Sensor-Lastenheft: zwölf Angaben vor der Beschaffung
Die meisten Sensoranfragen bestehen aus einem Satz: ein induktiver Sensor M18, bündig, PNP. Damit lässt sich ein Katalogauszug schicken, aber keine Empfehlung geben. Ob der Sensor die Aufgabe löst, hängt an Angaben, die in dieser Anfrage nicht stehen - dem Werkstoff des Objekts, dem tatsächlichen Abstand, der Temperatur am Einbauort.
Ein Lastenheft für eine Messstelle ist kein Formular über mehrere Seiten. Zwölf Angaben genügen, und die ersten vier davon entscheiden bereits über Prinzip und Baugröße. Diese Übersicht führt sie in der Reihenfolge auf, in der sie in der Praxis gebraucht werden.
Die vier Angaben, ohne die keine Auslegung möglich ist
Werkstoff und Größe des Objekts, der mechanisch mögliche Abstand und der Temperaturbereich am Einbauort: Aus diesen vier Werten ergibt sich das Messprinzip, daraus der erforderliche Schaltabstand und daraus die Baugröße. Fehlt einer davon, beginnt die Auslegung mit einer Annahme, und die Annahme steht später im Angebot.
Der Werkstoff entscheidet über das Prinzip: Nur Metall lässt zusätzlich das induktive Verfahren zu, nichtmetallische Objekte erfordern ein kapazitives, optisches oder Ultraschallverfahren. Die Größe des Objekts wirkt unmittelbar auf den Schaltabstand, weil kleine Objekte weniger bedämpfen als die genormte Messplatte. Der Abstand ist die mechanische Randbedingung, die Temperatur die, die im Betrieb am häufigsten unterschätzt wird.
Die zwölf Angaben im Überblick
| Nr. | Angabe | Wofür sie gebraucht wird |
|---|---|---|
| 1 | Aufgabe der Messstelle | Anwesenheit, Position, Füllstand oder Messwert - bestimmt die Sensorgattung |
| 2 | Objekt: Werkstoff, Größe, Oberfläche | legt das Messprinzip und den Reduktionsfaktor fest |
| 3 | Erforderlicher Abstand oder Messbereich | führt über den gesicherten Schaltabstand zur Baugröße |
| 4 | Temperaturbereich am Einbauort | begrenzt Bauform, Werkstoff und Anschlussart |
| 5 | Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit | trennt den einfachen Schalter vom messenden Gerät |
| 6 | Taktzahl und geforderte Ansprechzeit | bestimmt die zulässige Schaltfrequenz |
| 7 | Bauraum, Gewinde, Einbaulage | entscheidet über Bauform sowie bündigen oder nicht bündigen Einbau |
| 8 | Elektrische Anbindung | Betriebsspannung, Ausgang PNP oder NPN, Schließer oder Öffner, 4-20 mA, 0-10 V, IO-Link |
| 9 | Anschlussart und Leitungslänge | Kabel oder Steckverbinder M8 oder M12, Codierung, Polzahl |
| 10 | Umgebung und Reinigung | Feuchte, Medien, Reinigungsverfahren, geforderte Schutzart |
| 11 | Normen, Zulassungen, Sicherheitsanforderung | ATEX, Hygieneanforderungen, UL, funktionale Sicherheit |
| 12 | Stückzahl, Termin, Ersatzteilbedarf | bestimmt Verfügbarkeit, Preis und die sinnvolle Bevorratung |
Die Angaben im Einzelnen
Aufgabe und Objekt
Die Aufgabe wird in einem Satz beschrieben, nicht als bereits gefällte Produktentscheidung. Der Unterschied zwischen "Endlage des Greifers melden" und "induktiver Sensor M12" ist der zwischen einer lösbaren Aufgabe und einer bestellten Position. Beim Objekt gehören Werkstoff, kleinste Abmessung und Oberflächenzustand dazu; bei beschichteten Teilen auch die Schichtdicke.
Abstand, Genauigkeit und Takt
Der Abstand wird als mechanisch möglicher Wert angegeben, nicht als Wunschwert aus dem Katalog. Aus ihm ergibt sich, welcher gesicherte Schaltabstand erreicht werden muss; die Rechnung dazu steht im Beitrag zum Schaltabstand induktiver Sensoren. Bei messenden Anwendungen gehören Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit getrennt in die Anfrage - für die meisten Positionieraufgaben ist die Wiederholgenauigkeit der wichtigere Wert.
Die Taktzahl wird als Teile pro Minute oder als kürzeste Zeit zwischen zwei Objekten angegeben. Daraus ergibt sich die erforderliche Schaltfrequenz, und die begrenzt bei schnellen Anwendungen die Baugröße stärker als der Bauraum: Größere Bauformen schalten langsamer als kleine. Ein M8 erreicht je nach Typ 1.500 bis 2.000 Hz, ein M30 nur noch 350 bis 500 Hz. Für die allermeisten Bandanwendungen reicht das mit großem Abstand; kritisch wird es erst im Bereich mehrerer tausend Teile pro Minute oder dann, wenn das Objekt zu klein für den nötigen Schaltabstand wird. In diesen Fällen ist ein optisches Verfahren die übliche Alternative.
Elektrische Anbindung
Betriebsspannung und Ausgangsart bestimmen, ob ein Gerät überhaupt an die vorhandene Steuerung passt. PNP oder NPN, Schließer oder Öffner, dazu die Frage nach Analogsignal oder IO-Link statt Analog: Diese Angaben lassen sich am Schaltplan ablesen und werden trotzdem am häufigsten vergessen. Welche vier Merkmale einen Sensorausgang beschreiben, steht ausführlich unter Sensorausgänge richtig verschalten; warum ein Sensor mit falscher Ausgangsart nicht einfach umgeklemmt werden kann, steht in der FAQ unter dem Punkt, wie sich ein NPN-Sensor an einem PNP-Eingang betreiben lässt.
