Sensormodul und Steuerplatine Steuerungstechnik hilft bei Hygienekonzept

Von Ines Stotz

Eigentlich produziert die Firma Friedhelm Selbach Kühl- und Ausschanksysteme für die Gastronomie. Als die Branche im Sommer 2020 nach dem Lockdown unter strengen Hygiene-Auflagen wieder öffnen durfte, war Erfindergeist gefragt.

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Hesch entwickelt seit über 45 Jahren passgenaue Mess-, Steuer- und Regeltechnik für Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen.
Hesch entwickelt seit über 45 Jahren passgenaue Mess-, Steuer- und Regeltechnik für Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen.
(Bild: Hesch Industrie-Elektronik)

Um die Gastronomie-Branche zu unterstützen und konstruierte das Unternehmen kurzerhand einen berührungslosen Desinfektionsmittel-Spender. Sensormodul und Steuerplatine entwickelte Hesch Industrie-Elektronik in Rekordzeit. Die Idee zu dem ungewöhnlichen Produkt hatte der Sohn von Geschäftsführer Torsten Selbach während der ersten Homeschooling-Phase. Warum sollte es nicht möglich sein, anstelle der üblichen mechanischen Hygienemittel-Spender eine kontaktlose Lösung zu bauen? Das Know-how dafür war ja im Unternehmen seiner Eltern vorhanden – schließlich basieren die Spender genau wie die Schanksysteme von Selbach auf einem Pumpsystem.

Torsten Selbach war begeistert vom Erfindergeist seines Sohnes und setzte sich sofort mit den Ingenieuren seiner Produktentwicklungsabteilung zusammen. Die Zeit drängte, denn die Gastronomie benötigte schnell geeignete Systeme für die Handdesinfektion ihrer Gäste. Den größten Teil des Spenders ließ sich im Unternehmen selbst konstruieren, aber für die Elektronik war ein externer Spezialist nötig. „Da wir Hesch von einem früheren Projekt kannten und mit der Zusammenarbeit sehr zufrieden waren, mussten wir nicht lange suchen“, erinnert sich Reiner Rogowski, der bei Selbach das Qualitätsmanagement verantwortet.

Umfangreiche Elektronik-Dienstleistungen

Hesch entwickelt auf Wunsch nicht nur individuelle Hard- und Software-Lösungen für MSR-Anwendungen, sondern übernimmt auf Wunsch auch das Leiterplattenlayout, die mechanische Konstruktion, die Erstellung von Pflichtenheften sowie das Projektmanagement. Zum Service-Angebot gehören darüber hinaus die Schaltplanerstellung und die Serienfertigung von Elektronikbaugruppen. Dafür werden Aimex IIIc-Bestückungsautomaten von Fuji eingesetzt, die eine Durchsatzleistung von bis zu 80.000 Bauteilen pro Stunde erreichen. Zudem verwendet Hesch das neue Glue-Tool von Fuji. Hiermit erhalten schwierig zu verarbeitende Bauteile eine zusätzliche Fixierung, welche sicherstellt, dass das Bauteil beim Lötvorgang nicht verrutscht.

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Für die Produktentwicklung blieben nur wenige Wochen

Nachdem alle technischen Details geklärt waren, konstruierten die Ingenieure bei Selbach gemeinsam mit ihrem Partner Hesch einen Prototyp. Der Austausch war von Anfang an eng: „Man ließ uns sogar an der mechanischen Konstruktion mitwirken“, berichtet Marcus Brehe, der bei Hesch die Entwicklung der Spender-Steuerung koordinierte. „Das ist keine Selbstverständlichkeit.“

Um den Hygienemittel-Spender zur Marktreife zu bringen, mussten allerdings einige Herausforderungen gemeistert werden. Da war zum einen der straffe Zeitplan: Zwischen Projektstart und geplanter Überführung in die Nullserie lagen gerade einmal rund acht Wochen. Zum anderen haben beide Unternehmen zwar jahrzehntelange Erfahrung in ihrer Branche – aber mit diesem Produkt betraten sie in gewisser Hinsicht Neuland.

Näherungsschalter erwies sich als nicht alltagstauglich

Für die Steuerung des Spenders favorisierten die Techniker von Selbach zunächst eine 2-Leiterkarten-Lösung – je eine Karte für die Sensorplatine und eine für die Steuerplatine. Die Elektronik-Spezialisten aus Neustadt rieten jedoch zu einer Ein-Platinen-Lösung, da sich diese in der Endfertigung wesentlich leichter montieren lässt.

