Wie erkennt ein kapazitiver Sensor nichtmetallische Materialien?

Was ist ein kapazitiver Näherungssensor und wie funktioniert er mit Nichtmetallen?

A kapazitiver Näherungsmessgerät ist ein berührungsloser Sensor, der in der flexiblen Verpackungstechnik eingesetzt wird. Er kann nichtmetallische Materialien erfassen. Er erkennt Materialien wie Glas, Papier oder Kunststoff. Er kann alle dielektrischen Materialien bis zu 2 m in jede Richtung erkennen. Die einzige Einschränkung sind Verpackungsmaterialien mit einer Dielektrizitätskonstante von 2 oder mehr. Dieser Sensor ist in der Lage, dielektrische Materialien zu detektieren, ohne dabei Metall in den Verpackungsmaterialien zu identifizieren, und kann somit Materialien mit einer Konstante über 2 hervorheben.

Ein kapazitiver Näherungssensor verfügt über zwei kleine Metallplatten, die ein schwaches elektrisches Feld an der Vorderseite des Sensors bilden. Wenn sich nichts in der Nähe befindet, hält die interne Schaltung des Sensors das elektrische Feld in einem stabilen Zustand. Sobald nichtmetallische Materialien wie Kunststoffflaschen nahe genug herankommen, um in das elektrische Feld einzutreten, verändert sich die Schaltung zur Stabilisierung des elektrischen Feldes. Die Sensorelektronik erfasst diese Änderung, fixiert sie und wandelt sie in ein Signal um, das besagt: „Ja, ich erkenne etwas.“ Dies sendet eine Warnung an die Maschine, mit der der Sensor verbunden ist.

Die kapazitiven Näherungssensoren von Chengwei sind darauf ausgelegt, die besten auf dem Markt zu sein. Es werden kleine Details berücksichtigt, wie beispielsweise die unterschiedliche Größe der Metallplatten und die Anpassung der Schaltungsempfindlichkeit, sodass der Sensor sogar dünne Nichtmetalle wie Papier sowie Materialien mit niedriger Dielektrizitätskonstante wie Schaumstoff erkennen kann. Im Vergleich zu günstigeren Sensoren, die am Markt erhältlich sind und oft Luft erfassen oder nicht-leichte Kunststoffe übersehen, sind die Sensoren von Chengwei deutlich fortschrittlicher. Chengwei konzentriert sich auf die Erfassung genau der Nichtmetalle, die Sie benötigen – ein entscheidender Vorteil auf stark frequentierten Produktionslinien, da keine Fehlauslösungen auftreten.

Zur Verdeutlichung: Stellen Sie sich vor, Sie arbeiten mit einem kapazitiven Näherungssensor von Chengwei in einer Abfüllanlage, die Joghurt in Plastikbecher füllt. Es ist nicht nötig, diesen Vorgang mit übermäßig komplizierten technischen Begriffen zu erklären. Daher wird der Ablauf hier möglichst einfach Schritt für Schritt beschrieben.

Zunächst wird der Sensor aktiviert und sein elektrisches Feld beginnt sich aufzubauen. Die Sensorfläche ist so ausgerichtet, dass die Kunststoffbecher daran vorbeilaufen und dabei einige Millimeter Abstand halten, ohne sie jemals zu berühren. Zu diesem Zeitpunkt konzentriert sich das elektrische Feld ausschließlich auf die umgebende Luft, und die Kapazität des Sensors bleibt auf „Basisniveau“. Dieser Zustand wird in den Handbüchern von Chengwei als „Kein-Ziel-Zustand“ bezeichnet.

Als Nächstes durchläuft ein Kunststoffbecher das elektrische Feld. Im Vergleich zur Luft weist Kunststoff eine höhere Dielektrizitätskonstante auf, wodurch der Sensor das Feld „stört“. Stellen Sie sich einen ruhigen, stillen Teich vor, in den Sie einen Stein werfen. Der Sensor erfasst in diesem Fall die Änderung der Kapazität. Der Becher verursacht eine Erhöhung der Kapazität des Sensors, und der Sensor registriert somit eine Veränderung. Leichte Kunststoffbecher passieren nicht, ohne erfasst zu werden, da die Sensoren von Chengwei speziell darauf ausgelegt sind, auch kleine Kapazitätssteigerungen zu erkennen.

Nun beginnen die inneren Abläufe der Sensorschaltung zu aktivieren. Jede Mikrosekunde überprüft der Sensor den Kapazitätspegel. Wenn der Kapazitätspegel ansteigt, zeichnet der Sensor die Erhöhung auf und aktiviert anschließend die Kommunikation mit dem Linienregler. Danach sendet der Sensor ein elektrisches Signal an die Maschine mit dem Befehl: "Hallo, hier ist ein Becher. Es ist Zeit, Joghurt einzufüllen." Dieser Befehl wird aktiviert, sobald sich der Becher an der Maschine befindet. Der Anwender von Chengweis Sensor hat vollständige Kontrolle über den Kapazitätspegelsensor, sodass dieser nicht durch große, nichtmetallische blockierende Objekte wie dickes Kartonpapier ausgelöst wird. Es gibt ein Drehregler, mit dem der Kapazitätspegel eingestellt werden kann, unabhängig davon, ob es sich um dickes Kartonpapier oder dünnes Glas handelt.

