Betriebsanleitung / Operating instructions
Ultraschall-Sensoren / Ultrasonic sensors
USC 30 ...
B 88/3.1205de
●
Ultraschall-Schranken
Bei Ultraschall-Schranken wird der Schalt-
abstand auf einen festen Reflektor (z.B.
Blech o. Ä) eingestellt. Tritt das zu erken-
nende Objekt in die Schallkeule zwischen
Ultraschall-Schranke und Reflektor ein,
reagiert der Ausgang (Schalt-/Analogaus-
gang) des Sensors. Dadurch ergibt sich für
Ultraschall-Schranken keine Blindzone vor
dem Sensor.
Ultraschall-Sensoren USC 30 ... besitzen
einen Synchronisationseingang. Damit
können mehrere, auf engem Raum unter-
gebrachte Sensoren der gleichen Type so
gesteuert werden, dass eine gegenseitige
Beeinflussung minimiert bzw. ganz unter-
drückt wird. Der Synchronisationseingang
kann auch als Freigabeeingang (Enable)
verwendet werden, über den die Sensoren
aktiv bzw. inaktiv geschaltet werden
können.
i
Bei Raumtemperatur können praktisch
alle Objekte innerhalb des Arbeitsberei-
ches des Sensors erfasst werden.
i
Eine große Oberfläche des zu erfassen-
den Objektes erhöht die Schaltsicher-
heit.
i
Objekte mit glatter Oberfläche können
bis zu einem Neigungswinkel von ca.
3° sicher erkannt werden. Raue und
stark strukturierte Objekte sind mit
größeren Neigungswinkeln erfassbar.
Physikalische Anwendungsgrenzen
- Ultraschall-Sensoren sind aus physikali-
schen Gründen (Schallgeschwindigkeit
in Luft 341 m/s bei 20 °C) relativ lang-
sam.
- Aufgrund der Ultraschallfrequenz er-
rechnet sich eine Auflösung von
± 4,3 mm bei 80 kHz bzw.
± 2,8 mm bei 120 kHz bzw.
± 1,7 mm bei 200 kHz bzw.
± 0,9 mm bei 400 kHz.
- Keine Funktion unter Wasser, in Vakuum
und bei größeren Überdrücken.
- Sehr heiße (> +100 °C) oder sehr kalte
Objekte (< -10 °C) können u. U. nicht
abgetastet werden (Turbulenzen der Luft
mit Brechung und Streuung des Schalls).
- Starke Luftströmungen > 20 m/s kön-
nen die Abtastsicherheit verringern.
- Eisbildung auf der Wandleroberfläche
reduziert die Empfindlichkeit des Sen-
sors (Abhilfe durch Auftragen einer
dünnen Schicht Silikonfett auf die
Wandleroberfläche).
- Sehr kleine oder sehr schlecht reflektie-
rende (schallabsorbierende) Objekte
können u. U. nicht bis zum Grenzab-
stand erfasst werden. Schallabsorbieren-
de Materialien sind z.B. Schaumgummi,
lose Baumwolle, Filz, Textilien, ausgasen-
de Flüssigkeiten, rutschender Sand usw.
- Bei zu großer Neigung des zu erfassen-
den Objektes zur Strahlachse wird nicht
mehr genügend Schall in Empfänger-
richtung reflektiert (besonders bei
größeren, ebenen Flächen). Glatte
Objekte können bis zu einer Neigung
von 3° sicher detektiert werden. Rauhe
Oberflächen unter Umständen bis 60°
oder mehr.
Montage
!
Max. Anzugsdrehmoment der Befesti-
gungsmuttern 40 Nm.
Die Montage erfolgt über das Gehäusege-
winde.
i
Ultraschall-Sensoren so montieren, dass
sich keine Materialien auf der Wandler-
oberfläche absetzen können.
i
Starke Fremdschallquellen in der Schall-
achse von Ultraschall-Sensoren sind zu
vermeiden.
i
Das Wandlergehäuse des Sensors darf
andere Maschinenteile nicht berühren.
i
Nie die Schallachsen von Geräten der
gleichen Baureihe aufeinander richten.
Bestimmungsgemäßer Gebrauch
Ultraschall-Sensoren USC 30 ... werden als
Bestandteil eines übergeordneten Gesamt-
systems zum Erfassen von Objekten
eingesetzt.