In der ersten Version des Spenders setzte man beim Auslöse-Mechanismus noch auf einen Näherungssensor, der auf einem Infrarot-Lichttaster basierte. Diese Taster erkennen Objekte über die Reflexion eines ausgesandten Lichtstrahls. Befindet sich ein Objekt vor dem Taster, wird ein Teil des Lichtstrahls reflektiert. Der Sensor erkennt dieses reflektierte Licht und gibt ein Schaltsignal aus. Im Fall des Hygienemittel-Spenders wird dann nach Überschreiten einer vordefinierten Schaltschwelle eine leistungsstarke batteriebetriebene Peristaltik-Pumpe aktiviert, die für eine bestimmte Zeit Desinfektionsmittel aus dem Spender pumpt. Damit die Menge des Hygienemittels immer konstant ist, wird die Pumpenlaufzeit analog zur jeweiligen Batteriespannung laufend nachgeregelt. Der Ladezustand der Batterien hat also keinen Einfluss auf die Portionsgröße des Desinfektionsmittels.

Bei der Entwicklung des Näherungssensors mussten Marcus Brehe und seine Kollegen einiges bedenken. So beeinflussen z. B. verschiedene Faktoren die korrekte Funktion eines Lichttasters – unter anderem kann die Umgebungstemperatur eine Drift des Sensorsignals bewirken. Im Fall des Spenders machten den Experten von Hesch vor allem Reflexionen durch die metallische Tropfschale und durch Fremdlicht zu schaffen. „Es gab viele Fehlauslösungen“, so Brehe. Da der Spender an allen Standorten gleich gut funktionieren muss, baute man einen zweiten Prototyp – dieses Mal mit einem Time-of-Flight-Sensor (TOF).

Buchtipp

Das Buch Industriesensorik beschreibt die Entwicklung und die praktische Anwendung der wichtigsten Sensoren. Durch anwendungsbezogene Fehleranalysen von Messsystemen, Sensoren und Sensorsystemen, jeweils ergänzt durch viele detaillierte, vollständig durchgerechnete Anwendungsbeispiele, eignet sich das Buch nicht nur für Studenten, sondern auch für Ingenieure und Techniker verschiedener Fachrichtungen.

Äußere Einflüsse stören die Sensorfunktion nicht

TOF-Sensoren erkennen mithilfe von Lasertechnologie Objekte in einem definierten Bereich und arbeiten unabhängig von den Umgebungsbedingungen. Im Spender wurde der laut Hesch weltweit kleinste TOF-Entfernungs- und Gestenerkennungssensor verbaut: Er löst nur dann eine Desinfektionsmittel-Abgabe aus, wenn es wirklich benötigt wird. Über Potentiometer lassen sich sowohl die Empfindlichkeit des Sensors und die Portionsgrößen der ausgegebenen Flüssigkeit individuell einstellen.

Spender lässt sich leicht reinigen

Der Desinfektionsmittel-Spender von Selbach verfügt aber nicht nur über einen berührungslosen, hygienischen Auslöse-Mechanismus. Auch die leicht zu reinigende Oberfläche aus geschliffenem Edelstahl verhindert die Ausbreitung von Viren und Bakterien. Bei der Konstruktion des Spenders orientierten sich Selbach und Hesch an einer Richtlinie des Robert Koch-Instituts sowie am Infektionsschutzgesetz (IfSG).

Neben der Hygiene selbst legte Selbach auch auf die einfache Installation, die Vandalismussicherheit und den Diebstahlschutz großen Wert: Da die Desinfektionsmittel-Behälter häufig gestohlen werden, stattete man den Spender mit einem Schloss aus: Ohne Schlüssel lässt sich das Gebinde nicht entnehmen.

Eine weitere wichtige Anforderung war die Modularität: Der Spender kann verschiedene Gebinde-Größen aufnehmen (u.a. 500 ml und 1000 ml-Euro-Flasche) und lässt sich stabil an einer Wand befestigen. Der Stromverbrauch des Spenders ist gering, sodass die Batterien lange halten.

Zielgruppe hat sich deutlich vergrößert

Selbach vertreibt sein neues Produkt unter dem Namen „Hygienespender“ und zählt inzwischen auch Arztpraxen, Kindergärten, Büros und den Einzelhandel zu seinen Kunden. Einen ganz besonderen Abnehmer belieferten Torsten Selbach und seine Ehefrau Bettina sogar selbst: Die Pfarreien-Gemeinschaft Radevormwald-Hückeswagen. In den beiden Kirchen sind zwei der Spender im Einsatz – mit Weihwasser befüllt.

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