THE PULSE OF AUTOMATION

TECHNOLOGY GUIDE ULTRASONICS BY PEPPERL+FUCHS

Technology Guide Ultraschall

Automatisierung ist unsere Welt. Perfekte Anwendungen sind unser  Ziel. Mut zum unternehmerischen Risiko, For­schergeist und der Glaube an die eigenen Fähigkeiten – mit diesem Kapital haben Walter Pepperl und Ludwig Fuchs 1945 eine kleine Radiowerkstatt in Mannheim gegründet. Mit der Erfindung des Näherungs­schal­ters haben sie einige Jahre später ihr Credo unter Beweis ge­stellt: Das war die Initialzündung für eine Er­folgs­ge­schi­chte, die ebenso vom engen Kundenkontakt wie von wegweisenden Technologien und Verfahren in der Automatisierungstechnik geprägt ist.

Damals wie heute gilt unser wichtigstes Augenmerk den individuellen Bedürf­nissen jedes einzelnen Kunden. Ob als Pionier im elektrischen Explosionsschutz oder Innovationsführer hochleistungsfähiger Sensoren – nur im intensiven Austausch mit unseren Kunden konnte es uns gelingen, mit einer Vielzahl an Innovationen den Fortschritt in der Auto­­matisierungstechnik entscheidend zu prägen. Der Entwicklung modernster Tech­nologien und umfassender Dienstleistungen, die die Prozesse und Applikationen unserer Kunden immer weiter optimieren, gilt auch in Zukunft unser Denken und Handeln. Mehr Information finden Sie auf unserer Webseite unter www.pepperl-fuchs.de

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Inhalt 1. Grundlagen

1.1. Funktionsweise

6

1.2. Schallkeule

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1.3. Betriebsarten

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1.4. Schaltausgang

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1.5. Analogausgang

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1.6. Einflussgrößen

30



1.7. Einbau und Montagehinweise

34



1.8. Synchronisierung und Multiplexbetrieb

38

2. Applikationen 2.1. Füllstandsmessung 2.2. Mobile Equipment 2.3. Lager- und Fördertechnik

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2.4. Getränke- und Lebensmittelindustrie

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2.5. Tür, Tor und Aufzüge 62

42

56



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Mit Blick auf die Zukunft – Sensortechnik am Puls der Automation Die Natur macht es vor: Dem Nachtfalter hilft auch die raffinierteste Tarnfärbung nicht, wenn er in den Bereich der Fledermaus-Ultraschallrufe gerät. Delfine finden ihre Beute nach demselben Prinzip auch in trübem Wasser. Indem sie das Echo der Schallwellen erfassen und auswerten, sichern diese Tiere ihre Lebensgrundlage. Ihre Sensoren funktionieren zuverlässig, selbst unter schwierigsten Umständen.

In der industriellen Anwendung zeichnen sich Ultraschallsensoren neben ihrer Zuverlässigkeit besonders durch ihre enorme Vielseitigkeit aus. Sie lösen auch die besonders komplexen Aufgaben beim Erfassen von Objekten oder Füllständen, weil ihr Messprinzip unter fast allen Umständen zuverlässig funktioniert. Die Ultraschallsensorik ist eine vergleichsweise junge Technologie. Als sie in der Industrie eingeführt wurde, hatten sich die optischen und induktiven Verfahren bereits über viele Jahre bewährt. Doch in den letzten 30 Jahren hat die Ultraschalltechnologie diesen Vorsprung aufgeholt und ihre Alltagstauglichkeit eindrucksvoll bewiesen. Daran hatten nicht zuletzt Pepperl+Fuchs und Siemens einen maßgeblichen Anteil. Seit wir 2010 die Sparte Näherungsschalter von Siemens übernommen haben, können wir zweimal 30 Jahre Erfahrung auf diesem Gebiet für uns in Anspruch nehmen.

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Alle Messprinzipien stoßen in bestimmten Anwendungen an ihre physikalischen Grenzen. Die Beschäftigung mit dem Ultraschall begann mit der Suche nach einer verlässlichen Sensorik für Einsatzgebiete, für die die bis dahin verwendeten Verfahren nicht geeignet waren. Das neue Prinzip erweiterte die Palette der messtechnischen Möglichkeiten, doch wurde es über lange Zeit nur als Lösung für die besonders kniffligen Fälle angesehen und galt selbst als eine eher schwierige Technologie.

Diese Zeiten sind längst vorbei – auch wenn sich dies noch nicht überall herumgesprochen hat. Inzwischen hat die Ultraschallsensorik den Praxisdauertest in praktisch allen industriellen Bereichen bestanden. Kein anderes Messverfahren lässt sich so breit und in so vielen unterschiedlichen Anwendungen erfolgreich einsetzen. Die Geräte sind äußerst robust und deshalb auch für härteste Bedingungen geeignet. Die Sensorfläche reinigt sich durch Vibration selbst und ist nicht nur deshalb unempfindlich gegen Verschmutzung. Das physikalische Prinzip, die Ausbreitung des Schalls, funktioniert von wenigen Ausnahmen abgesehen in praktisch jeder Umgebung.

Als weltweiter Markt- und Technologieführer für Ultraschallsensorik in der Industrie können wir auf diesem Gebiet das größte Portfolio von Standardprodukten anbieten, in dem sich bereits optimale Lösungen für die meisten Anwendungen finden. Sollte dies nicht ausreichen, verfügen wir über das Know-how und die Infrastruktur, um schnell und flexibel auf die Wünsche unserer Kunden reagieren zu können: Wir entwickeln und fertigen unsere Ultraschallwandler im eigenen Technologiezentrum, und für anwendungsspezifische Entwicklung haben wir eine eigene Abteilung mit hochkarätigen Experten. Unser Motto „The pulse of automation – Ultrasonics by Pepperl+Fuchs“ beschreibt unsere Stärke und definiert unseren Anspruch, auf diesem Gebiet immer der Beste zu sein. Dr. Peter Adolphs Geschäftsführer Entwicklung & Marketing Pepperl+Fuchs GmbH

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1. Grundlagen | 1.1 Funktionsweise

Ultraschalltechnologie für überlegene Performance Ultraschallsensoren erfassen Objekte aus den verschiedensten Materialien millimetergenau, unabhängig von Form und Farbe. Dabei nutzt der Sensor hochfrequente, für den Menschen nicht hörbare Schallimpulse zur Messung. 1.1.1 Physikalische Grundlagen Mit Ultraschall werden akustische Wellen mit einer Frequenz oberhalb von ca. 16 kHz bezeichnet. Diese Frequenzen sind für das menschliche Gehör nicht wahrnehmbar und bei ordnungsgemäßem Betrieb keinesfalls schädlich. Die Ausbreitung von Schallwellen kann über verschiedenste Medien erfolgen. Dies können Festkörper (Materialprüfung), menschliches oder tierisches Gewebe (Sonografie-Untersuchung in der Medizin), Flüssigkeiten (Echolot bei Schiffen) oder die uns umgebende Luft sein. Eine Ausbreitung von Schallwellen im Vakuum ist nicht möglich. Da sich das Übertragungsverhalten und die Schallgeschwindigkeit in unterschiedlichen Medien ändert, müssen die Sensoren speziell an das jeweilige Medium angepasst werden.

Aufbau eines Ultraschallsensors

6

Die Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs sind für eine Schallwellenausbreitung in der Luft optimiert. Der Ultraschallwandler muss ungehindert in die Luft abstrahlen können, ein Einsatz unter Wasser ist nicht möglich.

Ultraschallwandler arbeiten mit unterschiedlichen Frequenzen in einem Bereich von 40 … 850 kHz. Mit steigender Ultraschall-Frequenz nimmt die Dämpfung der Schallwellen in der Luft zu. Daher arbeiten Sensoren mit hoher Reichweite mit niedrigen Frequenzen. So sind beispielsweise Reichweiten über 10 m mit einem 60-kHz-Ultra­ schallwandler möglich. Dies erfordert aus physikalischen Gründen einen größeren WandlerDurchmesser und bedingt eine größere Bauform der Sensoren (vgl. Basslautsprecher). Zur Erzeugung der Ultraschallwellen wird bei den Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs ein piezoelektrischer Schwinger, eine sogenannte Piezo-Keramik, verwendet. Diese Piezo-Keramik ist mit zwei Drähten kontaktiert. Sie wird elektrisch mit der entsprechenden Frequenz angesteuert und arbeitet dann als Sender zum Aussenden der Schallwellen in die Luft (vgl. Lautsprecher). Werden von einem Objekt Schallwellen reflektiert (Echo), dient der Wandler als Empfänger und wandelt die Schallwellen wieder in ein elektrisches Signal um (vgl. Mikrofon). Auf diesen Piezo-Ultraschallwandler ist eine spezielle Anpassschicht aus Hohlglaskügelchen mit Epoxidharz geklebt. Sie dient der Ein- und Auskoppelung der Ultraschallwellen in die umgebende Luft.

Um eine möglichst gebündelte Schallausbreitung (Schallkeule) zu erreichen, ist meist ein zusätzlicher Metallring eingebaut. Die Piezo-Keramik mit Anpassschicht und Metallring wird in einem Gehäuse (Blechschirm) zusammengefügt. Um ein nahezu ungehindertes Schwingen (UltraschallFrequenz) zu ermöglichen, wird das „Gebilde“ von einem weichen Schaum umgeben.

Die R&D-Abteilung von Pepperl+Fuchs arbeitet daher schon seit vielen Jahren kontinuierlich an der Weiterentwicklung der Wandlertechnologie. So ist es gelungen, durch intelligente Konstruktionen Form und Reichweite der Schallkeule erheblich zu beeinflussen. Nahezu „nebenkeulenfreie“ schlanke Schallkeulen mit hoher Reichweite sind das Ergebnis jahrelanger Forschungsarbeit.

Dieses Grundprinzip wurde bereits vor über drei Jahrzehnten entwickelt, patentiert und kontinuierlich optimiert.

Die jüngste Sensor-Generation von Pepperl+Fuchs bietet Wandler von gerade einmal 18 mm Durchmesser und einer Reichweite von über 2 m, bzw. bei 30 mm Durchmesser eine Reichweite von 4 m.

Standardmäßig eingesetzte Wandler erzeugen eine Hauptkeule und sogenannte Nebenkeulen. Dadurch wird eine Schallkeule mit einem relativ großen Durchmesser erzeugt. Bei beengten Einbauverhältnissen kommt es vor, dass sich der große Durchmesser und auch die Nebenkeulen störend auswirken.

