Induktiver Endstop

Als neuen Endstop für die Z-Achse kommt ein Induktiver Näherungsschalter zum Einsatz.

ind_stopDieser besteht primär aus drei Funktionseinheiten: einem Schwingkreis mit Oszillator, einer Auswerteinheit und einer Ausgangsstufe. Die Ausgangstufe ist in meinem Fall eine PNP Ausführung mit Status LED.

Kurz zur Funktionsweise

Nähert sich der Näherungsschalter einem Objekt aus Metall nimmt die Amplitude der Schwingung ab, da dem Schwingkreis Energie entzogen wird, das wird von der Auswerteinheit registriert und die Ausgangsstufe schaltet um.

Folglich muss der Näherungssensor das metallene Objekt nicht berühren, der Schaltabstand liegt bei 2-5mm je nach Modell und Metall. Bei Alu wie bei mir ist der Schaltabstand ehr auf der niedrigen Seite bei Stahl am größten.

Großer Vorteil an der Sache

  • super Präzise, die Wiederholgenauigkeit ist kleiner als 0,01mm also viel besser als bei dem klassischem Schalter.
  • Staub und andere Nichtmetallischer Dreck ignoriert der Sensor, also keine falschen Messungen durch Dreck auf der Messstelle (bei mir öfters mal Holzspäne).
  • da komplett versiegelt unempfindlich gegenüber Staub, Ölen und Co. (Spielt bei CNC-Maschinen wohl ehr eine Rolle).

Nachteil

  • funktioniert logischerweise nur bei Metallen.
  • brauchen in der Regel eine Betriebsspannung größer als 5V, und die Ausgangsstufe liefert auch kein Logik Signal das man direkt auf Ramps geben könnte, da brauch man noch ein paar zusätzliche Komponenten.
  • schaltet langsamer als ein mechanischer Schalter, aber auch für den Drucker vernachlässigbar (200ns), mit den zusätzlichen Komponenten dauerts dann bis das Signal auf Ramps ist noch etwas länger also bei mir 4µs.

Zusätzliche Beschaltung

Speziell bei PNP Endstufen lässt man diese gerne ein Relais schalten was dann den echten Kontakt schaltet. Da ich aber grade kein passendes Relais zu Hand hatte und noch einen kleinen Optokoppler optoim Fundus hatte übernimmt der die Aufgabe mir ein Ramps kompatibles Signal zu erzeugen.

SceminSchwups zusammengelötet und schon gibt das ein sauberes Signal, wenn der Endstop aktiv ist liegen am Ausgang 0V an, bzw. der Ausgang wird auf Masse gezogen. Ansonsten liegen 5V an, das Signal kann also direkt auf Ramps gegeben werden. Zugegeben ein einfacher Transistor hätte es auch getan, so ist Ausgang halt noch zusätzlich besser gegen Überspannung geschützt.

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21 Kommentare
  1. nathanbruec sagte:

    Hei, hört sich interessant an.
    Kannst du noch sagen, woher du den Schalter hast und wieviel er gekostet hat?
    Danke.
    Gruß Nathan

    • Hey Nathan,

      die Teile sind klasse, wir haben die auch an unser Mini-Drehmaschine, die sind super präzise und sehr robust. Ich habe diese bis jetzt auf Ebay gekauft da gibts häufig gute Angebote für nur ein paar Euro. Andererseits gibt es die Dinger auch im CNC und Maschinenbau Handel da zahlt man aber meist mehr, so zwischen 10-15 Euro.

      Gruß Bastian

  2. Harry sagte:

    Könnte man den Schalter nicht auch zum Leveln des Druckbetts nehmen (Auto-Z-Probe). Voraussetzung wäre ein Alu-Druckett, bzw. Untertisch. Oder wird der Sensor durch die Heizung gestört?

    • Hey,

      also bei Alu beträgt bei mir der Schaltabstand ungefähr 0,9mm also eine Lage Kaptontape stört da nicht. Andere Ind. Schalter die ich schon hatte kommen bei Aluminium auf nur 0,45mm. Für Kapton reichts dann immernoch aber für eine Dauerdruckplatte über dem Alu wirds wohl dann nicht mehr reichen.

      Eisenhaltige Metalle so wie Stahl und Co. bieten da mehr Spielraum, bei Stahl komme ich mit dem ersten Schalter auf über 3mm Schaltabstand, da kann man dann drüberklemmen was man will. Stahl ist aber leider schwerer als Alu, was wieder gegen eine Verwendung als Druckunterplatte spricht.

      Vielleicht sind da kaperzitive Näherungssensoren besser geeignet diese bieten viel größerere Schaltabstände und reagieren auf mehr Materialien, über die Genauigkeit kann ich aber nichts sagen da ich mich mit diesen Schaltern noch nie gearbeitet habe, aber das lässt sich ja sicherlich rausfinden.

