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Ultraschallsensor Ultraschallsensor im Hygienic Design mit trickreicher Verschraubung

| Redakteur: Jan Vollmuth

Die neuen Ultraschallsensoren der PMS-Familie von Microsonic entsprechen in Kombination mit der verdrehsicheren Kabelverschraubung Skintop Hygienic von Lapp den strengen EHEDG-Hygienerichtlinien.

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Der Ultraschallsensor PMS reguliert den Volumenstrom von Verschlusskappen.
Der Ultraschallsensor PMS reguliert den Volumenstrom von Verschlusskappen.
(Bild: Microsonic )

Ein Sensor für viele Aufgaben: In der Pharmaindustrie müssen Ampullen oder Flaschen gezählt und positioniert, auf Förderbändern der Volumenstrom kontrolliert ebenso auch flüssige, viskose oder feststoffhaltige Pharmazeutikum auf korrekten Füllstand bzw. das Füllgut auf Vollständigkeit geprüft werden – zahlreiche Arbeitsvorgänge, für die Ultraschallsensoren bestens geeignet sind, da sie Objekte unabhängig von deren Farbe und Transparenz erkennen können.

Ultraschallsensoren arbeiten nach dem Fledermaus-Prinzip: Sie senden zyklisch einen kurzen Schallimpuls aus und messen die Zeit bis zum Eintreffen eines Echosignals. Unter Berücksichtigung der bekannten Schallgeschwindigkeit in Luft kann mithilfe der gemessenen Zeit zwischen Aussenden des Schallimpulses und dem Empfang des Echosignals die Entfernung zu einem Objekt oder eine Füllhöhe berechnet werden. Bei Schallimpulsen jenseits von 20 kHz spricht man von Ultraschall. Ultraschall ist für Menschen unhörbar.

Ultraschallsensoren sind robust und vielseitig

Der Edelstahlsensor PMS mit Skintop-Hygienic-Kabelverschraubung wurde für sein außergewöhnliches Design mit dem iF Design Award 2018 ausgezeichnet.
Der Edelstahlsensor PMS mit Skintop-Hygienic-Kabelverschraubung wurde für sein außergewöhnliches Design mit dem iF Design Award 2018 ausgezeichnet.
(Bild: Microsonic )

Ultraschallsensoren sind prädestiniert für Anwesenheitskontrolle und Füllstandsmessung selbst unter extremen Umgebungsbedingungen. Aufgrund der hohen hygienischen Anforderungen der Pharma- und Lebensmittelindustrie an die eingesetzten Maschinen und ihre technischen Komponenten, sind Standard-Ultraschallsensoren allerdings nur bedingt für den Einsatz im produktberührenden Bereich geeignet. Diese Lücke sollen nun die neuen Ultraschallsensoren PMS von Microsonic schließen, die nach den EHEDG-Richtlinien und aus FDA-geprüften Materialen konstruiert sind.

Die neuen Sensoren fallen durch die ungewöhnliche Form ihres Edelstahlgehäuses aus 1.4404 auf. Dank dieser Geometrie ist keine Fläche eines PMS-Sensors horizontal ausgerichtet, unabhängig von der jeweiligen Einbaulage. Dies stellt sicher, dass Reinigungs- und Desinfektionsflüssigkeiten immer abfließen können. Selbst bei einer Füllstandsmessung, bei der der Sensor senkrecht in einem Gefäß nach unten misst, weist die Gehäuserückseite eine Schräge ≥ 3° auf, so dass etwaige Reinigungsflüssigkeiten sicher abfließen können.

Sensorgehäuse ohne Fugen oder Kanten

Das glatte Sensorgehäuse weißt keine Fugen oder Kanten auf, in die sich Lebensmittelrückstände oder Bakterien festsetzen könnten; der Edelstahl hat eine Rautiefe von Ra < 0,8 µm. Der Ultraschallwandler selbst ist durch eine PTFE-Folie geschützt und weist so chemisch-aggressive Reinigungs- und Desinfektionsmittel ab. Der PMS besitzt eine hohe Beständigkeit und ist Ecolab zertifiziert. Mit vier verschiedenen Tastweiten decken die neuen PMS-Ultraschallsensoren einen breiten Messbereich von 20 mm bis 1,3 m ab. Die Sensoren sind mit einem Push-Pull-Schaltausgang und IO-Link in der Version 1.1 oder mit Analogausgang von 0 bis 10 V bzw. 4 bis 20 mA verfügbar. Für die kontinuierliche Volumenstromregulierung wird der pms-25/CU/A1 mit Spannungsausgang eingesetzt.