Für Anwendungen mit aggressiven Materialien wie z. B. Chemikalien, Säuren oder Laugen stehen spezielle Wandlerausführungen und Sensoren in einem Edelstahlgehäuse zur Verfügung. Dabei wird der gesamte Wandler (Piezo-Keramik, Anpassschicht, Schaum) mit einer chemisch resistenten Folie (PTFE, FEP) überzogen, die diesen vor aggressiven Medien schützt. Die Integration des Wandlers in ein komplett geschlossenes Edelstahlgehäuse ermöglicht nicht nur den Einsatz in aggressiver Umgebung, sondern erfüllt auch die gängigen Hygienevorschriften in der Lebensmittelindustrie.

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1. Grundlagen | 1.1 Funktionsweise

1.1.2 Ultraschall-Laufzeitverfahren Ultraschallsensoren sind in der Lage, Objekte berührungslos zu erkennen und ihre Entfernung zum Sensor zu messen. Je nach Sensortyp ist dies über Distanzen von wenigen Zentimetern bis hin zu 10 m möglich. Dafür sendet der Sensor Ultrschallimpulse aus, die an einem Objekt reflektiert werden. Das dabei erzeugte Echo wird vom Sensor wieder empfangen und über den piezoelektrischen Wandler in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses Verfahren wird als Echo-Laufzeitverfahren bezeichnet. Der Sensor misst den zeitlichen Abstand zwischen dem gesendeten Ultraschallimpuls und dem empfangenen Echo und berechnet über die Schallgeschwindigkeit die Entfernung zum Objekt.

Der Ultraschallsensor misst die zeitliche Differenz zwischen ausgesendetem Impuls und empfangenem Echo.

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Bei Raumtemperatur beträgt die Schallgeschwindigkeit in Luft rund 344 m/s. Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs erfassen Objekte aus unterschiedlichen Materialien wie Holz, Metall oder Kunststoff, unabhängig von Form und Farbe. Die Objekte können fest, flüssig oder pulverförmig sein, sie müssen nur ausreichend Schallwellen zum Sensor zurück reflektieren. Nur große, glatte schräg stehende Flächen oder stark schalldämpfende Stoffe, z. B. Watte, können problematisch sein.

Die Reichweite eines Ultraschallsensors ist von der Oberflächenbeschaffenheit und dem Anstellwinkel des Objekts abhängig. Weist das Objekt eine ebene Fläche auf (Normreflektor), die sich exakt im rechten Winkel zur Sensorachse befindet, ergibt sich die höchste Reichweite. Bei sehr kleinen Gegenständen oder Objekten, die den Schall teilweise wegreflektieren, verringert sich die Reichweite entsprechend. Bei Objekten mit glatter Oberfläche muss der 90°-Anstellwinkel möglichst genau eingehalten werden. Weist das Objekt eine raue Oberflächenstruktur auf, kann der Winkel entsprechend weiter abweichen. Staubentwicklung und hohe Luftfeuchtigkeit dämpfen ebenfalls die Schallwellen in der Luft. Die Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs sind jedoch mit ausreichend Funktionsreserven ausgestattet, sodass sich dies in der Praxis nur geringfügig auf die Reichweite auswirkt.

1. Grundlagen | 1.1 Funktionsweise

Ultraschallsensoren erkennen unterschiedlichste Materialien und lassen sich auch von problematischen Oberflächen nicht beeinflussen.

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1. Grundlagen | 1.1 Funktionsweise

1.1.3 Auswertung der Messergebnisse Ultraschallsensoren können die über das EchoLaufzeitverfahren ermittelte Entfernung zu einem Objekt unterschiedlich auswerten: n

n

n

 ntfernung wird in einen Analogwert umgerechE net und über industrieübliche Analogausgänge ausgegeben, z. B. 0 … 10 V, 4 … 20 mA  ntfernung wird direkt als Digitalwert an eine E Steuerung (SPS) übermittelt, z. B. über IO-Link.  ntfernung wird intern mit eingestellten Schalt­ E grenzen verglichen. Befindet sich ein Objekt im Schaltbereich, so wird dies an einem binären Schaltausgang ausgegeben, z.B. PNP, NPN.

Der Bereich, in dem eine Erfassung von Objekten möglich ist, wird als Erfassungsbereich bezeichnet.

Objekte in der Blindzone können Mehrfachreflexionen erzeugen und zu Fehlschaltungen oder falschen Messwerten am Ausgang führen.

Innerhalb des Erfassungsbereichs ist es möglich, durch Teach-In/Potentiometer/Programmierung im Sensor Entfernungsgrenzen (Schaltbereich, Analogbereich) zu definieren.

Die Blindzone gibt es nur bei Sensoren mit einem Ultraschallwandler, der abwechselnd Schall aussendet und auf die vom Objekt reflektierten Schallwellen (Echo) wartet. Nach dem Aussenden des Ultraschallimpulses mit hoher Leistung schwingt der Ultraschallwandler noch nach. In dieser Zeit ist kein Empfang des Echos möglich, diese Wartezeit entspricht bei der Laufzeitmessung der Blindzone.

Je nach Sensortyp nennt man den Bereich innerhalb der Grenzen Schalt- bzw. Analogbereich. Den Bereich ab Sensorkopf (Ultraschallwandler) bis Anfang Erfassungsbereich bezeichnet man als Nahbereich oder Blindzone. Innerhalb der Blindzone werden weder Objekte erfasst, noch sollten sich dort Objekte befinden.

Bei Sensoren mit getrenntem Sende- und Empfangswandler (Einwegschranke) gibt es keine Blindzone.

Eingeschalteter Schalt- oder Analogbereich (LED leuchtet)

Blindzone

Objekt

Erfassungsbereich

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1.1.4 Einstellmöglichkeiten Die Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs bieten je nach Sensor-Familie verschiedene Möglichkeiten, Schalt- oder Analoggrenzen innerhalb des Erfassungsbereichs einzustellen.

Teach-In

Potentiometer

Um mit Teach-In den gewünschten Entfernungswert als Schalt- oder Analoggrenze einzulernen, muss ein Objekt innerhalb des Erfassungsbereichs platziert werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Einstellung von Schalt- oder Analoggrenzen sind Einstellregler, sogenannte Potentiometer, die sich direkt am Gerät befinden. Dem Potentiometer ist immer nur eine Funktion zugeordnet, d. h. es kann damit nur eine Grenze (Beginn oder Anfang) des Schalt- oder Analogbereichs eingestellt werden.

Der Entfernungswert wird beim Teach-In als gewünschte Grenze dauerhaft im Sensor abgespeichert. Zum Auslösen des Teach-In-Vorgangs gibt es je nach Sensortyp und Bauform verschiedene Mechanismen und Bedienkonzepte.

Durch LEDs wird die Anwesenheit des Objekts im Schalt- oder Analogbereich angezeigt und eine Fehleinstellung (Ende > Anfang) signalisiert.

Kleine Gehäusebauformen besitzen meist einen Funktionseingang. Durch Verbinden des Eingangs mit der Versorgungsspannung „L+“ oder „L–“, wird der gewünschte Teach-Wert vom Anwender eingelernt.

Potentiometer 2 Gerätestecker

Das Verbinden des Funktionseingangs kann manuell oder über einen Teach-Adapter erfolgen. Mit Hilfe eines Tasters wird der Funktionseingang mit der Versorgungsspannung kontaktiert. L1

L1

LED gelb L2

LED gelb T1

T2

L2

LED grün/rot

Einstellen der Schalt- oder Analoggrenzen mittels Taster

Bei kubischen und größeren zylindrischen Bauformen (M30) gibt es oft Bedienelemente wie z. B. Taster oder Kodier-Stecker, über die der Teach-Vorgang direkt ausgelöst werden kann. Ein ausgeklügeltes Bedienkonzept erlaubt es, in verschiedenen Teach-Ebenen unterschiedliche Funktionen wie Schalt-/Analoggrenzen, Schaltfunktion (Schließer/ Öffner), Analogcharakteristik (steigende Rampe/ fallende Rampe) und Schallkeulenbreite einfach zu verändern. Mit Hilfe von verschiedenfarbigen LEDs und Blinkfrequenzen wird der korrekte Teach-Vorgang bestätigt, eine Fehlermeldung angezeigt oder die momentane Teach-Ebene signalisiert.

LED 1 gelb

LED 2 gelb/grün

Potentiometer 1

Temperaturfühler

Einstellen der Schalt- oder Analoggrenzen mittels Potentiometer

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1. Grundlagen | 1.1 Funktionsweise Programmierung Die komfortabelste Art der Bedienung ist die Einstellung des Sensors über ein Programmiertool. Die passende Windows-Software ermöglicht eine Visualisierung der gemessenen Objektentfernung und eine exakte Einstellung der Schalt- oder Analoggrenzen sowie vieler anderer Sensorparameter. So lässt sich z. B. die Schallkeulenbreite und -länge variieren, die Charakteristik des Analogausgangs und das Schaltverhalten verändern. Eine optimierte Sensoreinstellung kann dokumentiert und archiviert werden. Diese Einstellung lässt sich mühelos auf weitere Sensoren des gleichen Typs portieren.

Für verschiedene Sensor-Familien stehen unterschiedliche Konzepte für die Datenübertragung zur Verfügung. Diese sind abhängig von den Kundenanforderungen und der gewünschten Systemintegration: n

 atenübertragung vom PC Sensor via RS232D Schnittstelle (USB-Konverter erhältlich) – direkt über separaten RS232 Programmieranschluss am Gerät – über Programmierinterface, das die vorhandenen Stecker-Anschlüsse des Sensors benutzt

n

n

 atenübertragung vom PC Sensor via InfrarotD Schnittstelle durch das Sensorgehäuse mit Hilfe eines USB-Adapters  atenübertragung zwischen PC/Steuerung D Sensor via IO-Link-Schnittstelle über den Schaltausgang des Sensors und einen IO-Link Master in der Steuerung bzw. als USB-Variante

Zur Übertragung der Messwerte auf den PC und der Parameter auf den Sensor ist allerdings immer eine Schnittstelle/Hardware notwendig.

Vor- und Nachteile der verschiedenen Bedienkonzepte Beim Teach-In-Vorgang wird ein Objekt im Erfassungsbereich positioniert und millimetergenau erfasst. Bei dem Objekt kann es sich auch um das zu erfassende Produkt handeln. Ein Teach-In über einen Funktionseingang erfolgt meist nur bei der Inbetriebnahme einer Anlage/ Maschine, da eine manuelle Verdrahtung oder ein Teach-Adapter notwendig ist. Während des Betriebs können Teach-Werte nur durch manuellen Eingriff in die Verdrahtung geändert werden (manipulationssicher).

