Kapazitive Handtaster

Anwendungsbereiche: Wo werden kapazitive Touch-Sensoren eingesetzt?

Ein Handsensor (auch Touch-Sensor genannt) ist eine elektronische Taste, welche die Bedienung von Maschinen vor Ort ermöglicht. Der Sensor wird vom Anwender durch Auflegen eines Fingers oder der Hand auf der leuchtenden Fläche betätigt. Handtaster sind sehr flexibel und in vielen Anwendungen einsetzbar: im öffentlichen Personenverkehr, als Freigabetaster zum Öffnen und Schließen von Toren, als Start-/ Stopptaster an Maschinen und vieles mehr.

Aufbau und Funktionsweise: Wie funktioniert ein kapazitiver Handsensor?

Kapazitive Handsensoren basieren auf dem Prinzip eines offenen Plattenkondensators. Es wird ein elektrisches Feld zwischen dem Sensor und seiner Umgebung aufgebaut, das eine konstante Kapazität aufweist. Wenn sich nun Objekte mit einer Dielektrizitätszahl ɛ_r > 1 in diesem elektrischen Feld befinden, dann erhöht sich die Kapazität. Ein kapazitiver Sensor misst diese Änderung und kann so die Anwesenheit von Objekten erfassen. Kapazitive Sensoren reagieren am empfindlichsten auf Materialien mit einer hohen Dielektrizitätszahl, z.B. Wasser oder Metalle. Sie werden häufig zur Füllstandsüberwachung von flüssigen Medien und Schüttgütern eingesetzt.

Handsensoren sind ein weiterer Anwendungsbereich für kapazitive Berührungssensoren. Sie sind so gestaltet, dass sie durch Berühren mit einem Finger oder der Hand betätigt werden. Das kapazitive Messprinzip ist dafür hervorragend geeignet, da der menschliche Körper zu einem großen Teil aus Wasser besteht. Sensoren mit Touch-Funktion signalisieren dem Anwender mittels LED, dass der Schaltvorgang erfolgreich ausgelöst wurde.

Eigenschaften und Vorteile: Sind kapazitive Handtaster besser als mechanische Taster?

Heutzutage werden mechanische Schalter immer häufiger durch kapazitive Touch-Sensoren ersetzt. Mechanische Taster zeichnen sich durch Ihre einfache Bedienung, störungsfreien und zuverlässigen Betrieb aus. Doch kapazitive Handsensoren bringen diese Eigenschaften ebenfalls mit sich und liefern noch weitere Vorteile.

Konfigurierbare Handtaster mit IO-Link: Warum IO-Link und was sind die Vorteile?

Unsere kapazitiven Handsensoren setzen auf den herstellerunabhängigen und weltweit verbreiteten Standard IO-Link. Diese Technologie wurde entwickelt, um konventionelle Sensoren – also Geräte mit Schalt-/ und Analogausgang – smarter zu machen. Via IO-Link ist es möglich, viele Sensorinformationen gleichzeitig zu übertragen, u.a. mehrere Messwerte und Diagnosedaten.

Handsensoren profitieren besonders von IO-Link, da das Protokoll bidirektional arbeitet. Es können Befehle zum Sensor geschrieben werden, die bestimmte Parameter überschreiben. Unsere kapazitiven Handtaster können so frei konfiguriert werden. Die veränderten Parameter werden dauerhaft auf dem Gerät gespeichert, selbst wenn die Spannungsversorgung unterbrochen wird. Somit können die Sensoren erst vorkonfiguriert und hinterher eingebaut werden.

Was ist nun, wenn der Endanwender kein IO-Link nutzt? Beim Einschalten eines IO-Link Geräts erfolgt die Signalübertragung zunächst konventionell ohne IO-Link - im sogenannten SIO-Modus. Erst wenn ein IO-Link Master einen „Wake Up“ Befehl an den Sensor sendet, wird die Signalübertragung mittels IO-Link Protokoll gestartet. Ein Handsensor gibt somit einen konventionellen Schaltausgang aus, wenn er nicht mit einem IO-Link Master verbunden ist. Die kapazitiven Handtaster können also auch ohne IO-Link bedenkenlos genutzt werden.

Mit unserem IO-Link Starterkit ADS01 können Sie direkt loslegen. Sie erhalten alle Komponenten und die entsprechende Software, die zum Parametrieren von IO-Link Sensoren erforderlich sind. Alternativ können Sie unseren Parametrierservice nutzen. Wir stellen Ihnen die Geräte gerne auf Wunsch ein. Eine detaillierte Beschreibung der Parameter finden Sie bei allen IO-Link Geräten auf der Artikelseite unten im Download-Bereich.

Features und Konfigurationsmöglichkeiten

LED-Farbe und Konfiguration

Handsensoren werden als elektronische Schalter eingesetzt, die durch Berührung betätigt werden. Damit der Anwender weiß, ob der Betätigungsvorgang erfolgreich war, liefert die LED in der Tastfläche ein optisches Feedback. Das Feedback zeichnet sich meist durch einen Farbwechsel aus. Es können zwei Farben für die LED festgelegt werden. Eine Farbe wird angezeigt, wenn der Sensor geschaltet ist, die andere, wenn er nicht schaltet. Es gibt einige voreingestellte Farben, alternativ kann die gewünschte Farbe als RGB-Code eingestellt werden. Je nach Konfiguration leuchtet die LED dauerhaft oder blinkt.

