Kühl, klein, kommunikativ

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Ultraschall – Die neuen kompakten Ultraschallsensoren der Serie UC-F77 mit I/O-Link von Pepperl + Fuchs wurden auf geringstmögliche Abwärme optimiert. Das verlängert die Lebensdauer.

10. April 2018

Schallwellen werden von praktisch jedem Objekt reflektiert. Form, Farbe, Konturen oder Material spielen dabei ebenso wenig eine Rolle wie spiegelnde und transparente Oberflächen, Staub oder Dämpfe. Das Herzstück des Ultraschallsensors ist die dem Prozess zugewandte schallerzeugende und -empfangende Membran. Wegen ihrer ständigen Vibration ist sie grundsätzlich resistent gegen Schmutz und Ablagerungen. Ihre Schallkeule – der Sende- und Empfangsbereich – erfasst nicht nur einen einzelnen Punkt, sondern einen größeren, parametrierbaren Bereich. Damit detektiert das Gerät auch unregelmäßige Oberflächen zuverlässig. Selbst Löcher oder Ausbrüche beeinflussen das Messergebnis nicht.

Die Geräte der neuen Serie UC-F77 von Pepperl + Fuchs ergänzen diese prinzipiellen Stärken des Ultraschalls durch eine Reihe von produktspezifischen Eigenschaften, die bei Lebensdauer, Handhabung, Einbaumöglichkeiten und Leistungsfähigkeit zusätzliche Vorteile schaffen. Mit einem patentierten Pulsverfahren erreichen sie im Verhältnis zur Reichweite bis 800 Millimetern die laut Hersteller kürzeste Blindzone der auf dem Markt verfügbaren Geräte.

Damit fällt der Messbereich besonders groß aus, sodass derselbe Sensortyp ganz unterschiedliche Detektionsaufgaben lösen kann. So lässt sich bei größeren Anlagen mit verschiedenen Detektionsaufgaben die Vielfalt der eingesetzten Messgeräte reduzieren.

Der Sensor baut mit nur 31 Millimetern Höhe und zwölf Millimetern Breite sehr kompakt. Die Abmessungen entsprechen einer Standardbauform, die die Integration in bestehende Anlagen zusätzlich erleichtert. Für die mechanische Befestigung stehen eine Reihe von Optionen bereit. Dazu gehört auch eine »Sidelooker«-Version mit einem um 90 Grad versetzten Messbereich.

Das Problem der betriebsbedingten Erhitzung wird meist kaum beachtet, spielt bei kompakten Geräten aber eine große Rolle. Hier verteilt sich die Abwärme der Elektronik auf kleine Massen, dementsprechend steigt die Temperatur. Mit der Eigenerwärmung steigt aber auch die thermische Belastung der elektronischen Bauteile und zugleich sinkt ihre Lebensdauer.

Bei der Entwicklung des UC-F77 wurden die elektronischen Bauteile deshalb so ausgelegt, dass sie möglichst wenig Abwärme produzieren. Dank dieser optimierten Verlustleistung verlängert sich die Haltbarkeit der Elektronik und der Sensor kann auch bei hohen Umgebungstemperaturen bedenkenlos eingesetzt werden.

Die Parametrierung des Geräts lässt sich mit Pactware an einem Rechner oder über die Bedientaste direkt am Gerät sehr einfach durchführen. Dabei kann man die Form der Schallkeule präzise auf die Anwendung abstimmen und Störziele ohne großen Aufwand ausblenden. Als einziger Sensor dieser Baugröße verfügt der UC-F77 über die Möglichkeit der sensorautarken Synchronisation. Die Ultraschallpulse von bis zu zehn Sensoren lassen sich ohne Eingriff von außen aufeinander abstimmen. Sie können deshalb auf engem Raum nebeneinander ihre Aufgaben verrichten. Ebenfalls neu für dieses Format ist die IO-Link-Schnittstelle. Mit ihr wird die Anbindung an vernetzte Anwendungen in Sinne der Industrie 4.0 möglich. Außerdem lassen sich damit wertvolle Diagnosedaten beispielsweise für die vorausschauende Wartung erschließen.

