Hygienisch, vollgekapselt und millimetergenau

Sitzt der Deckel richtig auf dem Eimer? Bei der Abfüllung in Gebinde für Großküchen ist das eine entscheidende Frage, bevor das Produkt den hygienischen Bereich in Richtung Logistik verlässt. Ultraschallsensoren liefern die verlässliche Antwort darauf, unabhängig von Form, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des Deckels.

Eine neuartige, hygienische Edelstahl-Vollkapselung macht ihren Einsatz in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie uneingeschränkt möglich.  

CARSTEN HEIM

 

Großküchen beziehen Produkte wie Kartoffelsalat, Senf oder Honig oft in eimerförmigen Großgebinden. Nach der Abfüllung wird ein hermetisch schließender Deckel zum Schutz der Ware aufgepresst. Der korrekte Sitz des Deckels garantiert einerseits, dass sie während des Transports nicht aus dem Gebinde austritt und andererseits, dass sie in hygienisch einwandfreiem Zustand beim Verbraucher ankommt. Die Deckel können von unterschiedlichsten Farben, transparent, bedruckt oder mit spiegelnden Aufklebern versehen sein. Diese Voraussetzungen bereiten optischen Sensoren erhebliche Schwierigkeiten. Zudem messen diese punktuell und erkennen deshalb einen schiefsitzenden Deckel nicht in jedem Fall.

 

Ultraschallsensoren checken den Sitz des Deckels


Aus diesen Gründen werden für solche Anwendungen in der Regel Ultraschallsensoren verwendet. Sie erfassen das Objekt unabhängig von dessen optischen Eigenschaften: Der Sensor ist von oben mittig auf das Gebinde gerichtet und misst mittels der reflektierten Schallwellen den Abstand zu ihm. Der korrekt positionierte Deckel definiert die Sollgröße. Fehlt er, wird dies am vergrößerten Abstand – in diesem Fall zur Oberfläche des Produkts im Gebinde – festgestellt. Sind versehentlich mehrere Deckel aufgedrückt, wird ein kürzerer Abstand gemessen. Die sogenannte Schallkeule des Sensors erfasst dabei eine größere Fläche, innerhalb derer er den kürzesten Abstand erkennt. Somit werden auch schräg aufliegende Deckel sicher identifiziert. Der Durchmesser der Schallkeule am Messort lässt sich an die Anwendung anpassen. Alle nicht korrekt verschlossenen Gebinde können zuverlässig aussortiert werden.

 

Unempfindlich gegen Störeinflüsse


Allgemein lassen sich Ultraschallsensoren auch von unregelmäßigen Konturen oder Aussparungen nicht irritieren. Zudem hat das Auftreten von Staub und Dämpfen in der Applikationsumgebung nur unmaßgeblichen Einfluss auf die Ausbreitung der Schallwellen. Ihr Funktionsprinzip macht Ultraschallwandler gegen Feuchtigkeit, Spritzwasser und Anhaftungen unempfindlich. Die schallerzeugende Membran, die dem Prozess zugewandt ist, besteht bei herkömmlichen Geräten jedoch aus einem Verbund von Materialien und ist nicht uneingeschränkt gegen die gängigen Reinigungschemikalien resistent. Wenn man einen solchen Standardultraschallsensor einfach in einem Edelstahlgehäuse einbaut, verliert er deutlich an Leistungsfähigkeit: Seine Reichweite sinkt, der nicht nutzbare Blindbereich wird wesentlich größer.


Vollgekapselte Sensoren, eigentlich ideal für hygienische Anwendungen, wurden wegen dieser Einschränkungen bisher kaum angeboten. In der Pharma- und Lebensmittelindustrie findet man meist leicht modifizierte Standardsensoren, die allerdings mit zusätzlichem Aufwand gereinigt werden müssen. Auch ist ihre Lebenserwartung in einem solchen Umfeld meist deutlich verkürzt. Sensoren mit anderen Messprinzipien kommen als Alternative zwar prinzipiell in Frage, sie bieten aber nicht die Vorteile des Ultraschalls und können im Hinblick auf die Hygiene andere Probleme aufwerfen.
 

