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Schaltabstände von Positionssensoren

Wie ist der Schaltabstand bei Sensoren definiert?

Definition: Der Schaltabstand von Positionssensoren ist der Abstand zwischen der aktiven Sensorfläche und des sich annähernden Messobjekts, der zu einem Signalwechsel des Sensors führt. Die Schaltabstände für induktive Sensoren werden dabei mit einem quadratischen Stück Stahl (Fe 37), einer so genannten Normmessplatte (laut DIN EN 60947-5-2) bestimmt. Als Faustformel gilt, je größer der Sensordurchmesser, desto größer der Schaltabstand. Für Messobjekte aus anderen Materialien muss zur Bestimmung des Schaltabstands ein Korrekturfaktor berücksichtigt werden. Des Weiteren ist der Schaltabstand von der Größe des Messobjekts abhängig. Als Faustformel kann man sagen, dass mindestens die Sensorstirnfläche bedeckt sein sollte, um die im Datenblatt angegebenen Schaltabstände zu erreichen. Sind die zu testenden Objekte kleiner, verringert das den Schaltabstand oder führt gar dazu, dass das Objekt gar nicht gemessen werden kann.

Funktionsweise

Induktive Sensoren arbeiten auf Basis eines magnetischen Feldes, das sich frontseitig am Sensor in einem offenen Magnetkreis ausbildet. Das Erkennungsprinzip beruht auf der Bedämpfung (Abschwächung) des Magnetfeldes durch das angenäherte Metallobjekt. Die Amplitude des internen Schwingkreises wird durch die Bedämpfung reduziert bis eine Schaltschwelle erreicht wird und der Sensor ein Schaltsignal ausgibt. Der Abstand, bei dem induktive Sensoren schalten wird als sogenannter Schaltabstand bezeichnet. Je nach angenähertem Metall ist für die meisten induktiven Sensoren ein Korrekturfaktor zu berücksichtigen, der den Schaltabstand verringert. Folgende Grafik gibt die Faktoren für unterschiedliche Metalle der meisten induktiven Sensoren an:
Der Schaltabstand von induktiven Sensoren und Faktor 1 Sensoren im Vergleich
„Der Schaltabstand von Positionssensoren ist der Abstand zwischen der aktiven Sensorfläche und des sich annähernden Messobjekts.“

Grundsätzlich werden von den Herstellern bis zu vier verschiedene Schaltabstände angegeben:

  • Sn: Nennschaltabstand oder Bemessungsschaltabstand
  • Sr: Realschaltabstand

Sn: Nennschaltabstand oder Bemessungsschaltabstand

Der theoretisch angegebene Abstand, der zur Schaltung des Sensors führt. Fertigungstoleranzen, Temperatur- oder sonstige äußere Einflüsse bleiben unberücksichtigt. Dieser Schaltabstand ist bei vielen Sensorherstellern als einziger Abstand im Datenblatt angegeben.
  • Su: Nutzschaltabstand
  • Sa: Arbeitsschaltabstand oder gesicherter Schaltabstand

Sr: Realschaltabstand

Der reale Abstand zwischen Sensor und Objekt der nach festgelegten Kriterien (laut DIN EN 60947-5-2) zu einem Schaltvorgang beim Sensor führt. Hierbei werden Faktoren wie beispielsweise Temperaturen, Spannung, Objektgröße und -material in einem Prüfprozess vorgeschrieben. Um der DIN – Richtlinie zu entsprechen, muss der Sensor innerhalb von 90 bis 110% des Nennschaltabstands reagieren.
Damit gilt:

Sn * 0,9 ≤ Sr ≤ Sn * 1,1

 

Su: Nutzschaltabstand

Der Nutzschaltabstand berücksichtigt nun zusätzlich den gesamten zulässigen und im Datenblatt angegebenen Arbeitsbereich des Sensors. Unter jeglichen Temperatur- und Spannungsschwankungen und weiteren äußeren Einflüssen muss der Sensor immer zwischen 90% und 110% des Realschaltabstands liegen.
Damit gilt:

Sn * 0,81 ≤ Su ≤ Sn * 1,21

Sa: Arbeitsschaltabstand oder gesicherter Schaltabstand

Der Arbeitsschaltabstand ist der Abstand bei dem der Sensor unter allen im Datenblatt angegebenen Toleranzen und Bereichen immer schaltet. Er liegt im Bereich von 0 bis 80% des Nennschaltabstands. Nur in dieser Distanz zwischen Sensoroberfläche und Objekt schaltet der Sensor unter allen Umständen und Fehlertoleranzen. Somit ist der Arbeitsschaltabstand der wichtigste Abstand und wird deshalb auch als gesicherter Schaltabstand bezeichnet.
Es gilt als Definition:

Sa ≤ Sn * 0,8

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