Ultraschallsensoren - nicht mehr weg zu denken aus Papier-, Druck- und Verpackungsindustrie

microsonic GmbH: microsonic GmbH: Ultraschallsensoren haben in der Automatisierungstechnik neue Maßstäbe gesetzt. Insbesondere in der Papier-, Druck- und Verpackungsindustrie sind sie unverzichtbar geworden. Hier kommen häufig Materialien zum Einsatz, deren Beschaffenheit andere Sensortechnologien, wie z.B. optische oder induktive Sensoren, schnell an ihre Grenzen stoßen lässt. Ultraschallsensoren dagegen messen in staubiger Luft genauso wie durch Farbnebel hindurch. Auch dünne Ablagerungen auf der Sensormembran, z.B. durch Papierstaub, beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. In den verschiedensten Anwendungen überzeugen die robusten Sensoren besonders durch die Möglichkeit des kontakt- und berührungslosen Messens, sowie durch ihre Fähigkeit, Objekte unterschiedlichster Materialien und Farben präzise zu erkennen.

Das Ultraschall-Prinzip (Echo-Laufzeitmessung):
Der Ultraschallsensor strahlt zyklisch einen kurzen, hochfrequenten Schallimpuls aus. Dieser pflanzt sich mit Schallgeschwindigkeit in der Luft fort. Trifft er auf ein Objekt, wird er reflektiert und gelangt als Echo zurück zum Sensor. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schallimpulses und dem Empfang des Echosignals berechnet der Ultraschallsensor die Entfernung zum Objekt. Da die Entfernung zum Objekt hierbei über eine Schall-Laufzeitmessung und nicht über eine Intensitätsmessung bestimmt wird, haben Ultraschallsensoren eine ausgezeichnete Hintergrundausblendung. Nahezu alle Materialien, die den Schall reflektieren, werden detektiert. Ob es sich um Füllstandsmessungen in Farbwannen, eine Stapelhöhenerfassung oder die Bestimmung des Wickeldurchmessers transparenter oder hochreflektiver Bahnmaterialien handelt, die Näherungsschalter auf Ultraschallbasis lösen jede dieser spezifischen Anwendungen zuverlässig.

Darüber hinaus bietet die Ultraschallsensorik ein weiteres Funktionsprinzip, mit dem sich spezielle Messaufgaben lösen lassen, die sogenannte Amplitudenauswertung. Es kommt sowohl bei Ultraschall-Doppelbogenkontrollen, als auch bei Etiketten- und Spleißsensoren, sowie bei Ultraschall-Bahnkantensensoren zum Einsatz. Diese tragen allesamt dazu bei, Standzeiten zu verringern, Fehler im Verarbeitungsprozess zu vermeiden und Beschädigungen der Maschine durch ein frühzeitiges Signal zu verhindern.

Die Ultraschall-Amplitudenauswertung:
Bei diesem Funktionsprinzip sind Ultraschall-Sender und –Empfänger getrennt voneinander in gegenüberliegenden Gehäuseelementen untergebracht; der Sensor arbeitet im sogenannten Schankenbetrieb. Dabei strahlt der Sender einen hochfrequenten Schallimpuls aus, der von der Auswerteelektronik am Empfänger analysiert wird. Anhand des empfangenen Signalpegels lässt sich auf die Materialsituation schließen. Die Auswertelektronik setzt diese Information in ein entsprechendes Ausgangssignal um.

Bei der Ultraschall-Doppelbogenkontrolle
z.B. wird mit einem extrem hochfrequenten Ultraschall-Sender von der Unterseite gegen das abzutastende Material gestrahlt. Das ausgesendete Signal regt den Materialbogen zu Schwingungen an. Diese bewirken die Ausbreitung einer sehr kleinen Schallwelle auf der anderen Bogenseite. Bei übereinander liegenden Bogen (Doppelbogen) ist das Signal noch stärker abgeschwächt. Somit kann die Ultraschall-Doppelbogenkontrolle die Zustände „Einzelbogen“, „Doppelbogen“ und „Fehlbogen“ zuverlässig anzeigen und verhindert dadurch Störungen im Druck- oder Verpackungsprozess.

Im Jahr 1999 setzte ein namhafter Druckmaschinenhersteller erstmalig eine Ultraschall-Doppelbogenkontrolle - die dbk-4 von microsonic - in seinen Bogendruckmaschinen ein. Seitdem hat sich das Einsatzgebiet weit über das der Druckmaschinen verbreitert und die Doppelbogenerkennung mittels Ultraschall ist aus der Papier-, Druck- und Verpackungsindustrie nicht mehr weg zu denken. Die neue Generation, dbk+4 von microsonic, vereint mehrere Varianten des Vorgängermodels in nur einem Gerät: Es können 3 voreingestellte Arbeitsbereiche angewählt- und im laufenden Betrieb gewechselt werden. Eine LED signalisiert, ob der Anwender den richtigen Arbeitsbereich vorgewählt hat. Ein Trigger-Mode für Schuppenanleger ist ebenfalls enthalten. Die deutlich reduzierten Gehäuseabmessungen, sowie Varianten mit Winkelkopf, ausgelagerten Empfangswandlern oder kleinen M12-Köpfen optimieren die Integration in die Maschine.

Die Ultraschall-Etiketten- und Spleißsensoren
arbeiten nach dem gleichen Wirkprinzip wie die Doppelbogenkontrollen. Das Trägermaterial liefert einen anderen Signalpegel als das Etikett oder der Spleiß. Diesen Signalunterschied wertet der Sensor aus. Selbst bei sehr geringen Unterschieden zwischen Trägermaterial und Etikett bzw. Bahnmaterial und Spleiß kann der Sensor diesen mittels eines separaten Teach-in zuverlässig erkennen. Auch unzugänglicher Spleiß kann durch einfaches Einlernen des Bahnmaterials sicher erfasst werden.

Die Ultraschall-Bahnkantensensoren
sind als Gabelsensor aufgebaut und arbeiten ebenfalls als Einwegschranke. Ein in die Gabel eintauchendes Material deckt die Schallstrecke zwischen Sender und Empfänger ab und dämpft so das Empfangssignal. Die interne Elektronik wertet dieses aus und gibt ein vom Abdeckungsgrad abhängiges Analogsignal aus. Die Ultraschall-Bahnkantensensoren werden zur Bahnregelung an Papier-, Druck- und Verpackungsmaschinen eingesetzt, wo sie die Kanten von schallundurchlässigen Materialien wie z. B. Folien oder Papier sicher erfassen. Somit eignen sie sich ideal zur Bahnlauf-Regelung hochtransparenter Folien und lichtempfindlicher Materialien. Aber auch Materialien mit stark wechselnder Transparenz, wie sie in der Verpackungsindustrie heute vermehrt zum Einsatz kommen, oder Papierarten mit hoher Papierstaubbelastung lassen sich mit Ultraschall-Bahnkantensensoren einfach detektieren.

Damit jedoch nicht genug, auch in Zukunft darf die Branche auf weitere Innovationen des international anerkannten Ultraschall-Spezialisten mit Hauptsitz im Dortmunder-Technologiepark gespannt sein.