Am Puls der Automation: Ultraschallsensoren auf dem Weg zum Sensor für alle Einsatzfälle

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Funktionssicherheit aus Prinzip

Ultraschallsensoren weisen eine Reihe von Eigenschaften auf, die sich besonders im praktischen Einsatz immer wieder als Vorteil erweisen. Das betrifft zum Beispiel das Abtastverhalten. Natürlich hat ein Lasersensor eine weitaus präzisere Abtastung als die Schallkeule eines Ultraschallsensors. Dieser Nachteil stellt sich jedoch in der Praxis meist als Vorteil heraus, denn er bedeutet, dass Objekte selbst dann zuverlässig erkannt werden, wenn sie nicht exakt ausgerichtet den Sensor passieren.

Dazu kommen weitere prinzipbedingte Unempfindlichkeiten, die in der Praxis eher Vorteile haben. Ein Ultraschall-Sensor kann weder Farbe noch Oberflächenbeschaffenheit eines Objektes erkennen. Selbst Verschmutzungen sind ihm egal. Das macht ihn zum optimalen Sensor für eine Vielzahl von Materialien und Objekte, mit denen andere Technologien ihre Probleme haben.

Ein weiterer Aspekt ist die inhärente Selbstreinigung eines Ultraschallsensors. Durch die ständige hochfrequente Vibration können sich weder Staub noch Flüssigkeiten dauerhaft absetzen. Das macht ihn zur perfekten Lösung für alle Anwendungen, bei denen Staub oder Feuchtigkeit ein Thema ist.

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Drei Neue Familien von Ultraschallsensoren

Ultraschallsensoren sind durch ihr robustes und dennoch präzises Messverfahren für vielfältige Einsatzfälle prädestiniert. Einfache Parametrierung, wenn es die Applikation erfordert, verknüpft mit Messbereichen von wenigen Zentimetern bis zu 10 m heben Ultraschallsensoren vom Feld der Problemlöser zum Sensor für alle Einsatzfälle.

Ultraschallsensor im Miniaturgehäuse

Handlingsmaschinen werden in der Regel sehr kompakt aufgebaut. Für die Sensorik steht folgerichtig daher nur wenig Platz zur Verfügung. Die Baureihe UB…F77 ist für diese Anwendungsfälle bestens gerüstet. Im dicht verschweißten Kunststoffgehäuse, die Abmessungen entsprechen ungefähr zwei Stück Würfelzucker, sind auf engsten Raum, die komplette Sende- und Empfangselektronik, der Ultraschallwandler, die Signalanzeigen und der Steckeranschluss untergebracht..

Einfache Parametrierung eines Ultraschallsensors

Bei der Baureihe UC…30GM70 lässt sich über das Potentiometer der Schaltabstand sehr einfach und intuitiv einstellen. Über eine schnelle, bidirektionale Infrarot Schnittstelle lässt sich der Sensor einfach an die Applikation anpassen. Auf dem gleichen Weg lassen sich mehrere Echos mit Entfernung und Empfangsamplitude anzeigen, um so den Sensor optimal auszurichten, bzw. störende Objekte auszublenden.

Ultraschallsensor einfach integriert in die Steuerung

Eine Anpassung von Grundparametern ohne externes Tool ist bei der Baureihe UC…30GM-IO möglich. Es lässt sich der Schaltabstand mit einem Tastendruck einstellen. In weiteren Schritten kann die Schallkeule angepasst, sowie die Funktion des Schaltausgangs angepasst werden. Über die IO-Link Schnittstelle und die Parametriersoftware PACTware kann der Sensor optimal an die Applikation angepasst werden. Mittels IO-lässt sich der Sensor komfortabel in eine Steuerung einbinden. Die Entfernung eines Objekts liegt damit sofort in der Steuerung vor.

Breites Anwendungsspektrum

Ultraschallsensoren sind die Universalisten unter den Sensoren. Sie stehen in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausführungen zur Verfügung und erschließen damit ein breites Anwendungsspektrum von der Fabrikautomation bis hin zum Einsatz an Spezialfahrzeugen.

So werden zum Beispiel die Hubgabeln von Gabelstaplern mit Ultraschallsensoren ausgestattet. Sie besitzen ein extrem widerstandsfähiges Gehäuse nach IP67 und haben die Aufgabe, dem Fahrer eindeutig zu signalisieren, ob die Gabel einwandfrei unter der Palette positioniert und damit ein sicheres Anheben gewährleistet ist.

Auch in der modernen Landwirtschaft sorgen Ultraschallsensoren für zuverlässige Funktion. Mit ihrer Hilfe lassen sich die bis zu 40 m breiten Ausleger von Feldspritzen automatisch auf die optimale Höhe einstellen, um Düngemittel oder Pestizide versprühen zu können, ohne dabei die Pflanzen zu beschädigen.

Ein eher typisches Aufgabengebiet ist die Überwachung von Flüssigkeitsständen und Füllhöhen. So misst zum Beispiel in einer Kläranlage ein Ultraschallsensor ständig die Füllhöhe des Klärschlammdepots. Dafür wurde ein Sensor mit hoher Reichweite eingesetzt, der mit einer relativ breiten Schallkeule arbeitet. Er spricht zuverlässig an, sobald eine bestimmte Füllhöhe überschritten wurde, und lässt sich dabei auch von der schmutzigen Arbeitsumgebung nicht beeinflussen.

Bei der Überwachung des Flüssigkeitsstands in geschlossenen Tanks kommt eine ähnliche Variante eines Ultraschallsensors zum Einsatz. Hier geht das Sensorsignal direkt vom Deckel aus und wird über die Flüssigkeit reflektiert. An der Laufzeit des Signals lässt sich genau errechnen, wie hoch der Füllstand ist, wobei es dem Sensor egal ist, um welche Flüssigkeit es sich dabei handelt.

Die Ultraschall-Sensorik ist weiter im Vormarsch und dringt mit ihren interessanten Eigenschaften in Bereiche vor, wo man früher nie an einen Sensor gedacht hätte.

* Franz-Josef Heimerl, Leiter Produktmanagement Ultraschallsensoren, Geschäftsbereich Fabrikautomation, Pepperl+Fuchs

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