-Konformität
EMV-Richtlinie
DIN EN 60947-5-2
Niederspannungs-
73/23/EWG
richtlinie
93/68/EWG
Sicherheitshinweise
Ultraschall-Sensoren USC 30 ... sind
nicht zulässig für Sicherheitsanwendun-
gen, insbesondere bei denen die Sicher-
heit von Personen von der Gerätefunk-
tion abhängig ist.
Ultraschall-Sensoren dürfen nicht in
explosionsgefährdeten Räumen betrie-
ben werden.
Der Betreiber des übergeordneten
Gesamtsystems, z.B. einer Maschinen-
anlage, ist für die Einhaltung der für den
speziellen Einsatzfall geltenden nationa-
len und internationalen Sicherheits- und
Unfallverhütungsvorschriften verant-
wortlich.
Bei Maschinenplanung und Verwen-
dung der Ultraschall-Sensoren sind die
einsatzspezifischen Sicherheits- und
Unfallverhütungsvorschriften einzuhal-
ten, wie z.B.:
- EN 60204, Elektrische Ausrüstung von
Maschinen
- DIN EN ISO 12100, Sicherheit von
Maschinen - Grundbegriffe, allgemei-
ne Gestaltungsleitsätze
- DIN 57100 Teil 410, Schutz gegen
gefährliche Körperströme
Montage und elektrischer Anschluss der
Ultraschall-Sensoren USC 30 ... darf nur
von Fachpersonal nach geltenden
Vorschriften in
spannungsfreiem
Zustand und bei
ausgeschalteter
Maschine
erfolgen.
Die Maschine muss gegen Wieder-
einschalten gesichert sein.
Funktion
Ultraschall-Sensoren USC 30 ... senden
mittels eines Ultraschallwandlers Schall-
wellen einer bestimmten Frequenz über
das Übertragungsmedium Luft aus. Das
Senden der Schallwellen erfolgt in zeitlich
begrenzten Takten. Derselbe Ultraschall-
wandler dient in den Sendepausen als
Schallempfänger mit ausgeprägter Richt-
charakteristik. Das Abtastfeld ist keulen-
förmig und relativ schmal. Durch eine
Laufzeitmessung werden die in den
Sendepausen vom Zielobjekt reflektierten
Schallwellen als Echos im Gerät verarbeitet
und daraus ein abstandsproportionales
Ausgangssignal gebildet. Bei Modellen mit
Analogausgang steht dieses Signal je nach
Typ als Strom- oder Spannungswert zur
Verfügung.
Ultraschall-Sensoren USC 30 ... arbeiten
unprogrammiert als Ultraschall-Taster. Der
Anfangs- und der Endwert des Schaltbe-
reichs wird über je ein Potentiometer
eingestellt.
Sensoren mit Analogausgang liefern
unprogrammiert ein abstandsproportiona-
les Ausgangssignal von 0 ... 10 V oder
4 ... 20 mA.
●
Ultraschall-Taster
Bei Ultraschall-Tastern wirkt das zu erken-
nende Objekt als Reflektor. Sobald sich ein
Objekt innerhalb des Schaltbereichs
befindet, reagiert der Ausgang (Schalt-/
Analogausgang) des Sensors.
●
Ultrasonic barriers
With ultrasonic barriers the switching
distance to a fixed reflector (e.g. sheet or
metal or similar) is adjusted. The output
(switching or analog output) on the
sensor switches if the object to be de-
tected interrupts the sound lobe between
the ultrasonic barrier and the reflector.
There is therefore no blind zone in front of
the sensor on ultrasonic barriers.
Ultrasonic sensors USC 30 ... have a
synchronisation input. In this way several
sensors of the same type installed in a
small space can be controlled so that
mutual interference is minimised or sup-
pressed entirely. The synchronisation input
can also be used as an enable input to
switch the sensors active or inactive.
i
At room temperature, virtually all
objects within the sensor’s working
range can be detected.
i
A large surface of the object to be
detected increases the switching reliabi-
lity.
i
Objects with smooth surfaces can be
detected up to an inclination angle of
approx. 3°. Rough and heavily textured
objects can be detected at larger
inclination angles.
