Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs sind...

Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs sind...
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30.04.2019 | • in großer Vielfalt verfügbar • für zahlreiche Anwendungen zu absoluten Standardsensoren geworden • auch für technisch oder chemisch anspruchsvolle Anwendungen erhältlich • bereit für Industrie 4.0 • einfach einstellbar und bei Bedarf vielfältig auf Ihre Anwendung anpassbar

Vom Problemlöser zum Standardsensor, Ultraschall entwickelt sich zum universellen Messprinzip. Lange Zeit galt die Ultraschallsensorik als Rückzugsoption für die besonders schwierigen Fälle. Nur wo andere Messprinzipien an ihre Grenzen stießen, kamen die robusten und universell einsetzbaren Geräte zum Zug. Inzwischen ist der Ultraschallsensor jedoch in vielen Bereichen zum Standardgerät geworden. Da er die meisten Detektionsaufgaben zuverlässig lösen kann und sich auch von harten Umgebungsbedingungen kaum beeinträchtigen lässt, ist er häufig von vornherein die erste Wahl. Neben seinen physikalischen Stärken haben dazu technische Entwicklungen beigetragen, die einen noch umfassenderen Einsatz erlauben.


Physikalisch robust und unempfindlich Ultraschallsensoren arbeiten nach dem Prinzip der Laufzeitmessung. Sie geben kurze Schallimpulse ab, die von dem Objekt, auf das sie treffen, reflektiert werden. Die aussendende Schallmembran ist zugleich das Mikrofon, das dieses Echo auffängt. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen Signal und Echo errechnet das Gerät die Entfernung zum Objekt. Der Schall breitet sich keulenförmig aus, erfasst also statt einem einzelnen Punkt einen flächigen Messbereich. So werden auch unregelmäßige Oberflächen zuverlässig detektiert.
Form, Farbe, Konturen oder Material spielen dabei keine Rolle, ebenso wenig wie spiegelnde Oberflächen, Staub, Nebel oder Dämpfe. Die Ultraschallsensoren sind zudem auch gegen Feuchtigkeit, Spritzwasser, Schmutz und Anhaftungen grundsätzlich unempfindlich. Da die schallemittierende Oberfläche des Sensors ständig vibriert, können trockene und flüssige Anhaftungen gar nicht entstehen – die Partikel werden einfach abgeschüttelt. Filmbildende Anhaftungen, die sich nicht abschütteln lassen, beeinflussen wiederum die Funktion der Sensoren nicht.


Vollkapselung und Kommunikation Die dem Prozess zugewandte Schallmembran besteht bei Standard-Ultraschallsensoren aus einem von Polyurethanschaum umgebenen Glashohlkugel-Epoxydharzgemisch, was für die meisten Anwendungen hinsichtlich chemischer Beständigkeit vollkommen genügt. Für Anwendungen mit erhöhten chemischen Anforderungen stehen Ultraschallsensoren mit einer teflongeschützten Wandleroberfläche bereit. Reicht selbst dieser Schutz nicht aus – wie beispielsweise in der Pharma- und Lebensmittelindustrie – kommen in Edelstahl vollgekapselte Ultraschallsensoren zum Einsatz. Um eine solche Kapselung ohne Leistungsverlust zu ermöglichen, hat Pepperl+Fuchs ein spezielles Fertigungsverfahren entwickelt. Es verleiht den Ultraschallsensoren der Baureihen UMC3000 und UMB800 eine spaltfreie und hermetisch dichte Edelstahl-Außenhaut. Dank ihr widerstehen die Geräte sowohl einer Heißdampfbehandlung als auch aggressiven Reinigungsmitteln. Zudem werden sie auch allen Anforderungen an die Hygiene gerecht.


Andere Ultraschallsensoren zeichnen sich durch besonders kompakte Bauweise und vielfältige Montageoptionen aus. Geräte mit IO-Link-Schnittstelle ermöglichen die Integration in Industrie-4.0-Umgebungen und bieten zusätzliche, wertvolle Diagnosedaten für die vorausschauende Wartung. Unter den Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs finden sich auch Geräte, die eigens für den Außeneinsatz, etwa in der Landwirtschaft oder im Bereich Mobile Equipment ausgelegt sind. Sie verkraften auch heftige mechanische Einwirkungen sowie extreme Belastungen durch Wettereinflüsse, Staub und Schmutz. Sie werden unter anderem zunehmend für die Fernüberwachung von Futtermittel- und Baustoffsilos genutzt. Hier stehen auch Gesamtlösungen für eine automatisierte Fernüberwachung mit Anbindung an die Nachschublogistik zur Verfügung. Fazit: Die Einsatzmöglichkeiten für Ultraschallsensoren sind fast unbegrenzt, wie auch die folgenden Beispiele zeigen.


Beispiele für den Einsatz von Ultraschallsensoren Maschinenbau – Durchhangkontrolle In vielen Maschinen wird das Material in Form flächiger Folien zugeführt. Ein loser Materialdurchhang gleicht den zeitlichen Versatz zwischen kontinuierlichem Nachschub und schrittweiser Verarbeitung aus. Ultraschallsensoren erfassen den tiefsten Punkt des Durchhangs und sorgen dafür, dass die Maschine ihn weder zu klein noch zu groß werden lässt. Die Folien können aus ganz unterschiedlichen Materialien wie Metall, Kunststoff oder Papier bestehen, alle Farben aufweisen, transparent sein, glänzen oder spiegeln. Verschmutzung durch Materialabrieb, Ölnebel, Staub oder elektrostatisch aufgeladene Anhaftungen kommt ebenfalls vor. All diese Faktoren haben keinen Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Ultraschallmessung. Der Schlaufentiefpunkt bleibt auch dann im flächigen Messfeld, wenn er sich im Prozess seitlich bewegt.


Landwirtschaft/Mobile Equipment – Kolbenposition Baggerschaufeln, LKW-Kipper oder Anbaugeräte an Landmaschinen werden meist mit hydraulischen Systemen bewegt. Für ihre präzise Steuerung muss die Position des Kolbens im Zylinder bekannt sein. Bisherige Lösungen erfordern häufig einen Eingriff in die Zylinderkonstruktion. So müssen etwa Magnetsensoren in die Kolben oder die Zylinderwand eingebaut werden. In beiden Fällen ist anschließend eine aufwendige Abdichtung des Systems erforderlich. Dagegen lassen sich Ultraschallsensoren ohne konstruktive Veränderung mit einfachen Mitteln und auch nachträglich außen an den zu überwachenden Teilen anbringen. Für die Sensoren lassen sich Grenzschaltpunkte definieren, sie können aber auch kontinuierlich messen und so jederzeit eine präzise Positionsmeldung geben.


Fernüberwachung – Füllstandkontrolle in Silos Schüttgüter wie Baustoffe, Getreide oder Futtermittel werden meist in Silos vorgehalten. In vielen Fällen ist immer noch die Leiter an der Silowand das wichtigste Werkzeug der Füllstandkontrolle: Jemand klettert hinauf und wirft einen Blick hinein. Ein Ultraschallsensor kann diese Arbeit automatisch und kontinuierlich verrichten. Er erfasst den Füllstand auch bei Staubentwicklung und unregelmäßiger Pegelfläche. Zudem stehen verschiedene Lösungen für die Datenübermittlung etwa an eine Cloud oder per SMS auf ein Handy zur Verfügung. Damit kann die Fernüberwachung einschließlich des Auslösens von Nachbestellungen vollständig automatisiert werden.


Aggressive und hygienische Umgebungen Ein Säuretauchbad zum Vorbereiten der Metall-Lackierung, die Herstellung von Arzneipillen und das Befüllen von Yoghurtbechern sind sehr unterschiedliche Prozesse in ebenso unterschiedlichen Branchen. Eines haben sie allerdings einiges gemeinsam: Die Prozessmedien oder die Reinigungsverfahren sind ausgesprochen aggressiv. Säuren, Laugen und Heißdampf greifen die Komponenten an. Das gilt natürlich auch für die Sensoren. Oft müssen sie durch aufwendige Vorrichtungen oder umständliche Reinigungsverfahren geschützt werden. Ultraschallsensoren mit einer Teflon-Außenhaut oder mit Edelstahl-Vollkapselung machen sie überflüssig. Im laufenden Prozess sind sie gegen die ungemütliche Umgebung unempfindlich, bei der Reinigung vertragen sie auch aggressive Mittel und Verfahren. Die gekapselten Geräte gewährleisten zudem die Einhaltung hoher Anforderungen an die Hygiene. Einschränkungen für den Einsatz von Ultraschallsensoren im Hinblick auf die Prozessumgebung gibt es praktisch nicht mehr.


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