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Sensorik Alles messen,was Schall reflektiert

| Autor: Jan Vollmuth

Warum die robusten Ultraschallsensoren aus der Druckbranche nicht wegzudenken sind, erklärt Johannes Schulte, Geschäftsführer des Spezialisten für Ultraschallsensoren Microsonic.

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Bei den Ultraschallsensoren Pico+TF entwickelt ist die aktive Sensorfläche mit Teflon vor sehr aggressiven Chemikalien geschützt.
Bei den Ultraschallsensoren Pico+TF entwickelt ist die aktive Sensorfläche mit Teflon vor sehr aggressiven Chemikalien geschützt.
(Bild: Microsonic)

Microsonic hat sich auf Ultraschallsensoren spezialisiert und ist bei kundenspezifischen Entwicklungen stark. Ein besonders erfolgreiches Beispiel dafür ist eine Entwicklung für die Druckbranche. Worum handelt es sich dabei?

Mit unserer Innovation der Ultraschall-Doppelbogenkontrolle haben wir seinerzeit den Zugang zur Druckindustrie erhalten. Ende der Neunzigerjahre wurden zur Doppelbogenerkennung optische Systeme oder mechanische Lösungen eingesetzt. Beide Varianten haben den Nachteil, dass diese jedes Mal auf den Materialbogen eingestellt werden mussten. Eine Doppelbogenerkennung kennt jeder von seinem Drucker im Büro oder Zuhause. Zieht der Drucker zwei Bogen Papier auf einmal ein, kommt es zu einem Papierstau. An einer Bogendruckmaschine kann dieser Vorgang gefährlich sein, da die Bedruckstoffe auch einen Teil der Maschine beschädigen können.

Die Ultraschall-Doppelbogenkontrolle besteht aus einem Sender und einem Empfänger, die einander gegenüberliegen. Der extrem hochfrequente Ultraschallsender sendet von der unteren Seite gegen den abzutastenden Materialbogen. Das ausgesendete Signal regt dabei den Materialbogen zu Schwingungen an. Diese Schwingungen bewirken die Ausbreitung einer sehr kleinen Schallwelle auf der anderen Bogenseite. Bei übereinander liegenden Bogen (Doppelbogen) wird das Signal noch stärker abgeschwächt. Durch das Auswerten der Signale kann die Ultraschall-Doppelbogenkontrolle die Zustände „Einzelbogen“, „Doppelbogen“ und „Fehlbogen“ zuverlässig anzeigen und verhindert Störungen des Druckprozesses.

Kann man die Doppelbogenkontrolle auch in anderen Anwendungen einsetzen?

Mit der Doppelbogenkontrolle haben wir auch Aufgabenstellungen außerhalb der Druckindustrie lösen können. Beispiele hierfür sind die Überwachung von Wafern in der Solarzellenfertigung oder die Erkennung von übereinander liegenden Leiterplatten in der Leiterplattenfertigung. Eine besonders exotische Anwendung ist das Erkennen der eingelegten Dichtung in einer Verschlusskappe für Getränkeflaschen.

Welche Vorteile bieten Ultraschallsensoren?

Im Gegensatz zu optischen Sensoren, die ausschließlich lichtreflektierende und lichtundurchlässige Objekte erkennen oder induktiven Sensoren, die nur ferromagnetische Metallteile erkennen, überzeugen Ultraschallsensoren durch ihre Fähigkeit, Objekte aus (fast) allen Materialien und in jeder Farbe unabhängig von der optischen Reflektivität präzise und berührungslos zu erkennen. Sie können alle Arten von Objekten detektieren, die den Schall reflektieren. Ultraschallsensoren sind robust und unempfindlich gegen Schmutz, Papierstaub und Farbnebel. Andere Sensortechnologien wie optische oder induktive Sensoren sind diesen harten Einsatzbedingungen wie in der Druckindustrie, Landtechnik oder Baustoffindustrie nicht gewachsen. Ultraschallsensoren messen unabhängig von Umgebungsbedingungen in staubiger Luft genauso zuverlässig wie durch Farbnebel hindurch. Auch dünne Ablagerungen auf der Sensormembran etwa durch Papierstaub und Verschmutzungen beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. Bei anspruchsvollen Verpackungen ist die Druckveredelung heutzutage der entscheidende Faktor. Dazu werden etwa transparente Hochglanzlacke oder metallisierte Farben beim Verpackungsdesign eingesetzt. Für die Erfassung dieser Materialien eignen sich Ultraschallsensoren hervorragend.

Kommen weitere Ultraschallsensoren in der Druckbranche zum Einsatz?

Unsere Ultraschallsensoren begleiten den gesamten Druckprozess einer Bogendruckmaschine. Das fängt mit der Ausrichtung des Papierstapels am Anleger der Druckmaschine an. Der Ultraschallsensor erfasst hierzu die seitliche Position unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit des Papierstapels. Bevor der Materialbogen in das erste Druckwerk einläuft, wird dieser mithilfe der Doppelbogenkontrolle auf Einzelbogen geprüft. Ferner wird in jedem Druckwerk der Füllstand der Druckerfarbe und der Füllstand des so genannten Feuchtmittels überwacht.

Hat die Druckmaschine eine Bogenwendeeinrichtung, in der der Bogen einmal umgedreht wird, damit die Rückseite ebenfalls bedruckt werden kann, überwacht ein Ultraschallsensor die Flugbahn des Bogens. Dies verhindert, dass die frisch gedruckte Seite des Bogens mit Leitblechen in Berührung kommt. Auch in den Lackierwerken für die Veredelung des Druckerzeugnisses werden Ultraschallsensoren für die Füllstandsmessung eingesetzt. Schlussendlich überwacht eine Ultraschall-Schranke am Ende des Druckprozesses, dass der gerade bedruckte Materialbogen auf dem Papierstapel abgelegt wird.

Auch bei Rollenoffsetmaschinen kommen Ultraschallsensoren zum Einsatz. Wenn das Material von der Rolle verarbeitet wird, lässt sich der Wickeldurchmesser der Papierrolle mit einem Ultraschallsensor mit Analogausgang sehr kostengünstig überwachen. Unsere Bahnkantensensoren BKS+ erfassen die Kantenlage der Papier- oder Kunststoffbahn und regeln die Bahnführung in den papierverarbeitenden Maschinen nach. Mithilfe unserer Spleißsensoren detektieren wir einen Spleiß in der Papierbahn und das mit einer Reaktionszeiten unter 350 µs.

Wo sehen Sie aktuelle Trends?

Außerhalb der klassischen Druckindustrie werden heute Tintenstrahldrucker eingesetzt. Beispielsweise werden Fliesen mit dieser Technik bedruckt und anschließend gebrannt. Damit ist es sogar möglich, individualisierte Bilder auf Fliesen aufzubringen. Die dort eingesetzten Tinten sind sehr aggressiv und benötigen Ultraschallsensoren, die entsprechend chemieresistent sind. Für diese Einsatzfälle haben wir die spezielle Ultraschallsensoren Pico+TF entwickelt, bei denen die aktive Sensorfläche mit Teflon geschützt ist.

Herr Schulte, vielen Dank für das Gespräch.

(jv)

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Über den Autor

 Jan Vollmuth

Jan Vollmuth

Redakteur, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht