Vollgekapselte Ultraschallsensoren, die für hygienische Anwendungen ideal sind, wurden bislang kaum angeboten. Die Vollkapselung in einem Edelstahlgehäuse mit herkömmlicher Technik beeinträchtigt die Leistungsfähigkeit des Sensors: Während seine Reichweite sinkt, wird der Blindbereich, in dem er keine Signale empfangen kann, viel größer. Dieser Nachteil entfällt aufgrund einer neuen Produktionstechnik. Dabei wird eine Membran aus Edelstahl durch Laserschweißen am Sensorgehäuse befestigt. Die neuen Ultraschallsensoren sind dank dieser Methode in einem Gehäuse aus V4A-Edelstahl hygienisch gekapselt. Trotzdem beträgt die Blindzone direkt vor dem Gerät lediglich 70mm. Bei einer Reichweite von 800mm verbleibt ein großer Messbereich, in dem der Sensor zuverlässig detektiert. Damit stehen die bauartbedingten Stärken der Ultraschallmessung ohne Einschränkung auch für hygienekritische oder chemisch-aggressive Anwendungen zur Verfügung.
Stärken der Ultraschallsensorik
Ultraschallsensoren arbeiten nach dem Prinzip der Laufzeitmessung. Sie senden kurze Schallimpulse aus, die von einem Objekt oder einer Oberfläche zurückgeworfen werden. Der ´Lautsprecher´ fungiert zugleich als Mikrofon, das dieses Echo auffängt. Aus dem zeitlichen Abstand zwischen Sendesignal und Echo lässt sich die Entfernung berechnen. Der Sende- und Empfangsbereich des Sensors ist keulenförmig. Er erfasst also keinen einzelnen Punkt, sondern je nach Auslegung einen mehr oder weniger großen Messbereich. So können auch unregelmäßige Oberflächen zuverlässig detektiert werden. Die Schallwellen erfassen Objekte unabhängig von Form, Farbe, Konturen oder Material. Anders als optische Sensoren haben sie mit spiegelnden Oberflächen, Nebel oder Dämpfen keine Schwierigkeiten. Ihr Messprinzip macht Ultraschallsensoren grundsätzlich unempfindlich gegen Feuchtigkeit, Spritzwasser und Anhaftungen. Allerdings besteht die dem Prozess zugewandte Membran bei herkömmlichen Geräten aus einem Gemisch von Glashohlkugeln und Epoxidharz, das von Polyurethanschaum umschlossen wird. Dieses Material verträgt aber nicht alle gängigen Reinigungschemikalien. In der Pharma- und Lebensmittelindustrie setzt man deshalb bisher modifizierte Standard-Ultraschallsensoren ein, deren Reinigung zusätzlichen Aufwand erfordert. Außerdem beeinträchtigt aggressive Reinigung die Lebenserwartung solcher Geräte.
Spaltfreie und hermetisch dichte Außenhaut
Die Sensoren der UMB800-Serie widerstehen dagegen sowohl der Dampfstrahlbehandlung als auch aggressiven Reinigungsmitteln. Die Verarbeitung ihrer Außenhaut ist spaltfrei und hermetisch dicht. Das wurde in einem Wechseltauchtest mit 1.500 Zyklen bei Temperaturen von 5 und 60°C überprüft. Dieser Test geht weit über die Anforderungen der IP68-Klassifizierung hinaus, die nur einen Dauertauchtest bei gleichbleibender Temperatur vorschreibt. Das Gehäuse zeichnet sich durch die geringe Oberflächenrauigkeit von weniger als 0,8µm aus, mit der das mikrobielle Kontaminationsrisiko minimiert wird. Die Sensoren sind nach den Richtlinien der European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) konstruiert und zertifiziert. Sie verfügen über die Schutzarten IP68 und IP69K sowie einer Ecolab-Zertifizierung. Beim Einbau in bestehende Anlagen müssen die Reinigungsprozesse nicht verändert werden. Durch die kompakte Form – nur 18mm Durchmesser und 55mm Länge – ist die Montage auch bei sehr beengten Verhältnissen möglich. Der Sensor ist für den Einsatz in hygienischen Anwendungen der Lebensmittel- und Pharmaindustrie prädestiniert. Seine konstruktiven Eigenschaften bieten aber auch beim Einsatz in aggressiver Umgebung, etwa bei der Vulkanisierung oder in chemischen Anlagen, große Vorteile.
Anwendungsbeispiele
Ein typisches Beispiel für den Einsatz des Sensors ist die Verpackung von Lebensmitteln in Tiefziehschalen. Dabei wird vor dem Versiegeln überprüft, ob das Produkt in der vorgesehenen Menge eingefüllt wurde. Der neue Sensor erkennt die Ware unabhängig von Form, Farbe und Beschaffenheit. Sein Schaltpunkt lässt sich auf den Millimeter genau einstellen. Bei Vorlagebehältern, aus denen Flüssigkeiten und Granulate in Verpackungseinheiten geleitet werden, kann er die Füllstandmessung übernehmen. In der Lebensmittelindustrie werden solche Behälter z.B. für Müsli, Nudeln oder Kaffeepulver verwendet. In der Pharmaindustrie sind es u.a. Tabletten und Kapseln, in der Chemie Granulate oder Flüssigkeiten. In vielen solchen Anwendungen herrschen strenge Vorgaben in Bezug auf Hygiene und Reinigungsfähigkeit. Die kompakten Sensoren finden auch in kleinen Vorlagebehältern Platz. Ihre Zertifizierungen erlauben den Einsatz direkt in der produktberührenden Zone. Wegen der hermetischen Kapselung ist die Baureihe auch für den Umgang mit chemisch aggressiven Medien geeignet. Das Gehäuse aus V4A-Edelstahl ist unempfindlich gegen fast alle Chemikalien und aggressiven Dämpfe.
