Der Hygieneprofi

Branche: Lebensmittel

Ultraschallsensoren – Mit seinem vollgekapselten Ultraschallsensor UMB800 in Edelstahl präsentiert Pepperl+Fuchs das derzeit kleinste Bauteil seiner Art auf dem Markt. Weil er alle Hygienestandards erfüllt, ist er wie geschaffen für die Lebensmittelindustrie.

18. März 2016

Wenn es um die Verarbeitung von Lebensmitteln geht, ist die Ultraschallsensorik oft das Messverfahren der Wahl. Denn die Schallwellen erfassen Objekte hier unabhängig von Form, Farbe, Konturen oder Material. Zudem tastet ein solcher Sensor mit seiner sogenannten Schallkeule nicht nur einen Punkt ab, sondern eine größere Fläche, innerhalb derer er den kürzesten Abstand detektiert. So erkennen Ultraschallsensoren zuverlässig auch unregelmäßige Oberflächen, etwa von abgepacktem Obst und Gemüse, oder schräg aufliegende Deckel. Der Durchmesser der Schallkeule am Messort lässt sich an die Anwendung anpassen.

Ultraschallsensoren lassen sich auch von spiegelnden Oberflächen, Schmutz, Feuchtigkeit und Spritzwasser nicht irritieren. Auch das Auftreten von Staub und Dämpfen in der Applikationsumgebung beeinflusst die Ausbreitung der Schallwellen nicht maßgeblich. Beim Einsatz im Außenbereich ist er auch gegen widrige Witterungsbedingungen wie Regen, Nebel oder Schneefall unempfindlich. Sein Funktionsprinzip macht den Sensor zudem an der entscheidenden Stelle gegen Verschmutzung resistent: Die dem Prozess zugewandte schallerzeugende und -empfangende Membran vibriert und verhindert mit dieser Eigenbewegung störende Anhaftungen. Bei Standard-Ultraschallgeräten besteht die Membran allerdings aus einem Materialverbund von Glashohlkugeln, Epoxidharz und Polyurethanschaum, der gegen übliche Reinigungschemikalien nicht vollkommen resistent ist. Eine metallische Vollkapselung schafft zwar Abhilfe, beeinträchtigt jedoch die Leistungsfähigkeit: Die Reichweite sinkt, der nicht nutzbare Blindbereich wird wesentlich größer.

Aus diesem Grund traten die eigentlich idealen vollgekapselten Sensoren in der Pharma- und Lebensmittelindustrie bislang kaum auf, stattdessen werden leicht modifizierte Standardsensoren eingesetzt, deren Reinigung jedoch zusätzlichen Aufwand erfordert und länger dauern kann. Die Haltbarkeit eines solchen Standardsensors in diesem Umfeld ist meist deutlich verkürzt, Sensoren mit anderen Messprinzipien weisen aber nicht die Vorteile des Ultraschalls auf und können im Hinblick auf die Hygiene andere Probleme aufwerfen.

Neuartige Membrankonstruktion

Ein von Pepperl+Fuchs entwickeltes Verfahren erlaubt es jetzt, eine Membran aus Edelstahl durch Laserschweißen am Sensorgehäuse zu befestigen. Sensoren der Baureihe UMB800 sind dank dieses Verfahrens vollständig hygienisch verkapselt, ohne dass ihr Leistungsumfang darunter leidet. Mit nur 18 Millimetern Durchmesser und 55 Millimetern Länge ist der UMB800 der kleinste Volledelstahl-Ultraschallsensor auf dem Markt und weltweit der einzige in dieser Bauform. Bei einer Blindzone von nur 70 und einer Reichweite von 800 Millimetern verfügt er über einen sehr großen Messbereich. Der Sensor misst millimetergenau, so dass Grenzschaltungen mit feiner Differenzierung möglich sind.

Die neue Komponente ist nach den Richtlinien der European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) konstruiert und zertifiziert. Die für ihn verwendeten Materialien entsprechen durchweg den Vorgaben der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA).