      Bastian

      • Harry sagte:

        Das Gute ist, dass ich bei Stoffel eine Dauerdruckplatte aus ALU bestellt habe 😉 Die ist mit PEI beschichtet und somit entfällt das „Obendrauf“. Das „Drunter“, also das Heizbett macht mir da mehr Sorgen. Kurzum, ich probier das aus. Kannst Du mir die Typbezeichnung Deines Sensors geben oder kann man da jeden x-beliebigen von Conrad nehmen?

      • Das ist natürlich klasse, kannste mir einen entsprechenden Link dazu posten?

        Ein starkes Magnetfeld kann den Sensor natürlich verwirren, das erreiche ich allerdings nur mit einem Stabmagneten. Glaube nicht das ein Heizbett da für reicht.

        Im Prinzip kannst du einen beliebigen nehmen, wichtig sind nur Betriebsspannung, Art der Ausgangstufe (PNP oder NPN), Schaltabstand und die Anzahl der Pins (Es gibt auch Schalter mit nur zwei Kabeln, da ist der Schaltungsaufwand höher).

        Der von mir verwendete ist wahrscheinlich (Etikett ist leider teilweise unlesbar, da gebrauchst gekauft) LM8-3002 oder so, das würde zu den Bildern die ich im Web gefunden habe ganz gut passen (auch wenn der einen nominalen Schaltabstand von nur 2mm hat und ich bei Stahl bei 3mm bin ?).

      • Vielen Dank, das Ding ist gekauft.

        Das ist ja mal viel genialer als PEI erst auf ne Platte zu bedampfen und das dann auf Alu aufzuspannen.

        Gruß
        Bastian

      • Stefan R sagte:

        Hallo Bastian,

        der Beitrag hier ist nun schon etwas älter, allerdings hoffe ich das du noch aktiv bist und das liest.

        Ich bin dabei mir für meinen 3D Drucker das gleiche zu realisieren, jedoch mit einem kapazitiven Sensor. Meine Frage ist folgende: Ich benutze ein Adrudino Due mit RADDS 24V Boardspannung. Der Nährungssensor kan 6-32V ab. Ich habe mir einen Opto Koppler 817 bestellt. Jetzt meine Frage: Welche Wiederstände muss ich für dieses Setup verwenden? Das RADDS schaltet den Endstop mit 3,3V.

        Die Linke Seite der Schaltung verstehe ich soweit gut. + und – (GND) werden am Nährungssensor direkt mit 24V am Netzteil angeschlossen.

        Das Dritte Kabel ist das Signalkabel welches einen Wiederstand benötigt, da sonst der Optokoppler hops geht richtig?

        Die Spannung muss nach meiner Recherche dann bei 1,2V liegen. Die rechte Seite wird bei dir mit 5V betrieben. Ich meine auch beim RADDS gäbe es einen 5V + Pin. Oder kann man auch den 3,3V Pin verwenden an den die Endstopps regulär angeschlossen werden? Welchen Wiederstand benötige ich auf der rechten Seite? Muss ich dort durch den OptoKoppler auch auf 1,2V kommen? Oder schaltet der Optokoppler einfach nur durch und ich muss von sagen wir mal von meinen 5V auf 3,3 kommen?

        Nächste Frage wäre, welchen PIN der Endstops durch diese Schaltung ersetzt wird? Der Signalpin?

        Wäre super wenn du mir ein paar Denkanstöße geben könntest.

        Vielen Dank.

  3. Niky sagte:

    Hey Ich habe son Sensor auf eBay gekauft ist aber ein npn kann ich den denn direkt einbauen?

    G.

    • NPN wird sich nur dann direkt anschließen lassen, wenn 4-pins ausgeführt werden. Ansonsten reicht ein 10k Ohm Widerstand von 5V an den NPN Transistor angeschlossen und da dann das Signal abgegriffen. Hoffe das ist klar so.

  4. Ich habe jetzt auch so eine Dauerdruckplatte, mal die alte Heizung druntergelegt und angeschaltet, danach mit der Messuhr überprüft wie der Ind. Schalter arbeitet. Und siehe an, der Schaltabstand beträgt immernoch 0,454mm bei meinem Sensor, die Heizung irritiert ihn also nicht. Damit stände einem Auto-Z-Probe eigentlich nichts mehr im Wege, könnte ich mir also mal überlegen.

    Wenn man den Sensor geschickt einbaut müsste man nichtmal sich eine bewegliche Lösung ausdenken, der Sensor wäre minimal höher eingebaut als die Druckkopfspitze, könnte dann also die Metallplatte vermessen ohne das der Druckkopf noch der Sensor die Metallplatte berühren. Anschließend muss dann der Druckkopf nur noch so weit abgesenk werden wie notwendig und schon kann gedruckt werden ohne das der Endstop stört.

