Vielseitige Tonmeister

Sensorik

Ultraschallsensoren - Die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten macht die Ultraschallsensorik zu einem der interessantesten Mess- und Detektionsverfahren in technischen Anwendungen.

12. Dezember 2012

Eines der vielseitigsten Messprinzipien in der Sensorik ist die Echo-Laufzeitmessung von Ultraschall-Impulsen, die auch in der Tierwelt zur Orientierung oder zur Kommunikation genutzt wird. So orientieren sich Fledermäuse auf der Suche nach Beute in der Dunkelheit mittels Ultraschallimpulsen, oder Delphine stoßen Klicklaute mit Ultraschallfrequenzen von 120 bis 180 Kilohertz aus, um Fischschwärme und Objekte unter Wasser zu orten oder ihren Weg zu finden. Auch Mäuse und Ratten kommunizieren mit Hilfe von Lauten im Ultraschallbereich. Ebenso zahlreich sind die Einsatzgebiete für Ultraschall in technischen Sensoren, die der Mensch heute in Medizin, Industrie, Forschung, Vermessung, Navigation und im Alltag anwendet.

Ultraschallsensoren messen zuverlässig, präzise und berührungslos die Abstände zu den unterschiedlichsten Objekten, dabei ist auch die Unterscheidung mehrerer Ziele im Messfeld möglich. Angewendet werden können diese abstandsmessenden Sensoren zum Erkennen, Zählen und Erfassen von Objekten, zum Beispiel für Füllstandsmessungen an Flüssigkeiten oder festen Stoffen, zur Anwesenheitskontrolle, zum Zählen von Objekten auf einem Förderband oder auch als Rampenanfahr- und Einparkhilfe in der Kraftfahrzeugtechnik.

Unempfindlich und präzise

Die entscheidenden Argumente für den Einsatz von Ultraschall in der Sensortechnologie sind dabei meist dessen Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung sowie der große nutzbare Messbereich, der bei vergleichsweise geringer Sensorgröße von wenigen Millimetern bis zu 10 Metern reicht. Dazu kommen als die wesentlichen Merkmale der Ultraschallsensorik ihre große Flexibilität und die Vielfalt der möglichen Betriebsarten. Ultraschallsensoren sind deshalb nicht nur für einzelne Spezialanwendungen prädestiniert, sondern eignen sich zum Einsatz in vielen Anwendungsbereichen, vom einfachen Näherungsschalter über den Fensterbetrieb bis zur Zweiweg- oder Reflexions-Ultraschall-Schranke oder zur analogen Distanzmessung. Ein aktueller Trend ist es deshalb, Ultraschallsensoren immer häufiger auch in Standardanwendungen einzusetzen.

Der Dortmunder Sensorikspezialist Microsonic ist seit seiner Gründung 1990 von der Vielfalt der praktischen Anwendungsmöglichkeiten des Ultraschalls fasziniert und arbeitet kontinuierlich daran, bisherige Leistungsgrenzen von Ultraschallsensoren durch neue Entwicklungen zu überwinden. Inzwischen gilt Microsonic deshalb weltweit als ein Spezialist der Ultraschall-Sensorik für Anwendungen in der industriellen Automatisierungstechnik und an Nutzfahrzeugen. Neben Ultraschallsensoren für Standardanwendungen wie beispielsweise Ultraschall-Näherungsschalter mit Schaltfrequenzen bis zu 250 Hertz entwickelt und fertigt das Unternehmen auch zahlreiche Spezialsensoren, die häufig zum Patent angemeldet sind. Zum Einsatz kommen diese Sensoren unter anderem in der Druckindustrie.

So entwickelte Microsonic zum Beispiel im Jahre 1999 insbesondere für den Einsatz an Bogendruckmaschinen die erste Ultraschall-Doppelbogenkontrolle (dbk+), die zwei oder mehr übereinander liegende Blätter oder Bögen erkennt und gänzlich ohne Kalibrierung auskommt. Dazu kommen Spezialsensoren wie die Bahnkantensensoren der Serie bks+ oder die Etiketten- und Spleißsensoren der Baureihe esf, die dank spezieller Teach-in-Methoden auch kritische Etiketten und Spleiße bei hohen Transportgeschwindigkeiten erkennen können. Seitdem hat sich das Einsatzgebiet der Ultraschallsensorik weit über das der Druckmaschinen hinaus verbreitert.

Vielseitige Einssatzfelder

Für die unterschiedlichsten Branchen entwickeln die Dortmunder zudem auch maßgeschneiderte individuelle Sensorlösungen für die jeweilige Aufgabenstellung. Im Vordergrund steht für das Unternehmen dabei immer die Benutzerfreundlichkeit der Sensoren. So entwickelte Microsonic 2004 den weltweit ersten Ultraschallsensor mit numerischer Digitalanzeige, die zum Beispiel die Messwerte signalisiert und das Einstellen des Sensors erleichtert. Grundsätzlich erlauben die umfangreichen Parametriermöglichkeiten der Microsonic-Ultraschallsensoren die einfache Adaption an verschiedenste Applikationen. Unterstützung bietet dabei der zukunftssichere LinkControl-Adapter LCA-2.

Das umfangreiche Portfolio der Ultraschallspezialisten umfasst Sensoren in einer Vielzahl von Ausführungen, Bauformen und Größen und bietet damit für jede denkbare Applikation einen passenden Sensor. So besitzen die Sensoren je nach Bedarf einmal ein zylindrisches M18-Gehäuse wie die Baureihe pico+, einmal ein quaderförmiges Gehäuse wie die Sensoren der Serien lcs+ und zws oder sie sind chemiebeständig wie die Modelle crm+- und hps+ mit einem Gehäuse aus rostfreiem Edelstahl oder aus chemieresistentem Kunststoff PVDF sowie einem teflonbeschichteten Ultraschallwandler.

Ultraschallsensoren von Microsonic bedienen alle gängigen Schnittstellen zur entsprechenden Maschine oder Anlage, darunter die Schnittstelle IO-Link, die es ermöglicht, Messwerte in Echtzeit zu übertragen und Prozess- wie Servicedaten lückenlos und bidirektional zwischen Systemsteuerung und Sensor auszutauschen. Auf diese Weise vereinfachen die Sensoren die Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung von Maschinen oder Anlagen und verbessern zugleich deren Leistung und Verfügbarkeit. Zugleich erschließen die innovativen Neuentwicklungen sowie die immer kleiner und leistungsfähiger werdenden Sensoren mit hohen Schaltfrequenzen immer wieder neue Anwendungsbereiche.

Historische Entwicklung

Der früheste Einsatz von Schall in der Technik geschah im Ersten Weltkrieg, als der Franzose Paul Langevin ein Verfahren zum Orten von U-Booten entwickelte. In den 1920er-Jahren entwickelten der Russe Sergej Jakowlewitsch Sokolow und der USAmerikaner Floyd A. Firestone ein Ultraschallverfahren, um Materialfehler in Werkstoffen aufzudecken; die erste medizinische Anwendung des Ultraschalls erfolgte 1942 durch den Neurologen Karl Dussik. In der Fertigungsautomatisierung kommen Ultraschallsensoren seit etwa drei Jahrzehnten zum Einsatz.

Erschienen in Ausgabe: Industrie Handbuch/2013