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Kapazitive Sensoren als Schalter werden zum Messgerät

| Autor / Redakteur: Philip Bellm * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Kapazitive Sensoren in elektronischen Tastern sorgen dafür, dass die Tastfunktion zuverlässig im öffentlichen Nahverkehr und der Fertigungsindustrie erfolgt. Künftig werden die Sensoren zum Messgerät.

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Kapazitive Sensoren: 
Für eine zuverlässige Funktion im 
elekronischen Taster mit Touch-Funktion 
sorgt eine clevere Technik. Damit 
lässt sich unbeabsichtigtes Schalten 
vermeiden.
Kapazitive Sensoren: 
Für eine zuverlässige Funktion im 
elekronischen Taster mit Touch-Funktion 
sorgt eine clevere Technik. Damit 
lässt sich unbeabsichtigtes Schalten 
vermeiden.
(Bild: Captron)

Während für die Betätigung mechanischer Taster ein bestimmter Druck notwendig ist, werden elektronische Taster mit Touch-Funktion durch Berührung drucklos geschaltet. Der Taster baut ein Feld auf, in dem er kontinuierlich die Kapazität zwischen seiner Fläche und der Sensorumgebung misst. Nähert sich ein leitfähiger Gegenstand wie beispielsweise eine Hand innerhalb dieses Feldes dem Sensor, erhöht sich die Kapazität und der Schaltvorgang wird ausgeführt. Da der menschliche Körper über eine relativ hohe Leitfähigkeit verfügt, stört ein Handschuh die Funktionsfähigkeit nicht. Dank ihres Komforts sind kapazitive Taster in der Verkehrstechnik längst eine robuste Alternative zu den mechanischen Verwandten.

Darüber hinaus verhindert eine clevere Technik in einem elektronischen Taster mit Touch-Funktion das unbeabsichtigte Schalten, etwa durch Regen, Frost oder Schmutz. Der Taster kalibriert sich selbstständig auf entsprechende Störfaktoren und der Schaltvorgang ist möglich. Dadurch bleibt die Tastfunktion selbst unter einer dicken Eis- oder Schmutzschicht bestehen. Aus dem gleichen Grund lassen sich kapazitive Taster hinter Glas installieren, um einen Glasdurchbruch und eine daraus folgende Schwächung der Scheibe zu vermeiden.

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Worauf es bei Sensoren in der Verkehrstechnik ankommt

Gerade in streng regulierten Branchen wie der Verkehrstechnik müssen Sensoren anwendungsspezifisch ausgestattet werden können. So herrscht beim Einsatz von Türöffnungstastern beispielsweise eine Rückmeldepflicht. Elektronische Taster können je nach Anwendungsfall auf drei verschiedene Arten eine Rückmeldung geben: optisch durch LEDs, akustisch durch Signaltöne oder taktil durch Vibration. Weitere Möglichkeiten zur individuellen Anpassung an den Einsatzbereich sind über die Einstellungen der Auslösezeit, Verzögerungen oder Sensitivität gegeben. Es lassen sich zudem Symbole kundenspezifisch auf der Tastfläche anbringen, ebenso wie Symboltexte in Braille-Schrift sowie ertastbare Relief-Pfeile zur barrierefreien Nutzung.

Ein Sensortaster in der Industrie muss zuverlässig, langlebig und komfortabel sein. Zudem sollte auch sein Design ansprechend sein. Während in der Verkehrstechnik ein einziger Fahrgast den Taster betätigt, um beispielsweise eine Tür zu öffnen, ist die Taktung für Mitarbeiter im Maschinenbau um ein Vielfaches höher. Viele Maschinen erfordern es, dass die Taster mehrmals pro Minute betätigt werden. Das drucklose Schalten verringert Ermüdungserscheinungen und erhöht dadurch die Produktivität der Maschinenführer enorm.

Gleichzeitig sind kapazitive Taster verschleißfrei: Mit Epoxidharz vergossene Sensortaster wie die CHT-Serie von CAPTRON sind gemäß der Schutzklasse IP69K zu hundert Prozent wasser- und öldicht und halten auch starken Verschmutzungen stand. Sie sind robust gegen starke äußere Krafteinwirkungen. Wenn Mitarbeiter aus Zeitgründen schweres Werkzeug nicht aus der Hand legen und die Taster beispielsweise mit dem Schweißgerät bedienen, ist die mechanische Belastung sehr hoch. Die Lebenszeit sinkt rapide und ein hoher Kostenfaktor entsteht. Mit einer Lebensdauer von mehreren 100 Millionen Schalteinsätzen eignen sich elektronische Modelle dadurch gerade in besonders anspruchsvollen Anwendungen.

Der Sensorschalter sorgt für ausreichend Sicherheit

Gerade beim Einsatz in der Fertigungsautomation, wie beim Umgang mit Pressen und Stanzen, sind Mitarbeiter einem hohen Verletzungsrisiko ausgesetzt. Für das sichere Bedienen von Maschinen und Anlagen schreibt die Norm DIN EN ISO 13849-1 in bestimmten Fällen eine Zweihandsteuerung vor. Hierbei lassen sich die entsprechenden Maschinen erst durch die gleichzeitige Betätigung zweier Schalter zum Laufen bringen lassen. Der hohe Kraftaufwand, den die mechanische Auslösung erfordert, beansprucht auf Dauer die Unterarme und Handgelenke – die Folge sind Krankheitsausfälle. Drucklose Zweihandsteuerungssysteme wie safeCAP auf Basis von Sensortastern erfüllen die hohen Sicherheitskategorien ohne körperlichen Kraftaufwand. Höhere Taktzeiten sind möglich und die Produktivität der Anlage steigt. Die Ansprüche an kapazitive Schalter sind in diesem Szenario jedoch recht hoch. Schließlich muss der Taster nicht nur jederzeit zuverlässig funktionieren, sondern darf beispielsweise im Fall eines Ausfalls keinen Schaltvorgang auslösen.

Der Sensor ist heute bereits ein Messgerät

In Zukunft wird die Mensch-Maschine-Interaktion ergänzt durch Machine Learning und IoT. Hier spielen kapazitive Sensoren eine entscheidende Rolle. Bereits heute ist jeder Sensor ein Messgerät und erhebt zahlreiche nützliche Daten. Dazu gehören der Grad der Verschmutzung, die Funktionstüchtigkeit sowie Temperatur oder wie häufig bedient wird. Künftig lassen sich die Informationen direkt an den Anwender zurückspielen und es sind neue IoT-Anwendungen denkbar. Erkenntnisse aus der tagtäglichen Nutzung lassen sich im Umkehrschluss wieder direkt auf die Sensoreinstellungen umsetzen. So werden in Reihe geschaltete Sensoren mittelfristig gelernte Daten miteinander teilen. Das Kalibrieren auf neue Umweltzustände geht damit schneller und effizienter.

Künftig werden sich kapazitive Taster mit externen Daten wie Wettervorhersagen speisen lassen. Der Taster passt selbstständig die Empfindlichkeit an, wenn eine Kaltwetterfront anrückt – und Passagiere müssen auch bei widrigem Wetter nicht auf ihre Handschuhe verzichten.

* Philip Bellm ist Geschäftsführer bei CAPTRON in Olching bei München.

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