SmartLevel-Sensoren im Schokoladenparadies

SmartLevel-Sensoren im Schokoladenparadies
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Bevor die Schokolade verarbeitet werden kann, muss sie einer Wärmebehandlung, dem Temperieren unterzogen werden
17.07.2014 | An sich sind kapazitive Sensoren eine feine Sache: Man kann mit ihnen durch nicht metallische Behälterwandungen Füllstände von Flüssigkeiten, Pulvern und Granulaten erkennen, ohne dass der Sensor mit den Medien in Kontakt kommt. Konventionelle kapazitive Sensoren haben jedoch auch eine Reihe von Nachteilen.

So muss die Empfindlichkeit des Sensors zeitaufwändig so eingestellt werden, dass nicht schon der Behälter an sich, sondern erst die Behälterwandung zusammen mit dem Medium das Signal auslöst. Und wer schon einmal versucht hat, mit einem herkömmlichen kapazitiven Sensor die Füllstände von Schokolade, Ketchup etc. präzise zu erfassen, wird feststellen, dass diese Medien nicht rückstandsfrei abfließen und Anhaftungen regelmäßig zu Fehlschaltungen führen, die eine fehlerfreie Messung unmöglich machen.
 
Vor dieser Herausforderung stand auch der renommierte Schokoladenhersteller Gysi in der Schweiz, als er die Rührwerke diverser Temperier-Einrichtungen zur Wärmebehandlung von Schokolade im Rahmen eines Retrofits mit neuen Sensoren zur Niveauregulierung ausrüsten wollte. Die bisherige Füllstandserfassung in Form einer Druckdifferenzmessung war in die Jahre gekommen und musste darüber hinaus immer wieder in regelmäßigen Abständen überprüft und gereinigt werden, was einen erheblichen Aufwand und Stillstandzeiten mit sich brachte. Gysi suchte daher nach einer neuen Lösung.
 
Erste Versuche mit einem vom Maschinenhersteller eingebauten Sensor verliefen jedoch nicht erfolgversprechend. „Wir konnten die Applikation nicht unbeaufsichtigt lassen“, so Ulrich Streit zuständig für die Technik bei Gysi, „der Behälter lief immer wieder über. Ursache waren Fehlschaltungen gerade in dem Temperaturbereich von 45 bis 28 °C, in dem die Temperieranlage arbeitete. Es genügte eine änderung von wenigen Temperaturgraden, um die Dielektrizitätskonstante des eingesetzten Sensors so weit zu verändern, dass er nicht mehr richtig schaltete“.
 
Wir haben darauf hin nach einer Alternative gesucht und uns für einen Sensor in SMARTLevel-Technologie des Sensorspezialisten Balluff entschieden.
Bei der Auswahl konnten wir uns ganz auf Balluff verlassen“, so Streit weiter. „Herr Zumbrunn, der zuständige Verkaufsingenieur der Balluff Niederlassung, hat uns umfassend beraten. Zusammen haben wir den richtigen Sensor anhand der Polarität des zu messenden Mediums - also der Schokolade - ausgewählt und dann in einer Testinstallation im praktischen Betrieb geprüft. Es hat auf Anhieb geklappt. Wir verfügen jetzt über eine Lösung, die auch im Langzeitbetrieb absolut fehlerfrei arbeitet“.

Messprinzip mit vielen Vorteilen

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Einbausituation des Sensors

„Auch die neuen SMARTLevel -Sensoren in der Bauform M18 arbeiten nach dem kapazitiven Prinzip“, erklärt Thomas Zumbrunn. „Sie erschließen aber bei stark leitfähigen Medien neue Anwendungsfelder bei deutlich vereinfachter Handhabung. So sind sie in der Lage, Behälterwandungen und Anhaftungen selbständig zu kompensieren, was eine fehlerfreie Messung auch ohne aufwendiges Nachjustieren erlaubt. Dabei sind sie auch noch zu allen Sensoren kompatibel, die zur Füllstandsmessung von Medien mit Dipolcharakter eingesetzt werden“. Dies gilt für Tauchapplikationen und Füllstandserkennungen durch nicht metallische Wandungen mit einer maximalen Dicke von 10 mm. Damit ist auch die Erfassung der Schokolade durch die 3 mm Kunststoffmembran vor der aktiven Fläche des Sensors eine einfache Aufgabe.
 
Möglich wird dies, da SMARTLevel-Sensoren mit einer etwa deutlich höheren Oszillatorfrequenz als herkömmliche kapazitive Sensoren arbeiten. Außerdem sammelt die patentierte Auswerteelektronik mehr Informationen als sonst bei der kapazitiven Füllstandsmessung üblich ist. Sie erfasst nicht nur den kapazitiven, sondern auch den konduktiven Anteil bzw. Leitwert des Mediums. Da kompakte Medien hohe, dünne Filme des gleichen Mediums, aber nur geringe Leitwerte haben, können die neuen Sensoren problemlos dünne Anhaftungen vom realen Füllstand unterscheiden. Fehlschaltungen bei nicht rückstandsfrei abfließenden Medien wie der Schokolade sind damit weitestgehend ausgeschlossen. Entwickelt wurde diese Technologie im Balluff Kompetenzzentrum für kapazitive Sensoren, SIE Sensorik, mit Sitz in Viernheim.

Einfacher Einbau, schnelle Justage

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Alte Version mit Niveaumessung über Bohrung in der Behälterwandung und Druckmessdose

Gysi hat mittlerweile 6 Maschinen im Rahmen eines Retrofits mit den neuen Sensoren ausgestattet und die Umrüstung weiterer Anlagen ist bereits geplant. „Da wir den Umbau selber vornehmen“, so Streit weiter, „ist der Aufwand gering. Der Sensor wird dazu lediglich in eine dichte Kunststoffhülse eingebracht und in einen separaten Metallbehälter in der Behälterwandung so eingedreht, dass er mit der Wandung plan abschließt“. Die Justierung des SMARTLevel-Sensors ist per Potenziometer einfach und muss nur einmal nach dem Einbau vorgenommen werden. Darüber hinaus arbeitet er vollkommen wartungsfrei. Reinigungsprozeduren allein für den Sensor sind jetzt absolut überflüssig und werden im regulären Wartungszyklus mit erledigt.
 
Der Sensor in der Behälterwandung erfasst den Füllstand der Schokoladenmasse direkt durch die Stirnfläche der Kunststoffhülse in der Behälterwandung. Wenn die Schokolade eine bestimmte Füllhöhe unterschreitet, schaltet der Sensor und es wird nach 30 Sekunden flüssige Schokoladenmasse bis zum Erreichen der optimalen Füllhöhe nachgefüllt.
 
Im Gegensatz zu konventionellen kapazitiven Sensoren müssen diese Füllstandsmelder dann weder im laufenden Betrieb, noch bei einer Veränderung der Rezeptur neu eingestellt werden. So differiert der Schaltpunkt beispielsweise zwischen weißer und dunkler Schokolade um lediglich drei Millimeter.
 
„Er ist zwar etwas teurer als ein kapazitiver Standardsensor“, fasst Ulrich Streit zusammen. „Aber wenn man eine perfekte Lösung findet, die dauerhaft trägt, spielt der Preis nur eine untergeordnete Rolle. Das Gerät amortisiert sich innerhalb kürzester Zeit.“


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Rubriken: Sensoren

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