Werksteinstellungen: LED-Farbe inaktiv = Grün / LED-Farbe betätigt = Rot / LED-Betrieb = dauerhaftes Leuchten

Schaltlogik & Betriebsmodi

Es gibt zahlreiche Anwendungen mit unterschiedlichen Anforderungen an Handtaster. Unsere Handtaster können so konfiguriert werden, dass Sie mit fast allen Maschinen und Anlagen kompatibel sind. Schließer-/ Öffner-Funktion, PNP/ NPP und drei unterschiedliche Betriebsmodi können eingestellt werden. So kann der Berührungssensor individuell angepasst werden, um eine Reibungslose Integration in Ihre Anwendung zu ermöglichen. Bei den drei Betriebsmodi unterscheiden wir zwischen: statisch, bistabil (oder auch toggle) und dynamisch.

Werksteinstellungen: Schaltlogik = Schließer (NO) / Elektrische Ausführung = PNP / Betriebsmodus = statisch

Tastempfindlichkeit

Unsere Taster sind sehr flexibel und müssen daher die Anforderungen vieler unterschiedlicher Branchen erfüllen. In bestimmten Branchen wird oftmals Schutzkleidung aus hygienischen Gründen oder wegen der Arbeitssicherheit getragen. Unsere kapazitiven Berührungssensoren müssen also auch mit dünnen Latexhandschuhen und dicken Arbeitshandschuhen zuverlässig und störungsfrei betätigt werden können. Dafür kann die Empfindlichkeit des Sensors erhöht werden, damit der Sensor auch durch Schutzkleidung funktioniert. Mit steigender Empfindlichkeit wird der Sensor allerdings anfälliger gegen Störeinflüsse. Der Sensor sollte daher nur so empfindlich eingestellt werden, wie es für die Anwendung erforderlich ist.

Wasser ausblenden

Wir bieten zwei Varianten von kapazitiven Handtastern an: eine aus Kunststoff, die andere aus Edelstahl. Das Gerät mit Edelstahlgehäuse eignet sich exzellent für den Hygiene- und Nassbereich. Edelstahl ist sehr gut zu reinigen und setzt kaum Verunreinigungen an. Die Edelstahlvariante besitzt außerdem das Feature Wasser auszublenden. Wie oben beschrieben reagieren kapazitive Sensoren sehr empfindlich Wasser. Herkömmliche kapazitive Handsensoren sind durch Wasser beeinflussbar und können ungewollt schalten. Das geschieht meist, wenn der Sensor Regen ausgesetzt ist oder mit einem feuchten Tuch abgewischt wird.

Unsere Handsensoren aus Edelstahl sind exakt auf das Erkennen eines Fingers abgestimmt. Sie können durch die Kombination aus kapazitivem Sensor und Lichtsensor den Unterschied zwischen der Berührung mit der Hand oder der Beeinflussung durch Wasser unterscheiden. Sie können sogar in Maschinen verbaut werden, die mit einem Hochdruckreiniger gereinigt werden, ohne fehlerhaft auszulösen. Die Einstellungen für Wasserausblenden und Tastempfindlichkeit sollten nur so hoch gewählt werden, wie für die Anwendung erforderlich, um maximale Zuverlässigkeit und einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.

Adaptive Helligkeit

Unsere smarten Handtaster passen die Leuchtkraft der LED entsprechend der Umgebungshelligkeit an. Das ist dank des integrierten Helligkeitssensors möglich. So wird immer optimale Sichtbarkeit für einen einfachen und sicheren Betrieb Ihrer Maschinen gewährleistet. Der kapazitive Handsensor aus Kunststoff besitzt zudem seitliche Leuchtspot, die nicht nur elegant aussehen, sondern den Sensor noch größer wirken lassen.

Werksteinstellungen: Adaptive Helligkeit = aktiv

LED mit digitalen Eingängen ansteuern

Touch-Sensoren werden oft in größeren Anlagen und Maschinen verbaut, die unterschiedliche Betriebszustände und Prozessschritte durchlaufen. Es kann beispielsweise vom Betreiber gewünscht sein, dass während einer Wartung der Anlage eines Start-/ Stopptasters nicht grün leuchtet. So wird dem Anwender angezeigt, dass die Maschine momentan nicht eingeschaltet werden soll.

Unsere Handsensoren über zwei digitale Eingänge, die ein Ansteuern der LED über ein externes Signal aus der Steuerung ermöglichen. Die Eingänge sind in den Werkseinstellungen nicht freigeschaltet. Durch eine IO-Link Konfiguration des Tasters lassen sich die Eingänge freigeben. Dabei ist zu beachten, dass der elektrische Anschluss des Sensors ändert, denn Pin2 und Pin5 werden verwendet. Prüfen Sie, ob andere Sensorleitungen mit mehr Adern erforderlich sind.

Wenn ein freigegebener Eingang nicht aktiv angesteuert wird, dann leuchtet die LED im jeweiligen Zustand nicht. E₁ bezeichnet den digitalen Eingang, der die LED im Zustand inaktiv (Werkseinstellung = grün) ansteuert. E₂ bezeichnet den digitalen Eingang, der die LED im Zustand betätigt (Werkseinstellung = rot) ansteuert.

Werksteinstellungen: Digitale Eingänge = automatic

Werkseinstellungen