Umgebung, Zulassungen, Beschaffung
Zur Umgebung gehören Temperatur, Feuchte, anstehende Medien und das Reinigungsverfahren. Zulassungen werden benannt, nicht angedeutet: ATEX mit Zone und Gerätekategorie, Hygieneanforderungen mit Einbaubereich, funktionale Sicherheit mit dem geforderten Performance Level. Bei Stückzahl und Termin ist die Angabe des Ersatzteilbedarfs nützlich, weil sie bei knapper Verfügbarkeit die Auswahl beeinflusst.
Wie eine brauchbare Anfrage aussieht
Der Unterschied zwischen einer Anfrage mit Rückfragen und einer ohne liegt bei etwa sechs Zeilen. Ein Beispiel aus der Fördertechnik:
Aufgabe: Anwesenheit eines Werkstückträgers an der Übergabestation melden. Objekt: Trägerplatte aus Aluminium, 40 mal 60 Millimeter, unlackiert. Abstand: mechanisch möglich sind 4 Millimeter, Toleranz der Führung plus minus 1 Millimeter. Umgebung: 5 bis 45 °C, trocken, gelegentlich Ölnebel. Elektrisch: 24 V Gleichspannung, PNP Schließer, Stecker M12 vierpolig. Stückzahl: 30 Stück, Termin in sechs Wochen, dazu fünf Stück als Ersatzteil.
Aus diesen Zeilen ergibt sich die Auslegung ohne einen einzigen Rückruf. Aus 4 Millimetern plus 1 Millimeter Toleranz folgt ein erforderlicher gesicherter Schaltabstand von 5 Millimetern - und zwar auf Aluminium. Mit einem Reduktionsfaktor von etwa 0,4 und der Regel, dass der gesicherte Schaltabstand höchstens 0,81 mal dem Nennschaltabstand entspricht, wird daraus ein nötiger Nennschaltabstand von gut 15 Millimetern. Ein klassischer Sensor führt damit auf eine große, nicht bündig einbaubare Bauform; wirtschaftlicher ist an dieser Stelle ein Faktor-1-Sensor, der auf allen Metallen denselben Schaltabstand liefert und die Aufgabe in einer kleineren Baugröße löst.
Genau das ist der Punkt der Angabe: Ohne den Werkstoff wäre auf Baustahl ausgelegt worden, und der Sensor hätte an dieser Messstelle nie geschaltet.
Angaben, die nicht bekannt sind, werden als offen gekennzeichnet. Eine offene Angabe ist eine Aufgabe für die Auslegung; eine geratene Angabe ist ein Fehler, der erst in der Inbetriebnahme auffällt.
Was fehlende Angaben in der Praxis auslösen
| Fehlt | Typische Folge |
|---|---|
| Werkstoff des Objekts | Auslegung auf Baustahl, in der Anlage schaltet der Sensor zu spät |
| Objektgröße | Schaltabstand fällt kleiner aus als geplant, Sensor muss versetzt werden |
| Temperatur am Einbauort | sporadische Aussetzer im warmgefahrenen Zustand |
| Reinigungsverfahren | Schutzart zu niedrig gewählt, verzögerter Ausfall nach Wochen |
| Ausgangsart | Sensor passt nicht an die Eingangskarte, Rücksendung |
| Zulassung | Anlage nicht abnahmefähig, Nachbeschaffung unter Zeitdruck |
Bei Substitution kommen drei Angaben hinzu
Soll ein vorhandener Sensor herstellerunabhängig ersetzt werden, ist die Ausgangslage eine andere: Die Messstelle funktioniert bereits, gesucht wird ein passendes Gegenstück. Dafür werden das vollständige Typenschild, das Datenblatt des Vorgängers und ein Foto der Einbausituation gebraucht.
Hilfreich ist zusätzlich die Angabe, warum ersetzt wird. Ein Wechsel aus Verfügbarkeitsgründen führt zu einer anderen Empfehlung als ein Wechsel nach wiederholtem Ausfall: Im zweiten Fall ist das baugleiche Gegenstück selten die richtige Antwort, weil es dieselbe Schwäche mitbringt.
Das Foto ist der Punkt, der am meisten Rückfragen erspart. Aus ihm gehen Einbaulage, Kabelführung, Platzverhältnisse und häufig auch die Ursache eines wiederkehrenden Ausfalls hervor. Ein Ersatz allein nach Typenschlüssel führt dagegen regelmäßig zu einem Gerät, das elektrisch passt und mechanisch nicht. Welche Unterlagen für eine Kreuzreferenz zusammengehören, steht in der FAQ unter dem Punkt, welche Angaben ein Ersatz oder eine Alternative braucht.
Den passenden Sensor auswählen
Liegen die zwölf Angaben vor, ist die Auswahl in den meisten Fällen eine Frage von Minuten statt von Rückfragen über mehrere Tage. Für eine Anfrage genügt es, die Punkte in dieser Reihenfolge aufzuschreiben; Lücken dürfen als solche gekennzeichnet werden, das ist besser als eine geratene Angabe.
Die Bauformen finden Sie bei den induktiven Sensoren, den kapazitiven Sensoren und den optischen Sensoren. Welches Prinzip zu welcher Aufgabe passt, steht unter Sensortypen, die Begriffe im Glossar.
Weiterführende Antworten
Einzelfragen zur Beschaffung - von der Ausgangsart bis zur Kreuzreferenz - sind an einer Stelle gesammelt. Die Antworten zur Sensorauswahl in der FAQ werden fortlaufend ergänzt.