Der Ultraschallsensor PMS reguliert den Volumenstrom von Verschlusskappen.
Der Ultraschallsensor PMS reguliert den Volumenstrom von Verschlusskappen.
(Bild: Microsonic )

Ein Beispiel für Anwendung eines PMS-Ultraschallsensors: In der Zuführung von Verschlusskappen oder Eindrückverschlüssen in einer Dosierstation für flüssige oder pulverartige Produkte misst der kontinuierlich den Volumenstrom der Kappen bzw. Verschlüsse und übergibt diese Werte an die Steuerung. Misst der analoge Hygienie-Sensor eine zu niedrige Füllmenge an Kappen auf dem Rütteltisch, wird die Zuführung und damit die Anzahl an Kappen erhöht; werden hingegen zu viele Verschlüsse gemessen, reduziert die Steuerung den Volumenstrom für einen gleichmäßigen Verpackungsprozess.

Fest verschraubt ist halb gewonnen

Bei einem hygienegerechten Sensordesign ist die Montage des Sensors an Verpackungs- oder Verarbeitungsmaschinen elementarer Bestandteil der EHEDG-Richtlinien (European Hygienic Engineering and Design Group). Neuralgischer Punkt der Kombination aus Sensor und Verschraubung: die Verdrehfestigkeit. Denn der Sensor muss nach seiner einfachen Montage fest fixiert sein und darf sich bei Wartungsarbeiten oder automatischen Reinigungsvorgängen in seiner Befestigung sprich der Kabelverschraubung nicht verdrehen.

Auf der Suche nach einer hygienegerechten und einfachen Sensormontage für die neuen PMS-Produkte wurde Microsonic bei der Firma Lapp und deren Skintop-Kabelverschraubung fündig – genauer gesagt bei Skintop Hygienic.

Skintop-Kabelverschraubungen verhindern Verdrehen aufgrund ihrer speziellen Konstruktion sowie der Geometrie der Einzelteile und deren Materialwahl. Wie bei herkömmlichen Kabelverschraubungen auch verwendet Lapp ebenfalls eine Elastomer-Dichtung, achtet allerdings bereits in der Entwicklungsphase darauf, alle zu installierenden Materialien für Kabel, Leitungen, Rohre bestmöglich zu fixieren und abzudichten. Zudem besitzt Lapp einiges Know-how in Bezug auf geeignete Designs, Shore-Härten, Materialverdrängung und die resultierend erreichbare Haltekraft. Bei Skintop Hygienic ist die Elastomer-Dichtung zum Kabel länger, beim Zudrehen der Mutter wird zusätzlich Volumen entlang der Innenseite der Hutmutter verdrängt. Die Haltkraft ist höher, verhindert das Verdrehen und schließt mögliche Toträume zwischen Edelstahlrohr oder Kabel zuverlässig.

Sicher gegen Verdrehen

Die Dichtungen der Skintop-Hygienic-Kabelverschraubung sollen nicht nur das Verdrehen und das Eindringen von Flüssigkeiten verhindern, sondern auch elektrische Anschlussleitungen sicher aus der Applikation abführen.
Die Dichtungen der Skintop-Hygienic-Kabelverschraubung sollen nicht nur das Verdrehen und das Eindringen von Flüssigkeiten verhindern, sondern auch elektrische Anschlussleitungen sicher aus der Applikation abführen.
(Bild: Lapp )

Damit dies funktioniert, haben sich die Lapp-Ingenieure eine trickreiche Konstruktion einfallen lassen: Unter der Hutmutter verbirgt sich Skintop-typisch ein Kunststoffkorb mit biegsamen Lamellen. Die Hutmutter ist innen bis zum optimalen Wirkungsgrad abgeschrägt. Die Mutter drückt beim Zuschrauben die Lamellen nach unten und innen, wo sie auf den Dichtring drücken. Dies sorgt für eine gelenkte Materialverdrängung, hohe Haltekräfte und verhindert das Herausziehen des Kabels bzw. Sensors. Damit sich der glatte Kunststoff des Lamellenkorbs nicht im Edelstahlgehäuse verdreht, gibt es im Edelstahlsockel kleine Vertiefungen, in die entsprechende Zapfen des Lamellenkorbs greifen. So verdrehen sich weder Korb noch Kabel oder Sensor.

Anforderungen nach IP68 und IP69 erfüllt

Die Dichtungen der Skintop-Hygienic-Kabelverschraubung sollen nicht nur das Verdrehen und das Eindringen von Flüssigkeiten verhindern, sondern auch elektrische Anschlussleitungen sicher aus der Applikation abführen. Skintop Hygienic ist nach IP69 dicht gegen Wasser und Partikel und besteht auch die Anforderungen nach IP68, wobei Kabel und Verschraubung in Wasser untergetaucht und unter 10 bar Druck gesetzt werden, was einer Wassertiefe von 100 Metern entspricht.

Die Kabelverschraubung bietet keinerlei Angriffspunkte für Schmutz und Keime. Die Gleitdichtung unter der Hutmutter verschließt zuverlässig potentielle Toträume. Seitens des Designs sind statt eines Sechskants am Stutzen und Hutmutter nur jeweils zwei abgeflachte Seiten, an denen der Schlüssel ansetzt wird. Der Sensor kann so sehr einfach fixiert werden. (jv)

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