 
FDA- und EHEDG-konforme Vollkapselung


Um dieses Dilemma zu lösen, hat Pepperl+Fuchs ein Produktionsverfahren entwickelt, mit dem sich eine Edelstahlmembran durch Laserschweißen am Sensorgehäuse befestigen lässt. Dank dieser Methode sind die Ultraschallsensoren der neuen Baureihe UMB800 vollständig hygienisch verkapselt, ohne dass ihr Leistungsumfang dadurch eingeschränkt wäre. Mit ihrem kompakten Gehäuse (18 Millimeter Durchmesser, 55 Millimeter Länge) sind sie zudem weltweit die kleinsten Volledelstahl-Ultraschallsensoren auf dem Markt. Trotzdem verfügen sie über einen sehr großen Messbereich mit einer Blindzone von nur 70 Millimeter und einer Reichweite von 800 Millimeter.


Das Sensorgehäuse ist spaltfrei und hermetisch dicht. Es besteht vollständig aus V4A-Edelstahl und erreicht auf der gesamten Oberfläche die geringe Rautiefe von 0,8. Damit ist das mikrobielle Kontaminationsrisiko minimiert, die Anforderungen für hygienische Anwendungen sind voll erfüllt. Der Sensor widersteht einer Dampfstrahlbehandlung ebenso wie aggressiven Reinigungsmitteln. Seine ECOLAB-Zertifizierung und die Schutzarten IP68/IP69K stellen sicher, dass alle Reinigungsprozesse unverändert beibehalten werden können, wenn er in eine bestehende Anlage eingebaut wird.


Das Gerät wurde nach den Richtlinien der European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) konstruiert und zertifiziert. Die verwendeten Materialien entsprechen ausnahmslos den Vorgaben der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA). Seine Zertifikate umfassen auch die eigens entwickelte Montagehalterung, die ohne jede Hinterschneidung auskommt und nach außen gewölbte Dichtungen aufweist. Der Sensor widersteht zudem auch starken Temperaturschwankungen und kann dauerhaft bei bis zu 85 Grad Celsius arbeiten.


Sein außerordentlich großer Messbereich gibt dem Anwender einen großen Spielraum bei der Platzierung, die millimetergenaue Empfindlichkeit erlaubt Grenzschaltungen mit feiner Differenzierung. Dank seiner kompakten Form kann er auch bei sehr engen Verhältnissen und in bestehende Anlagen integriert werden.

 

Typische Hygiene-Anwendungen


Die Sensoren der Reihe UMB800 sind dank der oben genannten Eigenschaften für die Verwendung in hygienischer Umgebung, vor allem in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, prädestiniert. Sie können aber auch in aggressiver Umgebung (zum Beispiel Chemie, Vulkanisierung) eingesetzt werden sowie überall dort, wo besonders robuste Reinigungsmethoden notwendig sind. Einige Beispiele:

 

Lebensmittelverpackung in Tiefziehschalen


Vor dem Versiegeln von Tiefziehschalen wird geprüft, ob die Schale das gewünschte Produkt im gewünschten Maß enthält. Der UMB800 erkennt die Ware unabhängig von Form, Farbe und Beschaffenheit. Mit seinem Erfassungsbereich passt er zu den in solchen Maschinen üblichen Dimensionen. Er lässt sich auch von unregelmäßigen Konturen von Naturprodukten (wie Fleisch, Früchte, Pilze, Gemüse) nicht irritieren.

 

Füllstandsmessung in Vorlagebehältern


Vorlagebehälter für Flüssigkeiten und Granulate werden zum Beispiel für Abfüllprozesse bei Lebensmitteln (Chips, Müsli, Nudeln, Kaffeepulver) und Pharmazeutika (Tabletten, Kapseln, Granulate, Lösungen) genutzt. Der UMB800 stellt sicher, dass im Behälter immer eine ausreichende Füllhöhe vorliegt. Die kompakten Sensoren der UMB800-Serie können auch direkt in die produktberührende Zone in kleinen Vorlagebehältern integriert werden.

www.pepperl-fuchs.com

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Beitrag aus [me] 1/2016

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