Sobald der Füllvorgang abgeschlossen ist, wird der Becher zur nächsten Station transportiert. Der Sensor prüft die Kapazität und erkennt, dass sich der Becher bewegt hat, woraufhin er sofort erneut den Kapazitätspegel überprüft und gleichzeitig das Kommando zum Stilllegen der Maschine ausgibt. Wenn der Kapazitätspegel wieder auf den Ausgangswert zurückgegangen ist, erhält die Maschine die Anweisung, auf den nächsten Becher zu warten. Die Geschwindigkeit des Sensors ist der Grund dafür, dass bei schnellen Produktionslinien keine Staus entstehen.

Chengweis Sensoren können diese Vorgänge in Millisekunden erfassen, was beeindruckend ist bei einer Linie, die jede Minute 100 Plastikbecher produziert.

Praxisanwendungen für Nicht-Metalle.

Kapazitive Näherungssensoren gehören zu den vielseitigsten Sensoren für Nicht-Metalle und werden längst nicht mehr nur im Labor, sondern auch in der realen Welt eingesetzt. Chengwei entwickelt Nicht-Metall-Sensoren, die speziell darauf ausgelegt sind, Sicherheits- und Betriebseffizienzstandards in Nicht-Metall-Fabriken zu erfüllen, um die Effizienz im Alltag zu verbessern.

In Verpackungslinien sind diese Sensoren äußerst wertvoll. In einer Fabrik zur Herstellung von Plastiktüten scannen Inline-Sensoren das Versiegelungssystem für die Plastikfolienrolle und signalisieren den Bedienern, bevor diese zur Neige geht, um die kontinuierliche Beutelversiegelung sicherzustellen. Die Sensoren und Verpackungstechnologie von Chengwei können sogar dünne, moderne, durchscheinende Kunststoffrollen erkennen. In Lagern sind diese Sensoren an Kartonverpackungslinien installiert. Zum Beispiel erkennen Inline-Sensoren einen Versandbehälter, der auf das Förderband gestellt wird, und aktivieren damit das automatisierte Versiegelungssystem.

Warum entscheiden sich Lebensmittel- und Getränkeindustrien für diese Art von Sensoren? Denken Sie beispielsweise an eine Saftabfüllanlage. Jeder Behälter (ob aus Kunststoff oder Glas) ist nicht metallisch, und der Sensor muss erkennen, ob sich jede Flasche vor dem Befüllen korrekt unter dem Füller befindet. Chengwei-Sensoren sind zuverlässig, auch bei Reinigungsvorgängen oder wenn die Behälter Etiketten haben. Ihre Sensoren widerstehen Feuchtigkeit und kleinen Verunreinigungen und lösen nicht fälschlicherweise aus. Weitere Anwendungen umfassen die Erkennung von Kunststoffdeckeln auf Gläsern und die Sicherstellung, dass ein Glas verschlossen ist, bevor der Deckel entfernt wird.

Chengwei konzentriert sich ebenfalls auf Logistik und Materialhandhabung. Beispielsweise werden Chengwei Proximity-Kapseln zur automatischen Erkennung von Kapseln in Förderanlagen in Lagern verwendet. Die Sensoren gleichen Verzögerungen im Prozess aus, wenn sie automatisch blockierte oder nicht bewegte Behälter erkennen, wodurch Zeitverluste vermieden werden. Zum Beispiel, wenn Schaumstoffpolsterung in Behälter eingelegt wird, um empfindliche Artikel beim Versand zu schützen, ermitteln die Sensoren, ob ein Behälter auf dem Förderband platziert ist, ob Verpackungsschaumstoff im Behälter vorhanden ist und ob der Behälter zu lange auf dem Förderband verbleibt.

Das Beste an diesem Sensor ist, dass er Nichtmetall-Objekte erkennen kann, ohne sie berühren zu müssen. Dies kann besonders nützlich sein, wenn Berührung empfindliche Nichtmetall-Objekte wie Glas zerkratzen oder die Bewegung behindern könnte. Chengwei hat ihre Sensoren so kompakt konzipiert, dass sie in engen Räumen montiert werden können, beispielsweise in der Mitte von Förderbändern oder neben Fülldüsen, was eine nahtlose Integration in die bestehende Anlage ermöglicht.

