Prozessüberwachung in der Lebensmittel- oder Verpackungsindustrie

Sensoren steuern Materialfluss durch zunehmend automatisierte Fertigungsprozesse

  • Abb.1: In den Abfüllanlagen der Lebensmittelindustrie werden die Anwesenheit und die Füllstände von Behältern und Flaschen permanent überwacht. © iStock.com/ALesik Abb.1: In den Abfüllanlagen der Lebensmittelindustrie werden die Anwesenheit und die Füllstände von Behältern und Flaschen permanent überwacht. © iStock.com/ALesik
  • Abb.1: In den Abfüllanlagen der Lebensmittelindustrie werden die Anwesenheit und die Füllstände von Behältern und Flaschen permanent überwacht. © iStock.com/ALesik
  • Abb.2: Die M30-Gewindehülse der Crm+ Ultraschallsensoren besteht aus rostfreiem Edelstahl und seine Membran ist durch eine PEEK-Folie geschützt.

Sensoren messen, detektieren – und regeln so den Materialfluss in der Produktion. Dabei sollten sie auch rauen Umgebungsbedingungen wie Staub oder Temperaturschwankungen standhalten können. Eine Möglichkeit sind Ultraschallsensoren, die in Logistik und Produktion zahlreiche Arbeitsvorgänge überwachen.

Ultraschallsensoren detektieren nahezu alle Materialien – unabhängig von ihrer Farbe. Auch glasklare Materialien oder transparente Objekte werden erkannt. Die Sensoren messen kontakt- und berührungslos in staubiger Luft genauso wie durch Farbnebel hindurch. Dünne Ablagerungen und Verschmutzungen auf der Wandlermembran beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. Standard-Messprinzip für einen Ultraschallsensor ist die Echo-Laufzeitmessung. Der Sensor strahlt zyklisch einen hochfrequenten Schallimpuls aus, der sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Luft fortpflanzt. Wenn er auf ein Objekt trifft, wird er reflektiert und das Echo kehrt zum Sensor zurück. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schalls und dem Empfang des Echos errechnet der Ultraschallsensor die Entfernung zum Objekt. In Logistik und Produktion überwachen Ultraschallsensoren zahlreiche Arbeitsvorgänge. Eingesetzt werden sie unter anderem in Anwesenheitskontrollen, Entfernungs- und Abstandsmessungen, bei der Füllstandsmessung und -überwachung sowie bei der Höhen- und Konturenerfassung in der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie.

Sensoren in der Abfüllanlagen der Lebensmittelindustrie

Zeit ist Geld und jeder Stillstand kostet. Deshalb werden in den Abfüllanlagen der Lebensmittelindustrie Anwesenheit und Füllstände von Behältern oder Flaschen kontinuierlich überwacht, um Überfüllung oder Leerstand zu vermeiden. Bei der Abfüllung von Joghurt beispielsweise prüfen Ultraschallsensoren vor der Befüllung, ob Joghurtbecher oder -gläser vorhanden sind. Da dafür meist mehrere Sensoren benötigt werden, sind die Sensoren untereinander synchronisiert, um eine gegenseitige Beeinflussung zu vermeiden. Bei der anschließenden Befüllung der Behältnisse geben Crm+ Sensoren kontinuierlich die Füllhöhe an oder melden, ob der Becher voll ist. Für die Messung des Füllstands von Produktionsstoffen beziehungsweise -hilfsmitteln aller Art haben sich die chemiebeständigen Crm+ Ultraschallsensoren von Microsonic bewährt.

Die M30-Gewindehülse des Sensors besteht aus rostfreiem Edelstahl und seine Membran ist durch eine PEEK-Folie geschützt, sodass weder die abschließende Reinigung der Abfüllanlage, Milchsäurebakterien noch ausgehärtete Verschmutzungen den Sensor schaden können.

Kalibrierung außerhalb des eigentlichen Prozesses möglich

In der Industrie werden auch bereits verpackte Produkte für den Transport in einer sekundären, zusätzlichen Verpackung verpackt. Um hier einen sicheren Logistikprozess zu gewährleisten, wird die Position der Kartonagen, deren Höhe und Breite sowie ihre Füllhöhe auf den Förderbändern von Sensoren überwacht und gesteuert. Da Produkte wie Nahrungsmittel häufig in transparenten, schwarzen oder metallisierten Folien verpackt werden, eignen sich Ultraschallsensoren wie der Mic+ von Microsonic dazu, diesen Materialfluss zu kontrollieren und sicherzustellen. Sein Digital-Display gibt Messwerte direkt aus und unterstützt die einfache Einstellung des Sensors: Schaltpunkte, Fenstergrenzen beim Fensterbetrieb oder steigende/fallende Analogkennlinie können mit Hilfe der Digitalanzeige numerisch voreingestellt werden, ohne dass sich das abzutastende Objekt im Erfassungsbereich befinden muss. So ist es möglich, den Sensor außerhalb der eigentlichen Anwendung komplett voreinzustellen und anschließend am Einsatzort zu montieren.

Zuverlässige Messung auch bei hoher Staubentwicklung

Gerade für das sichere Erkennen und schnelle Zählen bei der Prozessüberwachung in der Lebensmittel- oder Verpackungsindustrie ist eine kurze Reaktionszeit der Sensoren gefragt. Der Zws-7 von Microsonic löst diese Aufgabe mit einer hohen Schaltfrequenz von 250 Hz. Der Ansprechverzug beträgt weniger als drei Millisekunden. Durch diese Voraussetzungen können Objekte mit einer hohen Zählfrequenz sowie schmalen Lücken zwischen zwei Objekten bei hoher Maschinengeschwindigkeit erfasst werden. Häufig müssen auch Glas- oder Plastikflaschen erkannt werden, die aufgrund von Material und Transparenz kapazitive und optische Sensoren vor ein Problem stellen – Ultraschallsensoren hingegen nicht. Die kleine, quaderförmige Gehäusebauform des Zws ist kompatibel zu vielen optischen Sensoren und erleichtert den Umstieg auf den Ultraschallsensor gerade bei kritischen Anwendungen. Mit einer Reichweite von bis zu acht Metern erschließen die quaderförmigen lcs+ Ultraschallsensoren des Unternehmens weite Einsatzmöglichkeiten zur Messung von Füllständen sowie Entfernungen und Abständen in Industrie und Landwirtschaft, auch für Außenanwendungen. So werden mit dem lcs+600 trotz hoher Staubentwicklung z. B. Füllstände in Kiessilos mit einer Auflösung von 0,18 mm erfasst. Körner, die beim Befüllen durch Silo oder Tank fliegen und die Messung stören könnten, werden mit Hilfe spezieller Filter ausgeblendet, sodass der Ultraschallsensor nur den tatsächlichen Füllstand anzeigt. Auch Ablagerungen auf der Sensormembran beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht, und die Temperaturkompensation sorgt für genaues Messen bei Temperaturschwankungen. Sollen mehrere lcs+ Ultraschallsensoren betrieben werden, können die Sensoren untereinander synchronisiert werden.

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