    Wenn man einen Endstop mit etwas mehr Schaltabstand hat, ginge das natürlich noch viel besser. Werde ich mir jedenfalls mal überlegen.

    • Harry sagte:

      Jupp, kann Deine Werte inzwischen gut bestätigen. Habs noch nicht genau vermessen, aber der Abstand ist groß genug, dass das Hotend nicht berührt, wenn der Sensor auslöst. Und da ist noch min 0,3mm Platz. Druck mir gerade einen neuen Effektor für den Rostock und werde das Teil morgen einbauen.
      Grüße,
      Harry

      • Hey, würdest du noch mir verraten welchen Ind. Schalter du genommen hast?

        Gruß
        Bastian

  5. Ronald sagte:

    Hallo Bastian ich habe leider leichte Verständnisprobleme bei deinem Schaltplan. Ich komme bis hier: Der Induktivgeber kommt in seinen Schaltzustand und gibt eine Spannung auf der schwarzen Leitung weiter, diese schaltet im Opto die LED und erregt wiederum die Photodiode. Was schaltet jetzt die Photodiode, ich sehe nur das sie auf einer Seite an gnd und an der anderen Seite an 5v hängt. Ich sehe schon dein Grinsen im Gesicht. Gruß Ronald

    • Hallo Ronald,

      Die Fotodiode (bzw. Fototransitor) schaltet 5V über den 10k Ohm Widerstand nach GND. Sendet also die LED und erregt den Fototransistor liegt jetzt GND auch an Pin4 an und ein Strom (weniger als 1mA) kann durch den Wiederstand und damit auch durch den Fototransistor fließen. Ramps (der Arduino) erkennt dann das der Pin auf GND (0V) liegt und kann dann eine Aktion einleiten.

      Einfach gesagt schaltet der Fototransitor GND (zum Pin auf Ramps).

      Rein theoretisch könnte man den Wiederstand nach 5V auch weglassen und nur Ramps daran anschließen (also überhaupt keine Verbindung nach 5V!). Der Arduino Chip verfügt über eigene Widerstände (Pullups), die via Firmeware eingeschaltet werden können, das schrenkt jedoch je nach Firmeware die Flexibilität ein und macht das ganze etwas anfälliger für Störungen. Mit dem Widerstand nach 5V ist man auf der Sicheren Seite.

      Hoffe das damit erklärt zu haben, ansonsten frag einfach 😉

      Viele Grüße
      Bastian

      • Ronald sagte:

        Danke Bastian, deine Erklärung hat meinen Horizont erweitert und Licht ins Dunkle gebracht. Jetzt kann die Bauerei weiter gehen. Danke für deine Hilfe und diesen Artikel.

        Gruß Ronald

      • Ronald sagte:

        Hallo Bastian, es sind ja ein paar Monate ins Land gegangen und die Technik hat sich weiterentwickelt.

        Habe jetzt ein Radds 1.1 am Drucker und mal deine Meinung hören ob es mit den 3.3 v Probleme geben kann die am Endstopanschluss anliegen.

        Die eigentliche Frage, kann ich deine Schaltung ohne Probleme am Radds benutzen?

        Gruß Ronald

  6. Pit sagte:

    Hallo,

    bin ganz zufällig hier gelandet und habe da einen kleinen Einwand, was die Schaltung betrifft.

    Soweit ich es gelernt habe, müssen auch die Massen getrennt sein, um eine galvanische Trennung der beiden Kreise zu erhalten. Somit muss PIN2 vom Optokoppler an Ground vom Sensor und PIN3 an den Ground von Ramps (oder was auch immer an der Seite hängt). Sonst ist die ganze Mühe umsonst – funktioniert zwar, aber verfehlt den Sinn.

    LG, Pit

    • Hallo Pit,

      da hast du natürlich vollkommend Recht, wenn das Ganze galvanisch getrennt sein sollte dürften die beiden Masse Pins nicht verbunden sein. Eine galvanische Trennung hier herzustellen war aber überhauptnicht das Ziel, und wäre nicht nur unötig sondern auch unmöglich, da der Induktive Endstop und Ramps bereits an der selben Masse sitzen.

      Ich „missbrauche“ da den Optokoppler eigetlich nur als Transistor, ein NPN Transitor hätte den Job auch getan. (Oder zwei Widerstände als Spannungsteiler, oder eine Z-Diode mit einem Vorwiderstand usw.) Ich hatte den Opto einfach nur grade in meiner Schublade mit Teilen gefunden und hatte keine Lust mir irgendwoher noch einen Transitor zu besorgen.

      Gruß Bastian

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