Die besten Ergebnisse mit Nichtmetallen erzielen

Um die Leistung bei der Verwendung von Nichtmetallen zu optimieren, sind bei jedem kapazitiven Näherungssensor einige Anpassungen erforderlich. Die folgenden Empfehlungen konzentrieren sich auf die Erkennung von Nichtmetallen und die Verbesserung der Leistung bis an die in Chengweis technischer Dokumentation angegebenen Grenzen.

Wählen Sie zunächst einen Sensor entsprechend der Materialart aus. Nichtmetalle liegen in verschiedenen Formen vor. Zum Beispiel weisen dickes Plastik und dünnes Papier unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten auf. Chengweis Sensormodelle unterscheiden sich in ihrem Aufbau je nach Art des Dielektrikums. Einige Modelle sind für hochdielektrische Materialien wie Wasser und dickes Plastik ausgelegt, andere hingegen – wie Dünnschichtfolien und Schaumstoffe – für niederdielektrische Materialien. Wenn ein Sensor, der für dickes Plastik konzipiert ist, zur Erkennung von dünnem Papier verwendet wird, wird die Detektion wahrscheinlich fehlschlagen. Auf ihrer Website stellen sie eine Anleitung bereit, die dabei hilft, das passende Sensormodell zum jeweiligen Material auszuwählen. Für die Detektion benötigen Sie die Dielektrizitätskonstante des Materials, um anschließend den geeigneten Sensor auszuwählen.

Lassen Sie uns herausfinden, wie der Abstand korrekt eingestellt wird. „Erkennungsbereich“ ist der Begriff für den Bereich, in dem der Sensor ein nicht-metallisches Objekt erkennen kann. Die Sensoren von Chengwei haben je nach verwendeten Modell einen Bereich von 1 mm bis 20 mm. Achten Sie darauf, den Abstand nicht zu groß zu setzen (der Sensor erkennt dann nichts) oder zu gering (das Objekt könnte den Sensor berühren). Eine gute Faustregel ist, den Abstand auf 70 % des Erkennungsbereichs zum nicht-metallischen Objekt einzustellen. Wenn die Reichweite des Sensors für Kunststoff 10 mm beträgt, stellen Sie ihn auf 7 mm ein. Sie können dies mit einem Stück des nicht-metallischen Materials testen, indem Sie prüfen, wie nah Sie herankommen können, bevor der Sensor anspricht, und ziehen es dann leicht zurück, um einen sicheren Abstand zu gewährleisten.

Die Empfindlichkeitseinstellung kann zunächst eine knifflige Aufgabe sein. Bei Chengwei-Sensoren ist eine Anpassung möglich. Wenn ein kleinerer, nichtmetallischer Gegenstand wie ein Plastikdeckel erkannt werden soll, kann die Empfindlichkeit nach oben angepasst werden, um den Gegenstand zu erfassen. Bei größeren Objekten wie einem Karton ist es besser, die Empfindlichkeit zu senken, um Fehlauslösungen durch Staub oder andere kleine Partikel zu vermeiden. Häufig machen Benutzer den Fehler, die Empfindlichkeit viel zu hoch einzustellen, was wiederum zu Fehlauslösungen führt. Testen Sie stets mit dem Material, das später tatsächlich verwendet wird, und nicht mit einer Probe. Falls auf der Linie unterschiedliche Materialien verarbeitet werden, beispielsweise kleine und große Kunststoffteile, verwenden Sie Sensoren mit stufenlos einstellbarer und schnell wechselbarer Empfindlichkeit.

Umwelteinflüsse müssen genau überwacht werden. Staub, Feuchtigkeit und Temperatur sind einige der Faktoren, die die Sensoren beeinflussen.

Die Sensoren von Chengwei verfügen über Schutzarten gemäß IP-Klassifizierung, die belegen, dass sie staub- und wasserdicht sind, beispielsweise IP67. Dennoch müssen Sie sicherstellen, dass diese nicht direkten Strahlen von Reinigungswasser oder extremen Temperaturen (über 80 °C) ausgesetzt sind. Wenn Sie in einer staubigen Umgebung arbeiten, beispielsweise in einer Papiermühle, müssen Sie die vordere Sensorfläche alle paar Tage reinigen. Wenn sich Staub ansammelt, blockiert er das elektrische Feld.

Führen Sie regelmäßige Überprüfungen durch. Nach der Inbetriebnahme kann es dennoch zu Verschiebungen kommen, beispielsweise wenn der Sensor durch Vibrationen leicht verrutscht. Testen Sie ihn einmal pro Woche mit Ihrem Nichtmetall, um sicherzustellen, dass er jedes Mal auslöst, wenn das Material vorbeiläuft, und keine Fehlauslösungen bei Abwesenheit von Material aufweist. Das Support-Team von Chengwei steht Ihnen bei Problemen zur Verfügung. Eine geringe Wartung trägt dazu bei, dass der Sensor jahrelang einwandfrei funktioniert.