Sensoren

Sensorik im Maschinen- und Anlagenbau 

In modernen Werkzeugmaschinen entscheidet oft der Mikrometer über Produktqualität und Effizienz. Damit diese Präzision überhaupt möglich wird, braucht es zuverlässige Sensorik. Denn nur wenn Temperatur, Position, Drehzahl oder Druck in Echtzeit erfasst werden, kann die Steuerung exakt reagieren – und die Maschine ihr volles Potenzial ausschöpfen. 

Was genau sind Sensoren – und wie funktionieren Sie?

Ein Sensor ist ein technisches Bauteil, das physikalische oder chemische Eigenschaften seiner Umgebung erkennt und diese Information in ein elektrisches Signal überträgt. Möglich wird das durch einen physikalischen Effekt: zum Beispiel durch eine Änderung des elektrischen Widerstands, eine Lichtabsorption oder eine magnetische Wechselwirkung. Sensoren reagieren auf diese Einflüsse und überführen sie in ein Signal, das von Steuerungen, Datenloggern oder Maschinensteuerungen verarbeitet werden kann.

Im Inneren besteht ein Sensor typischerweise aus drei zentralen Elementen: dem sensitiven Messbereich zur Informationsaufnahme, der elektronischen Auswerteeinheit für Signalumwandlung und einer Kommunikationsschnittstelle zur Datenübertragung 

Je nach Anwendung kann dies ein analoges oder digitales Signal sein – oder bei smarter Sensorik sogar direkt verarbeitete Daten.

Sensoren vs. Aktoren

Sensoren messen. Aktoren bewegen. Während ein Sensor erkennt, dass eine Temperatur zu hoch ist, sorgt ein Aktor beispielsweise dafür, dass ein Lüfter anspringt. Beide zusammen bilden das Rückgrat jeder automatisierten Anlage. Doch ohne die präzise Erkennung durch Sensoren ist jede Steuerung blind.

Welche Typen von Sensoren gibt es und wo werden sie eingesetzt?

Die Welt der Sensorik ist breit gefächert. Entscheidend sind Anwendungskontext, Umgebungsbedingungen und die zu erfassende physikalische Größe. Die folgende Übersicht zeigt typische Sensortypen und ihre Einsatzbereiche in der Industrie. 

Aktive und passive Sensoren

Ein zentrales Unterscheidungsmerkmal ist, ob ein Sensor aktiv oder passiv arbeitet:

• Aktive Sensoren benötigen eine eigene Energiequelle. Sie senden ein Signal aus und messen die Rückkehr oder Veränderung – etwa ein Ultraschallsensor, der Schallwellen aussendet und das Echo auswertet.
• Passive Sensoren kommen ohne eigene Energiequelle aus. Sie messen physikalische Größen, die von einem Objekt oder der Umgebung ausgehen – z. B. ein PT100-Widerstand, der je nach Temperatur seinen elektrischen Widerstand ändert.

Näherungs-, Positions- und Bewegungssensoren

• Induktive Sensoren erkennen metallische Objekte durch Änderungen im elektromagnetischen Feld – zuverlässig, verschleißfrei und unempfindlich gegenüber Staub oder Öl.
• Kapazitive Sensoren detektieren die Veränderung elektrischer Felder und eignen sich zur Erkennung von Feststoffen, Flüssigkeiten oder Pulvern – etwa in Füllstandsanwendungen.
• Optische Sensoren nutzen Lichtreflexion oder -unterbrechung zur berührungslosen Erfassung von Objekten, Abständen oder Formen – etwa in der Verpackungsindustrie.
• Zylinderschalter erkennen die Kolbenposition in Pneumatik- oder Hydraulikzylindern – meist über magnetische Feldveränderungen.
• Distanzsensoren erfassen Abstände millimetergenau, meist per Laser oder Ultraschall, z. B. zur Positionskontrolle oder Objekthöhenmessung.
• Lichtschranken und Lichttaster detektieren Objekte durch Lichtunterbrechung oder Reflexion – bewährt in der Förder- und Automatisierungstechnik.
• Drehgeber (Encoder) wandeln Rotationsbewegungen in elektrische Signale um und liefern exakte Positionsdaten – zum Beispiel zur Regelung von Antrieben.

Prozesssensoren

• Drucksensoren messen den Systemdruck in Hydraulik, Pneumatik oder Prozessleitungen.
• Temperatursensoren wie PT100 oder Thermoelemente überwachen thermische Zustände in Anlagen und Medien.
• Durchflusssensoren und Füllstandsensoren liefern Informationen über Mengenströme von Flüssigkeiten oder Gasen – etwa in Silos oder Tanks– essenziell für die Prozessführung.
• Vakuumsensoren erfassen Unterdruckniveaus in pneumatischen Systemen, z. B. bei Vakuumspanntechnik oder in Pick-and-Place-Anwendungen.
• Kraftsensoren messen mechanische Belastungen über Dehnmessstreifen oder piezoelektrische Effekte, z. B. beim Spannen, Pressen oder Wiegen.

Welcher Sensor für welche Aufgabe?

Die Auswahl des passenden Sensors hängt von mehreren Faktoren ab: Welche physikalische Größe soll erfasst werden? Wie sehen die Umgebungsbedingungen aus? Welche Reichweite wird benötigt? Spielt Verschleiß eine Rolle? Wird ein analoges oder digitales Signal benötigt? Muss der Sensor mit einer Steuerung kommunizieren (z. B. über IO-Link)?

Signalverarbeitung: PNP oder NPN?

Vor allem bei Näherungsschaltern und anderen binären Sensoren kommen zwei Varianten zum Einsatz:

• PNP-Sensoren (Sourcing): Schalten gegen Plus – bei aktiver Schaltung liegt am Ausgang die Versorgungsspannung an. In Europa weit verbreitet.
• NPN-Sensoren (Sinking): Schalten gegen Masse – der Strom fließt vom Verbraucher zum Sensor. In Asien und insbesondere Japan häufig genutzt.

Welches System gewählt wird, hängt meist von der verwendeten Steuerung oder dem vorhandenen Standard ab. Wichtig: Sensor und Auswerteeinheit müssen zueinander passen, sonst kommt es zu Funktionsfehlern.

Einige Sensoren bieten beide Ausgänge oder lassen sich per Konfiguration umschalten, was vor allem in heterogenen Maschinenparks nützlich ist.

Vorteile – warum Sensoren unverzichtbar sind

Die Vorteile liegen auf der Hand – ganz besonders im industriellen Umfeld:

• Hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit
• Echtzeitfähigkeit für schnelle Reaktionszeiten
• Berührungslose Erfassung reduziert Verschleiß
• Zuverlässigkeit auch in rauen Umgebungen
• Nahtlose Integration in Automatisierungssysteme

Hersteller von Sensoren und Ersatzteilen

• Schneider Electric Ersatzteile
• EATON Ersatzteile
• Siemens Ersatzteile
• ABB Ersatzteile
• Rockwell Automation Ersatzteile
• Omron Ersatzteile
• IFM Electrionic Ersatzteile

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