Der Sensor ist unempfindlich gegen starke Temperaturschwankungen und kann dauerhaft bei bis zu 85 Grad Celsius arbeiten. Er verfügt über eine Ecolab-Zertifizierung und erreicht die Schutzarten IP68/IP69K. Wird er in bestehenden Anlagen verwendet, können alle Reinigungsprozesse unverändert bleiben.

Die Zertifikate gelten auch für die eigens für diesen Sensortyp entwickelte Montagehalterung mit nach außen gewölbten Dichtungen und ohne jede Hinterschneidung. Die Montage selbst lässt sich dank des neuartigen Designs der Halterung ohne Werkzeug erledigen. Zur Verdeutlichung des ebenfalls neuartigen Montagekonzepts steht eine Augmented-Reality-App zur Verfügung. Sie stellt die Komponenten und ihre Montage dreidimensional dar.

Sehr glatte Oberfläche

Das Sensorgehäuse ist vollständig aus V4A-Edelstahl gefertigt. Es besitzt eine sehr geringe Rautiefe von 0,8 auf der gesamten Gehäuseoberfläche und erfüllt damit die höchsten hygienischen Standards. Zudem ist mit dieser Oberfläche auch das mikrobielle Kontaminationsrisiko minimiert. Die Außenhaut ist spaltfrei und hermetisch dicht. Damit können weder eine Dampfstrahlbehandlung noch aggressive Reinigungsmittel dem Sensor etwas anhaben. Seine kompakte Form erlaubt die Integration bei engen Verhältnissen, auch in bestehenden Maschinen und Anlagen.

Außer in hygienisch anspruchsvollen Anwendungen wie in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie können die Sensoren der Reihe UMB800 auch in aggressiver Umgebung wie in der Chemieindustrie oder der Vulkanisierung eingesetzt werden – sowie überall dort, wo besonders robuste Reinigungsmethoden notwendig sind.

Ein erstes konkretes Beispiel ist die Verpackung von Lebensmitteln in Tiefziehschalen. Vor diesem Vorgang wird geprüft, ob die Schale korrekt befüllt ist. Der Ultraschallsensor UMB800 erkennt dazu die Ware unabhängig von Form, Farbe, Beschaffenheit und Konturen. Mit seinem Erfassungsbereich passt er zu den in solchen Maschinen üblichen Dimensionen.

In Vorlagebehältern für Flüssigkeiten und Granulate misst der UMB800 die Füllhöhe und gibt ein Signal, wenn der Behälter aufgefüllt werden muss. So kann der Prozess ohne Unterbrechung ablaufen. Die kompakten Sensoren lassen sich direkt in die produktberührende Zone auch von kleinen Vorlagebehältern integrieren.

Eimerförmige Großgebinde für Großküchen werden nach der Abfüllung mit einem Deckel hermetisch geschlossen. Der Sensor erkennt, ob ein Deckel fehlt, schräg sitzt oder versehentlich mehr als ein Deckel aufgedrückt wurde. So ist es möglich, alle nicht korrekt verschlossenen Gebinde zuverlässig auszusortieren.

Sehr hart im Nehmen

Dank seiner hermetischen Kapselung ist der UMB800 auch für den Umgang mit aggressiven Medien sehr gut geeignet. Seine Außenhaut aus V4A-Edelstahl ist gegen fast alle Chemikalien völlig unempfindlich. Das gilt auch für aggressive Dämpfe. So können die Sensoren zum Beispiel in Vulkanisierprozessen, etwa bei der Reifenherstellung, eingesetzt werden. Herkömmliche Ultraschallwandler würden von den dort freiwerdenden Dämpfen angegriffen und mit der Zeit zersetzt. mk z

Auf einen Blick - Der UMB800

- 800 Millimeter Reichweite

- Kompakte Form: 18 Millimeter Durchmesser, 55 Millimeter lang

- P-Schutzart IP68 / IP69K

- Betriebstemperatur 25 bis 85 Grad Celsius

- Gehäuse vollständig aus V4A

 -EHEDG-Zertifikat, Ecolab-Zertifikat, alle Materialien FDA-konform

Erschienen in Ausgabe: 02/2016