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Bei Geräten mit Teach-Tasten ist eine Änderung der Werte auch nach Installation und Inbetriebnahme der Anlage leicht möglich. So kann z. B. bei einem Produktwechsel die Schalt- oder Analoggrenze angepasst werden. Um eine ungewollte Änderung der Teach-Werte zu verhindern, bieten viele Sensoren von Pepperl+Fuchs die Möglichkeit, die TeachFunktion (Tasten) über Verdrahtung oder Programmierung zu sperren. Die Einstellung der Schalt- oder Analoggrenzen über Potentiometer hat den Vorteil, dass keine Verdrahtung geändert werden muss und aufgrund der Potentiometer-Stellung der eingestellte Grenzwert zu erkennen ist.

Eine millimetergenaue Justage ist bei Geräten mit Potentiometer jedoch nur schwer möglich. Eine Einstellung über Programmierung bietet die Vorteile beider Bedienkonzepte: Teach-In und Potentiometer. Die Einstellung der Schalt- oder Analoggrenzen kann sowohl mit als auch ohne Objekt erfolgen. Die eingestellten Werte werden am Bildschirm visualisiert und können millimetergenau vorgenommen werden. Die Programmiersoftware bietet zusätzlich noch die Möglichkeit, viele andere Sensor-Parameter (Schallkeulenmodifikation, Mittelwertfilter, Verzögerungszeiten etc.) zu verändern und so den Sensor perfekt an die Applikation anzupassen.

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1. Grundlagen | 1.2 Schallkeule

Die Schallkeule eines Ultraschallsensors – einfach modifizierbar Die Schallkeule eines Ultraschallsensors hat einen entscheidenden Einfluss auf die zuverlässige Erkennung eines Objekts. Das Erkennungsverhalten der Schallkeule wird auch als Ansprechkurve bezeichnet. Aus dieser Kurve lässt sich ablesen, in welchem Bereich die sichere Erkennung eines bestimmten Objekts möglich ist. Die Ansprechkurve ist hauptsächlich von den Reflexionseigenschaften des Objekts abhängig. Objekte mit großer Oberfläche und optimaler Ausrichtung (große Schallkeule) werden besser erkannt als kleine, runde oder schlecht reflektierende Objekte (kleine Schallkeule). In den Datenblättern von Pepperl+Fuchs werden daher Schallkeulendiagramme für verschiedene Objekte angegeben, z. B. Normplatte im Format 100 x 100 mm oder Rundstab mit 25 mm Durchmesser. Zur gezielten Abstimmung des Sensors auf das zu erkennende Objekt ist die Breite der Schallkeule bei vielen Modellen einstellbar.

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1.2.1 Einflussfaktoren auf die Schallkeule Form und Oberfläche eines Objekts

Eine ideale Reflexion wird durch ebene und glatte Oberflächen bewirkt, die sich im rechten Winkel zur Sensorachse befinden. Beträgt der Winkel zur Oberfläche des Objekts nicht 90°, besteht die Gefahr, dass der Schall wegreflektiert wird und das Objekt nicht mehr erfasst werden kann.

20 °C, 0 % Luftfeuchtigkeit, große Schallkeule mit einer Reichweite von 11 m 70 °C, 20 % Luftfeuchtigkeit, kleine Schallkeule mit einer Reichweite von 4 m

1.000

0

Schallkeulenbreite in mm

Ein wesentlicher Vorteil der Objekterkennung durch Ultraschall ist die weitgehende Unempfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Materialien und Oberflächen. Die Objektfarbe spielt dabei keine Rolle. Ultraschallsensoren können sowohl feste als auch flüssige oder pulverförmige Objekte erkennen. Dabei hat die Oberflächenbeschaffenheit keinerlei Einfluss auf die Zuverlässigkeit der Erkennung. Es ist also unerheblich, ob es sich um eine raue, glatte, hoch glänzende oder transparente Oberfläche handelt. Oder ob diese beschmutzt, nass oder farbig ist.

2.000

–1.000

–2.000 0

1.000 2.000

3.000 4.000 5.000

6.000

7.000 8.000

9.000 10.000 11.000 12.000

Entfernung in mm

Ausgeprägt raue oder unebene Oberflächen lassen auch größere Winkelabweichungen zu. Die Amplitude des reflektierten Ultraschall-Signals muss ausreichend hoch sein, um eine zuverlässige Laufzeitmessung vornehmen zu können. Ebenso führen hohe Staubentwicklung und Luftfeuchtigkeit zur Reduzierung der Schallenergie und können die maximale Reichweite des Ultraschallsensors verringern.

Temperatur und Luftfeuchtigkeit

Staub, Regen und Schnee

Die Reichweite eines Ultraschall-Signals wird auch von der relativen Luftfeuchte und der Temperatur der Umgebungsluft beeinflusst. Die dabei wirksamen physikalischen Zusammenhänge sind komplex.

Hohe Staubentwicklung, Regen oder Schnee führen zur Reduzierung der Schallenergie und können die Schallkeule verkleinern bzw. die maximale Reichweite des Ultraschallsensors verringern.

Pauschal kann jedoch gesagt werden, dass die Reichweite eines Ultraschallsensors sowohl mit steigender Temperatur als auch mit steigender Luftfeuchte abnimmt. Allerdings verläuft diese Abnahme nicht linear, sondern unterscheidet sich von Sensor zu Sensor.

Leichte Staub und Schmutzablagerungen auf der Wandleroberfläche beeinflussen die Laufzeitmessung nicht. Die Ablagerung von Wasser, Schnee und Eis ist durch entsprechende Montage zu vermeiden.

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1. Grundlagen | 1.2 Schallkeule

Axiale Schallkeulenmodifikation und laterale Schallkeulenmodifikation

1.2.3 Modifikation der Schallkeule Ultraschallsensoren mit einstellbarer Schallkeule erlauben eine gezielte Veränderung der SensorEmpfindlichkeit und somit der Schallkeule. Durch Programmierung oder Teach-In lässt sich der Erfassungsbereich des Sensors optimal an das zu erkennende Objekt anpassen. Die Programmierung von Pepperl+Fuchs Ultraschallsensoren erfolgt mit Hilfe der Software-Tools ULTRA3000, SONPROG, PACTware (IO-Link) oder ULTRA-PROG-IR.

Axiale Schallkeulenmodifikation

Damit kann zum einen die gesamte Empfindlichkeit des Sensors reduziert werden, d. h., die Schallkeule wird in ihrer Länge (axiale Schallkeulenmodifikation) und in ihrer Breite (laterale Schallkeulenmodifikation) reduziert. Es ist aber auch möglich, durch entsprechende Parameter die laterale und axiale Schallkeulenbreite unabhängig voneinander anzupassen. Durch die axiale Schallkeulenmodifikation verringert sich hauptsächlich die Länge der Schallkeule, durch die laterale Schallkeulenmodifikation verringert sich die Breite. So ist es möglich, durch Verkleinern der Schallkeule störende Gegenstände oder Anbauten an Maschinen oder in Behältern auszublenden.

Laterale Schallkeulenmodifikation

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1. Grundlagen | 1.2 Schallkeule und Ansprechkurve

Mit der Software ULTRA-PROG-IR können störende Gegenstände auch durch eine gezielte Programmierung von „Blindbereichen“ ausgeblendet werden, ohne die Schallkeule zu modifizieren. Folglich ist in diesem Blindbereich keine Erfassung des Nutzobjektes möglich.

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1. Grundlagen | 1.3 Betriebsarten

Für jede Anwendung der richtige Sensor Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs ermitteln die Entfernung zum Objekt über das Echo-Laufzeitverfahren. Dabei kann die gemessene Entfernung unterschiedlich ausgewertet und ausgegeben werden.

Betrieb eines Ultraschallsensors in der Betriebsart Reflexionstaster.

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Die Entfernung zum Objekt wird in einen Analogwert gewandelt und am Analogausgang (z. B. 0 … 10 V, 4 … 20 mA) vom Sensor ausgeben.

Die Objektentfernung kann jedoch auch direkt als Digitalwert über eine spezielle Schnittstelle (z. B. IO-Link) an eine Steuerung übermittelt werden.

1.3.1 Reflexionstaster Bei Ultraschallsensoren mit Schaltausgang ändert sich der Zustand am Ausgang (PNP, NPN), wenn ein Objekt im eingestellten Schaltbereich erkannt wird. Dabei wird auch, je nach Reaktion auf das Objekt, zwischen Schließer- und Öffner-Funktion unterschieden. Durch entsprechenden Aufbau und Konfigura­ tion lassen sich bei Sensoren mit Schaltausgang verschiedene Betriebsarten erreichen.

Füllstandsmessung in einem Tank

Die häufigste Betriebsart der Ultraschallsensorik ist der Einsatz als Reflexionstaster.

Merkmale: n

Der Ultraschallwandler wird als Sender und Emp­ fänger verwendet und befindet sich meist zusammen mit der Auswerteelektronik in einem gemeinsamen Gehäuse.

n

n

Der Reflexionstaster benötigt eine Reflexion (Echo) der ausgesandten Schallwellen vom Objekt zurück zum Sensor. Sobald sich ein Objekt im Schaltbereich des Sensors befindet, bewirkt das Echo von diesem Gegenstand den Schaltvorgang.

n

Einfache Installation, nur ein Sensorkopf  order- und Hintergrundausblendung möglich V (Fensterbetrieb)  bjekt dient als Reflektor, Ausrichtung ist zu O beachten  chaltfrequenz ist geringer als bei der S Betriebsart Einwegschranke

mittels Ultraschallsensor.

19

1. Grundlagen | 1.3 Betriebsarten

1.3.2 Reflexionsschranke Bei der Betriebsart Reflexionsschranke wird der Ultraschallwandler ebenfalls als Sender und Empfänger verwendet. Im Unterschied zum Reflexionstaster wird das Ultraschall-Signal jedoch ständig von einem fest installierten Reflektor – dem Referenzreflektor – reflektiert. Als Reflektor kann eine ausgerichtete Platte z. B. aus Metall oder Kunststoff dienen. Ein vorhandener Hintergrund wie z. B. eine Wand, ein Förderband oder der Fußboden kann ebenfalls verwendet werden.

Betrieb eines Ultraschallsensors in der Betriebsart Reflexionsschranke.

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Solange sich kein Objekt zwischen Sensor und Referenzreflektor befindet, empfängt der Sensor ein ständiges Echo vom Reflektor. Die zu erkennenden Objekte werden zwischen Sensor und Reflektor geführt.