Zuverlässig im Einsatz

Die Stärke von Komponenten erschließt sich aber am besten in der Anwendung. Konkret zeigt sich das bei den neuen Ultraschallsensoren etwa in der Hubhöhenerkennung bei Hubwagen. Die Position des Gabelzinkens ist dabei eine wichtige Information für automatisierte Lösungen in der Intralogistik. Auch in Sicherheitsschaltungen sind sie wichtig, wenn etwa die Höchstgeschwindigkeit beim Fahren mit angehobenen Paletten angepasst werden muss. Ein Sensor wird zum Beispiel direkt in den Gabelzinken eingebaut und detektiert die Höhe der Gabel über dem Boden. Ein zweiter Ultraschallsensor kann erkennen, ob eine Palette geladen ist. Weitere Sensoren wie Barcode-Lesegeräte können verifizieren, ob die richtige Palette angehoben wurde. Bei Weitergabe der Daten an ein Steuersystem kann die empfangende Station die Folgeaktion frühzeitig vorbereiten.

In Bestückungsmaschinen weisen Leiterplatten spiegelnde und lichtschluckende Oberflächen sowie Löcher und Ausbrüche auf. Optische Sensoren stoßen da an physikalische Grenzen, während Ultraschallimpulse damit kein Problem haben. Die relativ breite Schallkeule toleriert auch optisch schwierige Oberflächen und unregelmäßige Konturen. Die kompakte Bauform des UC-F77 fügt sich in den oft begrenzten Bauraum, er findet auch unter kleinen Förderbändern Platz, sein Messbereich lässt sich auf die enge Montagesituation abstimmen. Im Tief- oder Digitaldruck werden die Tintenfarben in kleinen Tanks in der Druckmaschine vorgehalten, die häufig direkt nebeneinander angeordnet sind. Die Druckwalze darf nicht trockenlaufen, die Behälter müssen also immer rechtzeitig aufgefüllt werden. Für die Füllstandmessung steht dem Sensor in Spezialdruckmaschinen oft nur eine Fläche von wenigen Quadratzentimetern zur Verfügung; die Füllhöhe beträgt dann häufig nur zehn Millimeter.

Das Füllniveau muss unabhängig von der Tintenfarbe und auch bei einer spiegelnden Oberfläche exakt bestimmt werden. Die kompakten Sensoren der Serie UC-F77 erledigen das direkt in den Tinteneinheiten. Die Schallkeule wird an die kleine Oberfläche der Flüssigkeit angepasst. Die sensorautarke Synchronisation verhindert die gegenseitige Beeinflussung der Sensoren.

Bei Verpackungsmaschinen wird das in seiner Beschaffenheit vielfältige Verbrauchsmaterial meist als Rollenware zugeführt. Bei der Verpackung von Pralinen etwa werden Verpackungselemente wie transparente Folie, dunkles Pergament oder glänzende Klebetiketten disponiert. Während die Maschine die Rollen abwickelt, schrumpfen die Rollendurchmesser. Pro Rolle überwacht ein Sensor diesen Vorgang. Ein weiteres Gerät löst bei einem Bandriss die Abschaltung aus. In beiden Fällen kann der UC-F77 die präzise farb- und oberflächenunabhängige Erfassung übernehmen. Seine Schallkeule lässt sich auch an sehr schmale Rollen anpassen. Einen Riss erkennt er selbst bei minimalem Abstand und schwierigen Materialien. mk

Auf einen Blick

Ultraschallsensor UC-F77

• Kommunikation bis in die Sensorebene mit IO-Link, ein Sensortyp für viele Applikationen.

• Höchste Detektionssicherheit durch sensorautarke Synchronisation, sowie Störzielausblendung.

• Einfache Integration, bequeme Inbetriebnahme.

• Kompaktes, platzsparendes Gehäusedesign.

• Große Reichweite, kleiner Blindbereich.

• Intuitives Bedienkonzept zur Programmierung direkt am Gerät oder mit der Parametriersoftware Pactware.

Erschienen in Ausgabe: 03/2018