ob Stahl, Edelstahl oder Aluminium als Einbaumaterial dient.

Die neuen induktiven Sensoren mit Active Shielding Technology sind erhältlich in den quaderförmigen Sensor-Bauformen VariKont sowie VariKont L. Bei der Baureihe VariKont handelt es sich um die klassische Bauform mit separatem Anschlussraum und rundum sichtbarer LED Anzeige zur Statuskontrolle. Der kompaktere VariKont L hat keinen Anschlussraum sondern ist stattdessen mit einem Steckeranschluss ausgestattet. Die neuen VariKont-Modelle sind für den Betrieb an 10...30 V DC-Betriebsspannung vorgesehen und ausgangsseitig in 3- und 4-Draht-Technik verfügbar. Die zulässige Umgebungstemperatur reicht von -25...+70 °C.

Fazit

Mit einer neuen Generation induktiver Sensoren setzt Pepperl+Fuchs einmal mehr technologische Massstäbe, an der sich die Branche messen lassen muss. Die aktive Kompensation von Störeinflüssen verleiht den VariKont-Modellen gleichbleibend hohe Schaltabstände in allen Einbausituationen, bei allen Sensorkopfausrichtungen und Unabhängigkeit vom Einbaumaterial; das von der Norm geforderte Toleranzfenster wird vollumfänglich erfüllt. Die VariKont-Modelle mit Active Shielding Technology sollen die bewährten Standard-Ausführungen keineswegs ablösen, sondern Konstrukteuren bei aktuellen Entwicklungen oder Anwendungen mit erhöhten Anforderungen an die Sensorik neue Möglichkeiten hinsichtlich Stabilität, Flexibilität und Prozesssicherheit eröffnen.

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