Physical application limits
- For physical reasons (speed of sound in
air 341 m/s at 20 °C), ultrasonic sensors
are relatively slow.
- The calculated resolution is
± 4,3 mm at 80 kHz bzw.
± 2,8 mm at 120 kHz bzw.
± 1,7 mm at 200 kHz bzw.
± 0,9 mm at 400 kHz
on the basis of the ultrasonic frequency.
- The sensors do not function under water,
in a vacuum or at high excess pressures.
- Very hot objects (> +100 °C) or very
cold objects (< -10 °C) may, under
certain circumstances, not be detected
(air turbulence with refraction and
scattering of the sound).
- Strong air flow > 20 m/s may reduce the
detection reliability.
- Ice formation on the transducer surface
reduces the sensitivity of the sensor (this
can be remedied by applying a thin coat
of silicone grease to the transducer
surface).
- Very small objects or very poorly reflec-
ting objects (sound-absorbing objects)
may, under certain circumstances, not
be detected as far as the limit zone.
Sound-absorbing materials include foam
rubber, loose cotton, felt, textiles,
outgassing fluids and slippery sand etc.
- If the object to be detected is too greatly
inclined with respect to the beam axis,
this means that adequate sound will not
be reflected in the direction of the recei-
ver (particularly in the case of large, flat
surfaces). Smooth objects may be de-
tected reliably up to an angle of inclinati-
on of 3°. Rough surfaces may be de-
tected under certain circumstances up to
an angle of inclination of 60° or more.
Assembly
!
Max. tightening torque of the fastening
nuts 40 Nm.
The unit can be mounted using the hou-
sing thread.
i
Mount ultrasonic sensors such that no
particles can collect on the converter
surface.
i
Avoid strong external sound sources on
the sound axis of ultrasonic sensors.
i
The transducer housing of the sensor
may not contact other machine com-
ponents.
i
Never aim the sound axes of devices of
the same series towards each other.
Authorized use
Ultrasonic sensors USC 30 ... are used as a
part of a higher-level overall system for
detection of objects.
conformity
EMV directive
DIN EN 60947-5-2
Low voltage
73/23/EWG
directive
93/68/EWG
Safety instructions
Ultrasonic sensors USC 30 ... are not to
be used for safety applications, in
particular applications in which safety of
persons depends on proper operation of
the instruments.
Ultrasonic sensors may not be operated
in explosion-hazard areas.
The operator of the higher-level overall
system, e.g. a machine installation, is
responsible for complying with the
national and international safety and
accident prevention regulations which
apply to the specific use.
When carrying out machine planning
and using the Ultrasonic sensors, the
safety and accident prevention regulati-
ons specific to use must be complied
with, e.g.:
- EN 60204, Electrical equipment of
machines
- DIN EN ISO 12100, Safety of machinery
- Basic concepts, general principles for
design
- DIN 57100 Teil 410, Protection against
dangerous electric shock
Assembly and electrical connection of
Ultrasonic sensors USC 30 ... may only
be carried out by skilled personnel
according to applicable regulations in
de-energized
condition and
when the
machine is switched off
.
The machine must be secured to
ensure that it cannot be switched
back on.
Function
Ultrasonic sensors USC 30 ... emit sound
waves at a specific frequency through the
transmission medium of air by means of
an ultrasonic transducer. The sound waves
are emitted in time-limited cycles. The
same ultrasonic transducer is used as a
sound receiver with a distinctive directio-
nal characteristic during the transmit
pauses. The detection area is lobar and
relatively narrow. The sound waves re-
flected in the transmit pauses from the
target are processed as echoes in the unit
on the basis of a transit-time measure-
ment, and an output signal proportional
to the distance is generated from this.
On models with an analog output, this
signal is available as a current or voltage
depending on the type.
Un-programmed USC 30 ... ultrasonic
sensors operate as ultrasonic sensors. The
start and end values for the switching
range are each adjusted using a potentio-
meter.
Un-programmed sensors with an analog
output provide an output that is proporti-
onal to the distance from 0 ... 10 V or
4 ... 20 mA.
●
Ultrasonic Sensors
With ultrasonic sensors the object to be
detected acts as the reflector. The output
(switching or analog output) on the
sensor switches as soon as there is an
object in the switching range.
