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Ultraschallsensor für die Lebensmittelindustrie Hygienisch: Sensor bekommt Edelstahlhaut

| Autor / Redakteur: Carsten Heim* / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Maschinen und Anlagen für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie müssen hohen Hygienestandards gerecht werden. Pepperl+Fuchs verspricht mit einem Volledelstahl-Ultraschallsensor dank neuartiger Vollkapselung neue Möglichkeiten für die Automatisierung. Und: Sein Einbau wird durch eine Augmented-Reality-App anschaulich erläutert.

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EHEDG-zertifizierte Komplettlösung – vollgekapselter Ultraschallsensor UMB800 mit seiner Montagehalterung
EHEDG-zertifizierte Komplettlösung – vollgekapselter Ultraschallsensor UMB800 mit seiner Montagehalterung
(Bild: Pepperl+Fuchs)

Für die Füllstandmessung in hygienischen Anwendungen gibt es in der Lebensmittelindustrie zahlreiche Beispiele. So wird etwa der Inhalt von Tiefziehschalen vor dem Versiegeln überprüft. Die Schalen werden für ganz unterschiedliche Produkte verwendet, zum Beispiel für Fleisch und Fleischprodukte, Gemüse, Obst, Pilze, Nüsse oder verarbeitete Lebensmittel. Typisch sind unregelmäßige Oberflächen, Farben und Formen. Hier stoßen optische Sensoren schnell an physikalische Grenzen. Außerdem tolerieren diese keine Verschmutzung. Da sie das Zielobjekt in der Regel nur punktförmig erfassen, können etwa leere Zwischenräume in der abgefüllten Ware zu Fehlern führen.

Ultraschall ist daher bei Oberflächen mit schwierigen optischen Eigenschaften das Messprinzip der Wahl für die berührungslose Füllstandmessung. Bisher waren Ultraschallsensoren in hygienischen Anwendungen allerdings zwei bauartbedingten Einschränkungen unterworfen: Herkömmliche Schallmembrane vertragen nicht alle gängigen Reinigungsmethoden; eine Vollkapselung der Sensoren ging bisher mit starken Einbußen in der Leistung einher.

Ultraschall-Messverfahren für viele Anwendungen

Die besonderen Eigenschaften der Ultraschallsensorik machen sie in vielen Anwendungen zum optimalen Messverfahren. Schallwellen können unabhängig von Form, Farbe, Konturen oder Material praktisch alle Objekte erfassen. Sie lassen sich von Dämpfen, Nebel oder spiegelnden Oberflächen nicht irritieren. Der keulenförmige Sende- und Empfangsbereich des Sensors – die sogenannte Schallkeule – erfasst nicht wie andere Messverfahren einen einzelnen Punkt, sondern einen größeren Bereich. Auch unregelmäßige Oberflächen können deshalb zuverlässig detektiert werden, etwa bei abgepacktem Obst und Gemüse oder bei schräg aufliegenden Gebindedeckeln. Der Durchmesser der Schallkeule am Messort lässt sich an die Anwendung anpassen.

Ultraschallsensoren lassen sich auch von Schmutz, Staub, Feuchtigkeit und Spritzwasser nicht irritieren. Das Funktionsprinzip selbst macht den Sensor an der entscheidenden Stelle gegen Verschmutzung resistent: Die dem Prozess zugewandte schallerzeugende und -empfangende Membran vibriert ständig, diese Eigenbewegung verhindert Anhaftungen.

Allerdings besteht die Membran bei Standard-Ultraschallgeräten aus Glashohlkugeln, Epoxidharz und Polyurethanschaum. Dieser Materialverbund ist gegen die im Hygienebereich üblichen Reinigungschemikalien nicht vollkommen resistent. Eine metallische Vollkapselung des Sensors kann diesen zwar schützen, beeinträchtigt jedoch bei herkömmlicher Technologie seine Leistungsfähigkeit. Die Reichweite wird kleiner, der Blindbereich unmittelbar vor dem Sensor wesentlich größer.

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