Dabei sind grundsätzlich folgende drei Situationen möglich, die zu einem Schaltvorgang führen: 1. Ein kleines Objekt befindet sich vor dem Referenzreflektor und wird vom Sensor erfasst. Das heißt, der Ultraschallsensor empfängt ein zusätzliches Echo vom Referenzreflektor. 2. Ein großes Objekt wird erfasst, befindet sich vor dem Referenzreflektor und verdeckt diesen komplett. Das heißt, der Ultraschallsensor empfängt nur das Echo des großen Objekts, kein Echo vom Referenzreflektor.

3. Ein großes z. B. schräg stehendes Objekt vor dem Referenzreflektor wird nicht erfasst, aber verdeckt diesen. Das heißt, der Ultraschallsensor empfängt weder vom Objekt noch vom Referenzreflektor ein Echo. Alle drei Situationen führen zu einem Schaltvorgang am Ausgang des Ultraschallsensors. Eine solche Reflexionsschranke empfiehlt sich vor allem zur zuverlässigen Erkennung von schallschluckenden Objekten. Sie eignet sich aber auch bei Objekten, die keine zuverlässig nutzbare Oberfläche bieten, wie z. B. schräg stehende Flächen. In dieser Betriebsart gibt es auch keine Blindzone.

Merkmale: n

n

n

n

Einfache Installation, nur ein Sensorkopf Zuverlässige Erkennung problematischer Objekte (schallschluckend, schräge Fläche) Referenzobjekt/Hintergrund dient als fester Reflektor, Objekt wird dazwischen geführt Schaltfrequenz geringer als bei der Einweg­ schranke

Zuverlässige Erkennung eines schräg stehenden Objekts auf einem Förderband durch Verwendung der Betriebsart Reflexionsschranke.

21

1. Grundlagen | 1.3 Betriebsarten

1.3.3 Einwegschranke Bei der Ultraschall-Einwegschranke werden zwei Ultraschallwandler eingesetzt. Ein Wandler arbeitet als Sender, der andere Wandler als Empfänger. Beide Wandler sind in zwei getrennten Gehäusen untergebracht, beim Empfänger befindet sich die Auswerteelektronik mit den Ausgängen. Die Sensoren werden gegenüberliegend auf einer Achse montiert. Sobald ein Objekt die Schallkeule unterbricht, wird der Schaltausgang des Sensors aktiviert.

Betrieb von Ultraschallsensoren in der Betriebsart Einwegschranke.

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Für unterschiedliche Abstände von Sender und Empfänger bzw. für unterschiedliche Objekt­ größen lässt sich die Empfindlichkeit des Empfängers meist einstellen (Teach-In, Potentiometer).

Merkmale: n

n

Diese Betriebsart ist besonders unempfindlich gegenüber externen Störungen. Außerdem verdoppelt sich die Reichweite und es wird eine zuverlässige Erkennung von Objekten bei deutlich größeren Sensorabständen möglich. Da nicht ständig zwischen Sende- und Empfangsbetrieb umgeschaltet werden muss, ergibt sich ein deutlich schnelleres Ansprechverhalten (Schaltfrequenz).

n

n

 ontage und Verkabelung von zwei M Sensorköpfen notwendig  ohe Reichweite, d. h. großer Abstand H zwischen Sender und Empfänger möglich  uverlässige Erkennung problematischer Z Objekte (schallschluckend, schräge Fläche)  ehr hohe Schaltfrequenz, definiertes S Ansprechverhalten

1. Grundlagen | 1.3 Betriebsarten

Bei der Flaschenzählung ist eine sehr hohe Schaltfrequenz gefordert.

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1. Grundlagen | 1.4 Schaltausgang

Schaltausgänge richtig einstellen Innerhalb des Erfassungsbereichs eines Ultraschallsensors können eine oder mehrere Schaltgrenzen eingestellt werden. Dies kann über Potentiometer, Teach-In oder Programmierung erfolgen.

Befindet sich ein Objekt im eingestellten Schaltbereich, ändert sich der Zustand am digitalen Ausgang (PNP, NPN) des Sensors. Dabei wird je nach Reaktion auf das Objekt zwischen Schließer- (NO) und Öffner-Funktion (NC) unterschieden. Folgende Betriebsarten können durch Teach-In oder Programmierung eingestellt werden:

Hintergrundausblendung, 1 Schaltpunkt

Fensterbetrieb, 2 Schaltpunkte:

Über Potentiometer/Teach-In oder Programmierung kann innerhalb des Erfassungsbereichs ein Schaltpunkt eingestellt werden. Befindet sich ein Objekt zwischen Blindzone und eingestelltem Schaltpunkt, reagiert der Schaltausgang. Objekte hinter dem Schaltpunkt werden ausgeblendet. Daher wird diese Betriebsart auch als Hintergrundausblendung bezeichnet.

Über Potentiometer/Teach-In oder Programmierung können innerhalb des Erfassungsbereichs zwei Schaltpunkte eingestellt werden. Beide Schaltpunkte bilden zusammen ein Schaltfenster. Objekte innerhalb des Schaltfensters führen zur Reaktion am Schaltausgang.

Hintergrundausblendung (Schaltpunktbetrieb)

Vorder- und Hintergrundausblendung (Fensterbetrieb)

Hintergrund ausgeblendet

Schaltpunkt

24

Bei dieser Betriebsart werden Objekte nur in einem definierten Bereich erkannt. Vorder- und Hintergrund werden ausgeblendet.

Vordergrund ausgeblendet

Schaltpunkt

Hintergrund ausgeblendet

Schaltpunkt

1.4.1 Varianten Schaltverhalten (Ausgangsfunktion)

Ausgangspolarität

Zwei verschiedene Schaltverhalten sind verfügbar, die dem Verhalten eines Schalters mit Schließer- oder mit Öffner-Funktion entsprechen.

Je nachdem, ob die Last an der positiven Betriebsspannung (L+) oder der negativen Betriebsspannung (L–) betrieben wird, unterscheidet man zwischen PNP- und NPN-Ausgang.

Schließer (normally open): Der Ausgang schaltet ein, wenn sich ein Objekt im Schaltbereich befindet. Befindet sich kein Objekt im Schaltbereich, schaltet der Ausgang aus.

PNP Die Ausgangsstufe entspricht einem PNP-Transistor, der die Last gegen die positive Betriebsspannung (L+) schaltet. Die Last wird zwischen dem Ausgang und der negativen Betriebsspannung (L–) angeschlossen.

1

1

4

4

3

3

Öffner (normally closed) Der Ausgang schaltet ein, wenn sich kein Objekt im Schaltbereich befindet. Befindet sich das Objekt im Schaltbereich, schaltet der Ausgang aus.

Push-pull Die Ausgangsstufe entspricht einem PNP- und einem NPN-Transistor. Die Last kann zwischen Ausgang und der negativen Betriebsspannung (L–) oder der positiven Betriebsspannung (L+) angeschlossen werden.

1 L+

+UB

4 L–

3

–UB

NPN Die Ausgangsstufe entspricht einem NPN-Transistor, der die Last gegen die negative Betriebsspannung (L–) schaltet. Die Last wird zwischen dem Ausgang und der positiven Betriebsspannung (L+) angeschlossen.

1

1

2

4

3

3

L+

L–

25

1. Grundlagen | 1.4 Schaltausgang

1.4.2 Schalthysterese, Schaltfrequenz und Wiederholgenauigkeit Schalthysterese

Schaltfrequenz

Wiederholgenauigkeit (Reproduzierbarkeit)

Jeder Schaltpunkt hat eine Schalthysterese, um ständiges Ein-/Ausschalten des Ausgangs zu vermeiden, wenn sich ein Objekt direkt am Schaltpunkt befindet.

Die Schaltfrequenz ist die Anzahl der Schaltspiele eines Sensors in einem festgelegten Zeitintervall. Eine Schaltfrequenz von z. B. 5 Hz bedeutet: Der Ausgang kann seinen Zustand fünfmal in der Sekunde von Ein auf Aus und wieder auf Ein wechseln.

Die Wiederholgenauigkeit, auch Reproduzierbarkeit genannt, ist die Veränderung des Schaltpunktes unter festgelegten Bedingungen.

Nähert sich ein Objekt dem Sensor, schaltet dieser direkt am Schaltpunkt. Entfernt sich das Objekt wieder, wird die Hysterese zum Schaltpunkt addiert.

Bei Ultraschallsensoren liegt die Schaltfrequenz aufgrund des Messprinzips (Echo-Laufzeitverfahren) meist im Bereich < 10 Hz.

Die Wiederholgenauigkeit wird gemessen über die Dauer von acht Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 23 °C (±5 °C), einer beliebigen relativen Luftfeuchte innerhalb des spezifizierten Bereiches sowie einer festgelegten Versorgungsspannung.

Hysterese

Bei Einwegschranken mit getrenntem Sendeund Empfangswandler sind Werte bis ca. 100 Hz möglich.

Eingestellter Schaltpunkt

Prinzipdarstellung der Schalthysterese eines Ultraschallsensors

Mit einem schallkeulenmodulierten Ultraschallsensor wird die korrekte Befüllung eines Behältnisses sichergestellt. Durch die Schalthysterese wird verhindert, dass bei unruhiger Oberfläche der Schaltausgang flackert.

26

1. Grundlagen | 1.4 Schaltausgang

27

1. Grundlagen | 1.5 Analogausgang

Funktionsweise eines Analogausgangs Ein Ultraschallsensor kann nicht nur das Vorhandensein eines Objekts erkennen. Er misst auch den Abstand eines Objekts. Dies erfolgt über den Zeitabstand zwischen dem Aussenden des Ultraschall-Signals und dem Eintreffen seines Echos.

Der Analogausgang eines Ultraschallsensors liefert ein Strom- oder Spannungssignal. Dessen Signalpegel steht in einem proportionalen Verhältnis zum Abstand des erkannten Objekts zum Sensor. Der Ausgangsstrom liegt je nach Modell bei 0–20 mA oder 4–20 mA. Bei Ausführungen mit analogem Spannungssignal liegt der Spannungsbereich zwischen 0 und 10 V. Der Verlauf kann zwischen steigend (Analogwert nimmt mit wachsender Entfernung zu) oder fallend (Analogwert nimmt mit wachsender Ent­ fernung ab) gewählt werden.

1.5.1 Varianten Stromausgang 0 ... 20 mA

Spannungsausgang 0 … 10 V

Die Entfernung eines Objektes wird am Analogausgang als Stromwert im Bereich 0 ... 20 mA ausgegeben.

Die Entfernung eines Objektes wird am Analogausgang als Spannungswert im Bereich 0 ... 10 V ausgegeben.

Der Ausgang liefert den Ausgangsstrom, eine bestimmte Bürde (Belastungswiderstand) darf nicht überschritten werden, z.B. < 300 Ohm.

Der Ausgang liefert Ausgangsspannung, eine bestimmte Bürde (Belastungswiderstand) darf nicht unterschritten werden, z. B. 1 kOhm.

Stromausgang 4 ... 20 mA

Frequenzausgang in Hz

Die Entfernung eines Objektes wird am Analogausgang als Stromwert im Bereich 4 ... 20 mA ausgegeben.

Die Entfernung eines Objektes wird am Analogausgang als Frequenzwert in Hertz ausgegeben.

Der Ausgang liefert den Ausgangsstrom. Auch hier darf eine bestimmte Bürde (Belastungs­wider­ stand) nicht überschritten werden, z.B. < 300 Ohm.

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Der Ausgang liefert die eine oszillierende Ausgangsspannung (Versorgungsspannung/0 Volt). Auch hier darf ein bestimmter Belastungswiderstand nicht unterschritten werden, z. B. > 500 Ohm.

1.5.2 Kennliniencharakteristik Über Teach-In oder Programmierung besteht die Möglichkeit am Sensor eine steigende oder fallende Kennlinie einzustellen. Bei der steigenden Kennlinie steigt der Strom bzw. die Spannung am Analogausgang mit steigenden Objektentfernungen ab dem Beginn des eingestellten Analogbereichs an. Bei der fallenden Kennlinie fällt der Strom bzw. die Spannung am Analogausgang mit steigenden Objektentfernungen ab dem Beginn des eingestellten Analogbereichs.

1.5.3 Auflösung Zur Anpassung des Analogbereiches an die Applikation können per Teach-In oder durch Programmierung die Analoggrenzen (Anfang und Ende) entsprechend verändert werden (Skalierung).

Unter Auflösung versteht man die geringste Änderung der Objektentfernung, die am Analogausgang des Sensors noch eine Änderung des Strom- oder Spannungswertes bewirkt. Die Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs sind meist mit einem integrierten 12 Bit-Digital-/Analog-Wandler ausgestattet, der die Entfernung zum Objekt in 4.096 Stufen auflösen kann. Die tatsächliche Auflösung in „mm“ hängt vom eingestellten Analogbereich ab und kann wie folgt berechnet werden: eingestellter Analogbereich z. B.: 800 mm (Anfang) bis 3.500 mm (Ende) Auflösung: (3.500 mm – 800 mm)/4.096 Stufen = 0,66 mm/Stufe Je weiter der Analogbereich eingeschränkt wird, desto kleiner wird auch die Schrittgröße, da diese in konstant 4.096 Schritte aufgerasterte Entfernung entsprechend kleiner wird. Die kleinste Schrittgröße wird jedoch durch die Elektronik auf 0,17 mm begrenzt.

Mit Hilfe eines Ultraschallsensors wird der Füllstand in einem Tank gemessen. Die Messung erfolgt dabei durch eine Öffnung im Tankdeckel.

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1. Grundlagen | 1.6 Einflussgrößen

Einflüsse auf die Messgenauigkeit des Ultraschallsensors Bei Ultraschallsensoren wird mit Messgenauigkeit meist die absolute Genauigkeit des Messwertes am Analogausgang bezeichnet. Aufgrund des EchoLaufzeitverfahrens ist die Messgenauigkeit eines Ultraschallsensors nicht nur von internen Toleranzen abhängig, sondern auch von einigen physikalischen Parametern der Luft.

1.6.1 Einflussgrößen Lufttemperatur

Luftfeuchte

Den größten Einfluss auf die Messgenauigkeit hat die Lufttemperatur.

Bei Raumtemperatur und bei tieferen Temperaturen ist der Einfluss der Luftfeuchtigkeit auf die Schallgeschwindigkeit vernachlässigbar. Bei höheren Lufttemperaturen nimmt jedoch die Schallgeschwindigkeit mit der Luftfeuchte zu.

Nach der Laufzeitmessung des reflektierten Ultraschallimpulses berechnet der Sensor die Entfernung zum Objekt über die Schallgeschwindigkeit. Mit der Lufttemperatur ändert sich allerdings auch die Schallgeschwindigkeit um 0,17 % pro Grad Kelvin. Um diesen Effekt auszugleichen, besitzen fast alle Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs einen Temperaturfühler. Dieser misst die Umgebungstemperatur und der Sensor korrigiert die temperaturbedingte Verfälschung der Messwerte (siehe Temperaturkompensation).

30

Luftdruck Zwischen Normalnull und 3.000 m Höhe nimmt die Schallgeschwindigkeit um weniger als 1 % ab. Auch die atmosphärischen Schwankungen an einem bestimmten Ort sind vernachlässigbar gering und wirken sich kaum messbar auf die Schallgeschwindigkeit aus.

Luftströmungen

Farbnebel

Gasarten

Normale Luftströmung (Wind) hat bis zu einer Geschwindigkeit von 7 Knoten (50–61,5 km/h) keine Auswirkung auf die Ultraschallmessung, wenn das Objekt die Reflexionseigenschaften eines Normreflektors aufweist. Bei stürmischem Wetter oder Orkan kann es zu einer unstabilen Messung mit Signalverlust kommen.

Farbnebel haben keinen feststellbaren Einfluss auf die Funktion des Ultraschallsensors. Um die Empfindlichkeit des Wandlers nicht zu beeinträchtigen, sollte sich der Farbnebel jedoch nicht auf der aktiven Wandleroberfläche absetzen.

Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs sind für den Betrieb in atmosphärischer Luft ausgelegt. Der Betrieb in anderen Gasen kann durch die abweichende Schallgeschwindigkeit und Dämpfung grobe Messfehler bis hin zur Funktionsunfähigkeit (z.B. in Kohlendioxid) bewirken.

Fremdschall Was die Änderung der Schallgeschwindigkeit durch ständiges Wechseln der Strömungsrichtungen und der Strömungsgeschwindigkeit der Luft angeht, lassen sich keine allgemein gültigen Aussagen treffen. Bekannt ist z. B., dass besonders hochtemperierte Objekte, wie z. B. glühendes Metall, erhebliche Luftturbulenzen verursachen. Der Ultraschall kann zerstreut oder abgelenkt werden, sodass kein auswertbares Echo zustande kommt.

Fremdschall wird von den systemeigenen Schall­ echos unterschieden und führt in der Regel nicht zu Fehlfunktionen. Hat die Störquelle die gleiche Frequenz wie der Ultraschallsensor, darf der Pegel des Fremdschalls, nicht die des systemeigenen Echos überschreiten. Dies kann z. B. bei der Befüllung eines Silos mit Steingut eintreten.

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1. Grundlagen | 1.6 Einflussgrößen

32

1. Grundlagen | 1.6 Einflussgrößen

1.6.2 Temperaturkompensation

1.6.3 Genauigkeit

Ultraschallsensoren arbeiten nach dem EchoLaufzeitverfahren. Das heißt, es wird der zeitliche Abstand zwischen dem gesendeten Ultraschallimpuls und dem empfangenen Echo ausgewertet. Über die Schallgeschwindigkeit kann der Ultraschallsensor die Entfernung des Objektes berechnen.

Unter Genauigkeit/absoluter Genauigkeit versteht man den Unterschied zwischen dem vom Sensor ausgegebenen Messwert und der tatsächlichen Messdistanz.

Bei der Schallausbreitung in Luft beträgt die Schallgeschwindigkeit rund 344 m/s bei Raumtemperatur. Die Schallgeschwindigkeit ist allerdings mit rund 0,17 % pro Grad Celsius temperaturabhängig. Damit ändert sich die vom Sensor gemessene Laufzeit und die berechnete Entfernung wird verfälscht. Die meisten Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs haben einen Arbeitsbereich von –25 °C bis +70 °C. Bei einer Messentfernung von 100 cm würde eine Temperaturänderung gegenüber einer Raumtemperatur von 20 °C einen Messfehler von –8,5 cm bei 70 °C und +7,65 cm bei –25 °C verursachen. Daher sind die meisten Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs mit Temperaturfühlern ausgerüstet, deren Messdaten zur Korrektur der Messdistanz verwendet werden.

Aus Praxissicht sind beim industriellen Einsatz von Ultraschall-Näherungsschaltern im Arbeitsbereich von –25 °C bis +70 °C absolute Genauigkeiten von 1–3 % realistisch. Höhere Genauigkeiten sind bei nahezu konstanten Umgebungsbedingungen erreichbar. Dabei empfiehlt es sich, die Temperaturkompensation auszuschalten (möglich über das Programmiertool). Eine weitere Möglichkeit wäre die Verwendung eines Ultraschall-Referenzsensors. Dabei wird ein zweiter Sensor gleichen Typs parallel zum Messsensor montiert und auf ein feststehendes Objekt ausgerichtet. Bei Änderungen der Umgebungsbedingungen in der Messstrecke ändert sich dabei auch scheinbar die Entfernung des Objekts aufgrund der geänderten Schallgeschwindigkeit. Um diesen Messfehler muss dann auch der Messwert des Messsensors z. B. in der Steuerung korrigiert werden.

Diese Kompensation wird über den gesamten Arbeitsbereich der Ultraschallsensoren von –25 °C bis +70 °C durchgeführt und ermöglicht so Messgenauigkeiten von circa +/–1,5 %.

Mittels des Echo-Laufzeitverfahrens berechnen Ultraschallsensoren den Abstand zum Objekt mit Hilfe der hier dargestellten Formel.

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1. Grundlagen | 1.7 Einbau und Montagehinweise

Einfacher Einbau und Montage Ultraschallsensoren können in beliebiger Lage installiert und betrieben werden. Einbaubedingungen, unter denen sich Materialien auf der Wandleroberfläche absetzen können, sind zu vermeiden.

Beim Reinigen von Ultraschallsensoren ist darauf zu achten, dass der Ultraschallwandler nicht beschädigt wird. Wassertropfen oder Krustenbildung auf der Wandleroberfläche beeinträchtigen die Funktion des Ultraschallsensors. Geringfügige Staubablagerungen sind unkritisch.

1.7.1 Betrieb und Objekteigenschaften Betätigungsrichtung Die zu erkennenden Objekte können von jeder beliebigen Seite in die Schallkeule eintreten. Die zu erwartenden Schaltpunkte lassen sich anhand der in den Datenblättern angegebenen Reichweiten und Ansprechkurven ermitteln.

Objekteigenschaften Ultraschallsensoren erkennen feste, flüssige und pulverförmige Objekte. Die Oberfläche eines Objekts muss die Schallwellen des Sensors reflektieren können. Schallschluckende Materialien wie z. B. Watte, Wolle oder Dämmmaterial reduzieren die angegebene Reichweite des Sensors.

Materialeigenschaften wie Transparenz, Farbe oder Oberflächenbehandlung (poliert oder matt) haben keine Auswirkung auf die Erkennungszuverlässigkeit. Raue, unebene Oberflächen reflektieren einen Teil der Schallenergie diffus. Dabei nimmt die Erkennungsreichweite ab. Große Objekte mit ebenen und glatten Oberflächen, die sich rechtwinklig zur Abstrahlrichtung befinden, ermöglichen eine ideale Reflexion. Eine zunehmende Winkelabweichung bewirkt die Ablenkung des Schalls. Eine zuverlässige Erkennung wird dann nicht mehr gewährleistet. Große Objekte mit einer unebenen, rauen Oberfläche lassen hingegen eine größere Winkelabweichung zu. Der Grund dafür liegt in der überwiegend diffusen Reflexion des Ultraschall-Signals. Füllniveaus oder Schüttkegel grobkörniger Materialien können so mit einer Winkelabweichung von bis zu 45° (bei reduzierter Reichweite) erkannt werden.

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1. Grundlagen | 1.7 Einbau und Montagehinweise

Umlenkung der Schallkeule Die Schallkeule kann mit glatten, ebenen Reflektoren abgelenkt werden. Dabei ist zu beachten, dass das Signal nicht mehr als zweimal umgelenkt wird. Denn bei jeder Ablenkung tritt eine Signaldämpfung auf, die die Reichweite reduziert. HINWEIS: Die Reflektor-Flächen müssen genau im 45°-Winkel ausgerichtet werden. Pepperl+Fuchs bietet für einige Sensortypen fertige 45°-UmlenkReflektoren an, mit denen eine Umlenkung der Schallkeule um 90° erreicht wird.

Mit einem Ultraschallsensor wird der Füllstand in einem Sammelbehälter für Klärschlamm zuverlässig erfasst.

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1. Grundlagen | 1.7 Einbau und Montagehinweise

1.7.2 Schallkeule und Freiräume Schallkeule

Freiräume

Bei der Ansprechkurve von Ultraschallsensoren spricht man von einer sogenannten Schallkeule.

Befinden sich in einer Anwendung Gegenstände, die nicht erfasst werden sollen, muss ein Freiraum um die Schallkeulenachse eingehalten werden. Nur so werden Fehlschaltungen durch ungewollte Reflexionen vermieden.

Innerhalb der Schallkeule werden Objekte erkannt, wenn sie genügend Schall zum Sensor reflektieren. Die Ansprechkurve ist abhängig von den Reflexionseigenschaften des Objekts. Daher werden in den Datenblättern Schallkeulendiagramme für verschiedene Standardobjekte angegeben. Die Schallkeule besitzt keine exakt definierten Grenzen und kann sich durch Umwelteinflüsse wie Temperatur oder Luftfeuchtigkeit verändern.

Ebene Platte, 100 mm x 100 mm Rundstab, ø 25 mm

Bei kleinen, runden oder schlecht reflektierenden Objekten kann man sich an der Ansprechkurve 2 (25-mm-Rundstab) orientieren, ebenso bei glatten Flächen die parallel zur Abstrahlrichtung des Sensors (Behälterinnenwand, Rohr) montiert sind. Bei größeren Objekten mit guten Reflexionseigenschaften (Störkanten) ist ein Freiraum einzuhalten, der mindestens der Kurve 1 (ebene Platte, 100 mm x 100 mm) entspricht. Können die Freiräume aus konstruktiven Gründen nicht eingehalten werden, gibt es bei vielen Sensortypen von Pepperl+Fuchs die Möglichkeit, die Schallkeule zu modifizieren (siehe Kapitel 1.2.3 Modifikation der Schallkeule). Dies kann über Teach-Tasten oder über ein Programmierinterface und entsprechende Software durchgeführt werden. Über die Software ist es auch möglich, störende Gegenstände innerhalb des Erfassungsbereichs gezielt auszublenden (Festzielausblendung über Blindbereich).

36

1.7.3 Mindestabstände Die angegebenen Werte sind als Richtlinien zu verstehen. Sie gelten, wenn die Strahlwinkel parallel zueinander ausgerichtet sind und die Oberflächen der Objekte sich im rechten Winkel zu den Achsen der Strahlwinkel befinden.

Zur Verhinderung gegenseitiger Beeinflussung sind die in den nachfolgenden Abbildungen angegebenen Mindestabstände zwischen Sensoren desselben Typs zu beachten.

X

Reichweite (mm)

X (m)

Bis 500 Bis 2.000 Bis 4.000 Bis 6.000

> 0,3 > 1,0 > 2,0 > 2,5

Anderenfalls ist der tatsächlich erforderliche Abstand „X“ experimentell zu ermitteln. Dieser hängt von Ausrichtung, Art und Oberfläche der zu erkennenden Zielobjekte ab, die sich innerhalb der Schallkeule befinden.

X

X΄

Für die gegenüberliegende Montage sind die neben stehenden Abstände zu beachten. Beim Auftreten von Störungen kann es notwendig werden, den Abstand „X΄“ zu vergrößern oder gegebenenfalls die Synchronisations- oder Multiplexfunktion zu aktivieren (siehe Kapitel 1.8. Synchronisation und Multiplexbetrieb). Synchronisierte und nicht synchronisierte Sensoren sollten nicht einander gegenüberliegend montiert werden.

Reichweite (mm)

X´ (m)

Bis 500 Bis 2.000 Bis 4.000 Bis 6.000

> 2,0 > 8,0 > 16,0 > 25,0

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1. Grundlagen | 1.8 Synchronisation und Multiplexbetrieb

Synchronisation von Ultraschallsensoren Bei der Installation von Ultraschallsensoren kann es vorkommen, dass Mindestabstände nicht eingehalten werden können. Dies kann zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Sensoren und zu eventuellen Fehlschaltungen führen. Pepperl+Fuchs bietet Sensorserien mit Synchronisations-Eingängen, wodurch der Mindestabstand zwischen den Sensoren verringert werden kann.

Ultraschallsensoren, die mit SynchronisationsEingängen ausgestattet sind, können im internen oder externen Synchron- oder Multiplex-Modus verwendet werden. Durch Synchronisation der Übertragungszyklen aller Sensoren lässt sich der störungsfreie Mindestabstand zwischen den Sensoren verringern. Die Synchronisation kann mit einem externen Synchronisationssignal oder bei einigen Sensortypen auch durch Eigensynchronisation im Multiplexoder Gleichtaktbetrieb erreicht werden.

1.8.1 Synchronisations-Eingang Viele Sensoren von Pepperl+Fuchs sind mit einem zusätzlichen Synchronisations-Anschluss ausgestattet. Bleibt dieser Synchronisations-Eingang offen, arbeitet der Sensor im Normalbetrieb. Durch Anlegen von einem definierten Potenzial (L+/L–), kann der Sensor durch ein externes Triggersignal gesperrt und wieder freigegeben werden. Solange der Sensor gesperrt ist, findet kein Aussenden von Ultraschallimpulsen statt. Die Ausgänge (Analog- und Schaltausgang) sind in diesem Zustand „eingefroren“. Sobald der Sensor über den SynchronisationsEingang für mindestens einen Messzyklus wieder freigegeben wird, findet eine Aktualisierung der Ausgänge statt. Diese Eigenschaft kann für einen externen Synchron- oder Multiplex-Betrieb genutzt werden, bei dem die Sensoren von einem externen Taktgenerator getriggert werden.

38

Beim internen Synchron- oder Multiplex-Betrieb ist kein Taktgenerator notwendig, die Sensoren kommunizieren über den verbundenen Synchronisations-Eingang selbstständig untereinander. Die erforderlichen Signalpegel, Taktzeiten und die maximal mögliche Anzahl der Sensoren sind dem Datenblatt zu entnehmen.

1.8.2 Synchron- und Gleichtaktbetrieb In dieser Betriebsart arbeiten die Sensoren im Gleichtaktbetrieb, d. h. sie senden gleichzeitig den Ultraschall-Impuls aus und warten auf ein reflektiertes Echo von einem Objekt im Erfassungs­ bereich. Dazu müssen die SynchronisationsEingänge aller Sensoren miteinander verbunden werden. Je nach Sensortyp/-familie und Parametrierung läuft der Gleichtaktbetrieb automatisch ab (interne Synchronisation) oder erfordert ein externes Triggersignal (externe Synchronisation).

Anwendung

Vorteile

Zusammenschluss mehrerer Sensoren zu einem Verbund (Schallvorhang) zur Überwachung großer Bereiche. Bei beengten Platzverhältnissen ist ein Zusammenschluss nützlich, da ein geringerer Mindestabstand zwischen den Sensoren erforderlich ist. Für die gegenüberliegende Montage sind dann nur noch die unten angegebenen Abstände zu beachten.

n

n

Nachteile

Geringer Verdrahtungsaufwand durch Verbinden der Synchronisations-Eingänge

Das Objekt kann keinem Näherungssensor eindeutig zugeordnet werden.

Schnelle Reaktion, da jeder Näherungsschalter ständig aktiv ist

X΄

Reichweite (mm)

X´ (m)

Reichweite (mm)

X´ (m)

Bis 500 Bis 2.000

> 1,0 > 4,0

Bis 4.000 Bis 6.000

> 8,0 > 12,0

1.8.3 Multiplexbetrieb Der Multiplexbetrieb des Sensors ermöglicht eine zeitlich gestaffelte Abfolge von Ultraschall­ impulsen, um zu verhindern, dass zwei bzw. mehrere Sensoren gleichzeitig Signale aussenden. Die Sensoren senden abwechselnd bzw. nacheinander den Ultraschallimpuls aus und warten auf ein reflektiertes Echo von einem Objekt im Erfassungsbereich. Dadurch wird eine gegenseitige Beeinflussung von Ultraschallsensoren ausgeschlossen und es müssen keine Mindestabstände zu benachbarten Sensoren mehr eingehalten werden. Da die Sensoren nacheinander aktiviert werden, verringert sich aber die Ansprech-/Reaktionszeit mit jedem Sensor, der im Multiplex-Verbund ist. Auch beim Multiplexbetrieb wird zwischen internem und externem Multiplexbetrieb unterschieden.

Bei dem internen Multiplexbetrieb müssen die Synchronisations-Eingänge aller Sensoren miteinander verbunden sein. Je nach Sensortyp/Familie und Parametrierung läuft der Multiplexbetrieb automatisch oder es muss dem Sensor über das Parametriertool eine Adresse zugewiesen werden. Bei externem Multiplexbetrieb ist ein externes Triggersignal notwendig und der zeitliche Ablauf muss von einer externen Steuerung koordiniert werden.

Vorteile n

n

Bei Anlagen/Maschinen mit sehr beengten Einbauverhältnissen, Sensoren gleichen Typs in unmittelbarer Nachbarschaft sowie verschiedenen Messaufgaben, um gegenseitige Beeinflussung zu unterbinden. Mindestabstände müssen nicht eingehalten werden, auch wenn sich die Sensoren gegenüber befinden.

Ein Objekt kann einem Sensor zugeordnet werden

Nachteile n

n

Anwendung

Sicherer Schutz vor gegenseitiger Beeinflussung

Bei externem Multiplexbetrieb zusätzlicher Aufwand für Taktgenerator Längere Ansprech-/Reaktionszeit im Vergleich zu Gleichtaktbetrieb, da die Sensoren nacheinander arbeiten

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Ultraschallsensoren in verschiedensten Anwendungen Ultraschallsensoren sind die Universalisten unter den Sensoren. Sie stehen in einer Vielzahl unterschiedlicher Ausführungen zur Verfügung und erschließen damit ein breites Anwendungsspektrum von der Fabrikautomation bis hin zum Einsatz an Spezialfahrzeugen.

40

Füllstandskontrolle

Mobile Equipment

Die Füllstandsmessung findet in den vielfältigsten Applikationen Anwendung. Dabei kommt es nicht auf die Art des Füllgutes an – ganz im Gegenteil: Ultraschall detektiert nahezu alle Materialien. Flüssigkeiten wie Milch, Chemikalien oder Farbe sowie Schlamm oder Schüttgüter werden stets zuverlässig erkannt. So kann mittels Ultraschalltechnologie der Füllstand in Silos oder Tanks von Molkereien, chemischen Anlagen, Mineralstoffbetrieben und vielen mehr präzise überwacht werden.

Gerade im Outdoorbereich können Ultraschallsensoren ihre Vorteile ausspielen. Verschmutzung wirkt sich nicht nachteilig auf das Messergebnis aus. Die Sensoroberfläche reinigt sich durch hochfrequente Vibration von Benetzung durch Flüssigkeiten bzw. Staubablagerungen. Auch in der modernen Landwirtschaft sorgen Ultraschallsensoren für zuverlässige Funktion. Mit ihrer Hilfe lassen sich die bis zu 40 m breiten Ausleger von Feldspritzen automatisch auf die optimale Höhe einstellen, um Düngemittel oder Pestizide versprühen zu können, ohne dabei die Pflanzen zu beschädigen.

Lager- und Fördertechnik

Getränke- und Lebensmittelindustrie

Tür, Tor und Aufzüge

Der weltweite Bedarf an zuverlässiger und präziser Ausrüstung für den Materialtransport und entsprechenden Logistiklösungen steigt ständig. Im Bereich der Lager- und Fördertechnik kommt es vor allem auf das präzise Positionieren schwerer Lasten und die effektive Steuerung schneller Bewegungen an. Die intelligente Ultraschalltechnologie bietet hier entscheidende Vorteile.

Auch in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie haben kurze Durchlaufzeiten und minimale Aus­ fallzeiten von Maschinen und Anlagen höchste Priorität. Zusätzlich sind strenge Hygienevorschriften zu beachten, um qualitativ hochwertige Endprodukte zu erzeugen.

An Parkplätzen und Parkhäusern wird die Zufahrt mit Schrankenanlagen geregelt. Hierbei ist es wichtig, dass sich die Schranke nicht absenkt, solange sich Personen oder Fahrzeuge darunter befinden. Zur Steuerung dieses Vorgangs sind Ultraschallsensoren bestens geeignet. Sie erkennen Objekte unabhängig von Form oder Farbe und überwachen den gesamten Bereich unterhalb der Schranke.

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2. Anwendungen | 2.1 Anwendung Füllstandskontrolle

Füllstandsmessung mit F65 Mit Ultraschall zur optimalen Befüllung Die Füllstandsmessung findet in den vielfältigsten Applikationen Anwendung. Dabei kommt es nicht auf die Art des Füllgutes an – ganz im Gegenteil: Ultraschall detektiert nahezu alle Materialien. Flüssigkeiten wie Milch, Chemikalien oder Farbe sowie Schlamm oder Schüttgüter werden stets zuverlässig erkannt. So kann mittels Ultraschalltechnologie der Füllstand in Silos oder Tanks von Molkereien, chemischen Anlagen, Mineralstoffbetrieben und vielen mehr präzise überwacht werden.

Die Serie F65 kann durch die besondere Bauform einfach auf Behältern montiert werden.

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Damit der Pegel stimmt

Einfachste Inbetriebnahme und Parametrierung

Für eine Füllstandsmessung in geschlossenen Behältern eignen sich hervorragend die Ultraschallsensoren der Baureihe F65.

Zusätzlich steht bei allen Varianten des F65 für die Inbetriebnahme und zur Parametrierung das Programmierinterface 3RX4000-PF inkl. Software „SONPROG for Windows“ zur Verfügung.

Damit der Sensor die Flüssigkeit im Inneren detektieren kann, muss ein Loch mit 30 mm Durchmesser möglichst mittig im Behälterdeckel gebohrt und der Sensor mit seinem speziellen Gehäuse einschließlich Gummidichtung darüber montiert werden. Für den Einsatz in verschieden großen Behältern wurde die Baureihe F65 in drei verschiedenen Messbereichen (60 ... 500 mm, 200 … 1.500 mm und 250 … 2.500 mm) konzipiert.

 ur Inbetriebnahme sollte der Sensor möglichst mittig über dem Behälter Z montiert sein, damit die Schallkeule des Ultraschallsensors seitlich nicht bis zum Rand des Behälters reicht und womöglich Ablagerungen oder Schweißnähte detektiert werden. Auch die Blindzone zwischen Ultraschallwandler (weiße Fläche) und dem Messbereichsanfang (siehe Datenblatt) ist zu beachten. Befindet sich der Füllstand im Bereich der Blindzone, kann es zu Fehlmessungen kommen. Die Ultraschalltechnologie besticht nicht nur durch die einfache Handhabung, sondern auch durch Präzision und Verlässlichkeit. Profitieren auch Sie von unserem Know-how und lassen Sie Ihren Füllstand von Pepperl+Fuchs kontrollieren.

Die Ultraschallsensoren der Serie F65 sind prädestiniert für die Füllstandsmessung in geschlossenen Behältern.

Variantenvielfalt ermöglicht optimale Anpassung Für die Auswertung des Füllstands stehen verschiedene Varianten der Serie F65 zur Verfügung: n

n

mit Analogausgang zur kontinuierlichen Füllstandsanzeige und zusätzlichem Schaltausgang zur Überfüllsicherung mit 2 Schaltausgängen für minimalen und maximalen Füllstand

Bei den Geräten mit zwei Schaltausgängen (UCxxx-F65-E8R2-V15) ist der Ausgang Smax dem maximalen Füllstand (Überfüllsicherung) und der Ausgang Smin dem minimalen Füllstand (Behälter leer) zugeordnet.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

Sichere Erkennung von Flüssigkeiten und Schüttgütern

n

Kontinuierliche und präzise Überwachung

n

Vermeidung von Überfüllung

n

Einfache nachträgliche Montage der Sensoren auf Behältern

n

Variantenvielfalt zur optimalen Anpassung an Ihre Applikation

Der minimale Schaltpunkt Smin kann über den Eingang „XI“ eingelernt werden. Dieser Vorgang wird durch Anwendung des Teach-Adapters UB-PROG4-V15 noch komfortabler. 43

2. Anwendungen | 2.1 Anwendung Füllstandskontrolle

Füllstandskontrolle in Kiesbunkern Ultraschallsensoren im Kiestagebau In einem Kiestagebau erfolgt die Förderung verschiedener Baustoffe wie z. B. Sand, Schotter oder Kies. Diese Materialien werden in bis zu 50 m Tiefe abgebaut und müssen entsprechend zwischengelagert werden, bis es zum Abtransport kommt. Über Förderbänder werden die Baustoffe zu Bunkern transportiert. Um festzustellen, wann die maximale Füllhöhe eines Bunkers erreicht ist, können Ultraschallsensoren eingesetzt werden. Für diese Anwendung eignet sich die Baureihe F260 besonders. Die Sensoren ermitteln per Ultraschall-Laufzeitmessung den Abstand zur Oberfläche des Füllgutes und übermitteln diesen Wert an die Schaltwarte des Kiesbunkers. Dort kann eine weitere Befüllung gestoppt und so die Überfüllung vermieden werden. Dieser Vorgang wird über den Analogausgang des Ultraschallsensors abgewickelt. Zusätzlich besitzen die Geräte noch zwei Schaltausgänge. Ein Ausgang dient dabei zur Vorwarnung, dass die maximale Füllhöhe des Bunkers bald erreicht ist. Der weitere Schaltausgang sorgt für eine Endabschaltung, sobald der Bunker vollständig befüllt ist. Der Erfassungsbereich dieser Sensoren beträgt bis zu 10 m. So kann die kontinuierliche Befüllung der Bunker jederzeit kontrolliert werden. Auch der weit gefasste Temperaturbereich von –25 … +70 °C zeichnet diese Serie besonders aus. Beim Einsatz in Schottersilos mit hoher Staubentwicklung kann die maximale Reichweite der 10-m-Sensoren auf bis zu 6 m zurückgehen. Die Serie F260 bietet bei dem Analogausgang folgende Varianten (inkl. 2 Schaltausgängen in Schließer- oder Öffner-Ausführung): n 4 … 20 mA, UC10000-F260-IE..-V15 n 0 … 10 V, UC10000-F260-UE..-V15 Zusätzlich steht bei allen Varianten für die Inbetriebnahme und zur Parametrierung das Programmierinterface 3RX4000-PF inkl. der Software „SONPROG for Windows“ zur Verfügung.

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In Kiesbunkern werden Ultraschallsensoren zur

In Kiesbunkern werden Ultraschallsensoren zur

kontinuierlichen Füllstandskontrolle eingesetzt.

kontinuierlichen Füllstandskontrolle eingesetzt

Wichtig für die Umsetzung Der Sensor ist möglichst mittig über dem Bunker zu montieren, damit die Schallkeule seitlich nicht bis zum Rand des Behälters reicht und womöglich Anbauten oder Kanten detektiert. Um eine ausreichende Schallreflexion bei steigendem Füllstand zu gewährleisten, ist die Schallkeule des Sensors etwas schräg zur Mitte des Schüttkegels auszurichten.

Befüllung sicher im Griff Durch die kontinuierliche Füllstandsmessung an der Schaltwarte sind Anlagenbetreiber immer über den aktuellen Füllstand der Kiesbunker informiert. Der Schaltausgang des F260 hat die Funktion einer Überfüllsicherung, schaltet das Förderband ab und verhindert eine Überfüllung. So ist ein sicherer Anlagenbetrieb jederzeit gewährleistet.

In seiner speziellen Halterung kann der F260 um bis zu 10° geschwenkt werden. Zu beachten ist ebenfalls die Blindzone zwischen Sensorkopf (weiß) und Messbereichsanfang (80 cm). Befindet sich der Füllstand in diesem Bereich, kann es zu Fehlmessungen kommen.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

n

n

Besonders robuste Bauform mit hoher Funktionsreserve  ontageflansch mit drehbarer Halterung zur optimalen Ausrichtung M des Sensorkopfs  infache Inbetriebnahme durch Visualisierung mit E der Software SONPROG und dem Programmierinterface 3RX4000-PF

n

Ständige Statuskontrolle der Befüllung

n

Sicheres Abschalten des Förderbandes

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2. Anwendungen | 2.1 Anwendung Füllstandskontrolle

Füllhöhenkontrolle bei Schüttgütern

Immer bestens informiert mit Ultraschall Bei der Reinigung von Abwasser entstehen tagtäglich Unmengen an Klärschlamm. Dieses Abfallprodukt muss weiterverarbeitet oder fachgerecht entsorgt werden. Dafür ist es notwendig, die Masse in entsprechende Transportbehälter abzufüllen.

Die Sensorserie 30GM70 ist durch den großen Messbereich besonders zur Überfüllsicherung geeignet.

Dieser Vorgang wird durch Ultraschallsensoren überwacht, um eine Überfüllung der Behälter zu vermeiden. Dabei wird die Füllhöhe von einem Sensor kontrolliert und als Analogwert ausgegeben. Beim Erreichen der maximalen Füllhöhe liefert der Sensor ein zusätzliches Schaltsignal, das für den Stopp der Materialförderung verwendet werden kann. Die „kegelförmige“ Aufhäufung von Schüttgütern in Behältern erfordert eine angemessene Montage des Sensors. Dessen Schallkeule ist etwas schräg zur Mitte des Schüttkegels auszurichten, um eine ausreichende Schallreflexion bei steigendem Füllstand zu gewährleisten. Je nach Messabstand und Anforderung kann ein entsprechender Sensor der Baureihe 30GM70 verwendet werden. Der Ultraschallsensor UCC3500-30GH70-IE2R2-V15 ist für diese Anwendung prädes­tiniert. Er verfügt über einen Messbereich von 20 … 350 cm, einen Analogausgang (4 … 20 mA) sowie über einen zusätzlichen Schaltausgang. So ist es möglich, auch aus größerer Entfernung eine kontinuierliche Füllstandsmessung und Überfüllsicherung zu gewährleisten.

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Einfache Inbetriebnahme mit der Software ULTRA-PROG-IR Für die Inbetriebnahme und zur Parametrierung empfehlen sich der USB-Programmieradapter UC-18/30GM-IR und das Programm ULTRA-PROG-IR. Damit sind eine Visualisierung der Objektentfernung, der Echosignalstärke sowie die einfache Anpassung der Analog- und Schaltgrenzen im Sensor möglich. Um auch bei nachrutschendem Material ein kontinuierliches Messsignal zu gewährleisten, ist die Programmierung eines Mittelwertes von 250 von Vorteil, denn dadurch werden Sprünge beim Messwert vermieden. Durch die kontinuierliche Füllstandsmessung sind die Betreiber von Kläranlagen an der Schaltwarte stets über den aktuellen Füllstand der Entsorgungsbehälter informiert und können rechtzeitig für einen ordnungsgemäßen Abtransport und für eine Entleerung voller Behälter sorgen. Die Sensorserie 30GM überzeugt vor allem durch eine hohe Robustheit gegenüber aggressiven Dämpfen sowie durch den PTFE-beschichteten UltraschallWandler und die Edelstahlhülse aus V4A.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

Kontinuierliche Füllstandsmessung

n

Überfüllsicherung

n

Langlebige und robuste Sensorlösung mit V4A-Edelstahlhülse

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Einfache Inbetriebnahme und Programmierung

Der Ultraschallsensor 30GM70 detektiert kontinuierlich die Höhe des Füllguts im Container und vermeidet eine Überfüllung.

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2. Anwendungen | 2.2 Mobile Equipment

Höhenerkennung an Pflanzenspritzen Ultraschallsensoren steuern die Bewirtschaftung von Ackerflächen

Landmaschine bei der Bewirtschaftung der Felder mit einer Pflanzenspritze. Die Spritzdüsen sind am Ausleger der Maschine in bestimmten Abständen angebracht.

Unebenes Gelände sowie wechselnde Pflanzenhöhen fordern Mensch und Maschine, wenn es um die Bewirtschaftung von Ackerflächen geht. Höhe und Position des Auslegers von Pflanzenspritzen oder Erntemaschinen müssen flexibel anpassbar sein, damit die Pflanzen nicht beschädigt werden. Pflanzenspritzen werden üblicherweise dazu eingesetzt, Flüssigdünger, Pestizide und andere Flüssigkeiten während des Wachstums auf Erntepflanzen zu verteilen. 48

Da Pflanzen während ihres Wachstums unterschiedlich hoch sind und auch weil Pflanzenspritzen bei verschiedenen Gewächsen eingesetzt werden, muss die Auslegerhöhe des Sprühgeräts genau angepasst sein. Dadurch wird sichergestellt, dass die richtige Menge der verteilten Flüssigkeit auf die Pflanzen aufgebracht wird.

Robust und zuverlässig Zu verwenden sind hierbei Ultraschallsensoren, die aufgrund ihrer Schutzart und Bauform für den Einsatz im Außenbereich geeignet sind. Die Serie 30GM bietet sich für diese Applikation besonders an. Die Sensoren zeichnen sich durch eine hohe Schutzart (IP67) aus und sind unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit, Schmutz und Chemikalien, wie sie in der Landwirtschaft vorkommen. Das Gehäuse besteht aus Metall, ist äußerst robust und lässt sich einfach im Gestänge des Auslegers montieren.

Die Serie 30GM ermöglicht die Verteilung von Flüssigdüngern, Pestiziden und anderen Flüssigkeiten automatisch in angemessener Höhe.

Schnell und effizient

Ihre Vorteile auf einen Blick

Durch den Einsatz der Ultraschallsensoren an der Feldspritze kann die Höhe des Auslegers über dem Boden bzw. den Pflanzen während der Fahrt konstant gehalten werden. Dadurch ist eine gleichmäßige Ausbringung von Spritz- und Düngemitteln gewährleistet. Des Weiteren wird eine mögliche Kollision der Ausleger mit dem Boden auf unebenem Terrain verhindert. Der Sensor ermittelt den Abstand zwischen Pflanze und Gestänge, gibt diesen als Analog- oder Messwert an die Fahrzeugsteuerung weiter, woraufhin diese Höhe und Position anpasst. So kann sich der Fahrer während der Feldbearbeitung voll und ganz auf das Fahren der Maschine konzentrieren.

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Automatische Anpassung der Auslegerhöhe

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Vermeidung von Schäden am Gestänge der Pflanzenspritze

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Gleichmäßige Aufbringung von Spritz- und Düngemittel

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Robuste und langlebige Sensorlösung

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Verringerung der Bewirtschaftungszeit

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2. Anwendungen | 2.2 Mobile Equipment

Sicheres Arbeiten an Hubarbeitsbühnen Von Baustellen nicht mehr wegzudenken Auf vielen Baustellen werden immer häufiger fahrbare Hubarbeitsbühnen eingesetzt. Diese erleichtern die Arbeit an hoch gelegenen Arbeitsstellen und erhöhen die Produktivität der Arbeitsvorgänge. Der Sicherheitsaspekt sollte jedoch auch hier nicht unbeachtet bleiben. Denn fast täglich ereignen sich schwere Unfälle mit Hubarbeitsbühnen durch Kollisionen oder Ähnliches. Um den Betrieb dieser Arbeitsgeräte zu sichern, können Ultraschallsensoren eingesetzt werden. Aufgrund der kompakten Bauform eignen sich die Ultraschallsensoren der Baureihe Varikont L2 besonders gut. Mit deren Hilfe wird der Bereich unter der Hubarbeitsbühne, unterhalb des Arms, sowie rund um das Fahrzeug überwacht. So können Kollisionen der Maschine mit jeglichen Objekten wie Bäumen, Gebäuden oder Personen verhindert werden. Erkennen die Ultraschallsensoren ein Objekt im näheren Umfeld, wird die Maschine zunächst auf Langsamfahrt umgeschaltet. Bei akuter Kollisionsgefahr stoppt die Maschine vollständig.

Die Ultraschallsensoren der Baureihe Varikont L2 sind durch ihr kompaktes Design besonders für den Einbau an der Hubarbeitsbühne geeignet.

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Sicheres Arbeiten mit Hubarbeitsbühnen Zur Sicherung des Arbeitsgerätes werden die Ultraschallsensoren an den entsprechenden Stellen der Hubarbeitsbühne angebracht.

Zur Sicherung des Arbeitsgerätes werden die Ultraschallsensoren an den entsprechenden Stellen der Hubarbeitsbühne angebracht.

Um eine gegenseitige Beeinflussung der Sensoren zu verhindern und gleich­ zeitig die kürzestmögliche Ansprechzeit sicherzustellen, sind diese im Gleich­ takt zu synchronisieren. Da Hubarbeitsbühnen meist im Außenbereich eingesetzt werden, ist auf eine entsprechende Eignung der Sensoren zu achten. Durch die Überwachung des Bereichs rund um die Maschine wird sichergestellt, dass keine Kollision mit anderen Maschinen, Gebäuden oder sonstigen Objekten erfolgt. Schäden werden verhindert und die Maschinenverfügbarkeit wird erhöht.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

Ständige Überwachung der Hubarbeitsbühne

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Erhöhte Sicherheit für Mensch und Maschine

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Vermeidung von Sachschäden an Objekten

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Steigerung der Produktivität

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2. Anwendungen | 2.2 Mobile Equipment

Ultraschall an Spritzmittelzerstäubern Bewirtschaftung von Obstplantagen mit Ultraschallsensoren Die Bewirtschaftung von Obstplantagen erfordert höchste Sorgfalt. