Induktive Sicherheitssensoren

Induktive Sicherheitssensoren: Aufbau und Wirkprinzip

Induktive Sicherheitssensoren ähneln von ihrem Aufbau und ihre Funktionsweise den herkömmlichen induktiven Sensoren. Aufgrund spezieller Features können sie jedoch für sicherheitsrelevante Anwendungen genutzt werden.

Die Sensoren verfügen an einem Ende über eine verbaute Kupferspule, die ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Ende wird auch als aktive Fläche bezeichnet. Nähert sich ein metallenes Objekt bzw. ein „Target“ diesem Wechselfeld, wird dieser Vorgang als Bedämpfung bezeichnet. Die dadurch veränderten Schwingungsamplituden lösen eine Sensorschaltung aus. In anderen Worten ausgedrückt, detektieren induktive Sicherheitssensoren wie klassische induktiver Sensoren berührungslos metallische Objekte und überwachen deren Position.

Im Gegensatz zu den induktiven Sensoren sind sie jedoch mit Zusatzfunktionen ausgestattet, die sie für den Einsatz in sicherheitsrelevanten Applikationen befähigen. So weisen sie zum Beispiel selbstüberwachende Output Switching Signal Device Ausgänge (OSSD-Ausgänge) auf und sind intern redundant aufgebaut.

OSSD-Ausgänge prüfen die Sensoren auf Abweichungen von üblichen Schaltmustern und erkennen somit beispielsweise Kurzschlüsse, Querschlüsse sowie Schaltversagen. Liegt einer dieser Fälle vor, werden die Systeme abgeschaltet. Die interne Redundanz beschreibt das mehrfache Vorliegen gleichartiger Funktionen in einem Sensorgehäuse. So verfügt jeder induktive Sicherheitssensor unter anderem über zwei bzw. drei Microcontroller. Auf diese Weise ist der Sensor vor dem Ausfall von Funktionen abgesichert.

Hinsichtlich der Art und Weise der Schaltungen unterscheiden sich induktive Sicherheitssensoren ebenfalls von den induktiven Sensoren für herkömmliche Anwendungen. Es werden zwischen den beiden Schaltarten „sicher bedämpft“ (NC) und „sicher entdämpft“ (NO) differenziert.

Sicher bedämpfte Sensoren schalten in den sicheren Zustand, sobald sich das „Target“ in Reichweite des Magnetfelds befindet. Bei sicher entdämpften Sensoren erfolgt die Sensorschaltung dagegen, sobald sich kein metallischer Gegenstand (mehr) vor dem Sensor befindet. Hierbei ist zu beachten, dass die Be- und Entdämpfung innerhalb sogenannter Freigabezonen erfolgen muss. Außerhalb dieser Zonen bleiben die Ausgänge entsprechend an- bzw. ausgeschaltet.

Die Schaltung in den sicheren Zustand ist immer dann wichtig, sobald gewährleistet werden muss, dass von einem System keine Gefahr für die Anwender ausgeht.

Die Entfernung des Sensors zum metallischen Objekt wird als Schaltabstand bezeichnet. Da der Schaltabstand von der Größe der Sensorspule abhängt, ist dieser umso größer, desto größer der Sensor ist.

Neben dem Nennschaltabstand sind bei induktiven Sicherheitssensoren auch der gesicherte Schaltabstand Sar sowie der gesicherte Ausschaltabstand Sao zu beachten.

Sar gibt an, bis zu welchem Abstand die Abwesenheit des Targets unter Berücksichtigung etwaiger äußerer Einflüsse und Herstellungstoleranzen zu 100 % gewährleistet ist.

Sao dagegen definiert den Abstandsbereich zur aktiven Fläche des Sensors, in dem unter Beachtung externer Einflüsse und Exemplarstreuungen das korrekte Erfassen der Targetanwesenheit zu 100 % abgesichert ist.

Für welche Anwendungen eignen sich induktiven Sicherheitssensoren?

Induktive Sicherheitssensoren können in allen sicherheitsrelevanten Anwendungen eingesetzt werden, in denen es um die Positionserfassung metallener Objekte geht. So werden induktive Sicherheitssensoren zum Beispiel in diesen Anwendungsbereichen eingesetzt:

• Endpositionserkennung
• Überwachung von Schutzhauben- und Schutzklappen
• Positionserfassung von Drehtischen
• Bereichsdetektion bei Roboterarmen
• Bedienen von mobilen Fahrzeugen wie Kräne oder Müllwagen

Im Vergleich zu Sicherheitsschaltern, haben induktive Sicherheitssensoren den Vorteil, dass sie ohne externe Betätiger auskommen.

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Wichtig zu erwähnen ist, dass die Auswahl eines passenden Performance Levels (PL) immer nur nach einer vorherigen Risikobewertung oder durch Normenvorgaben erfolgen kann.

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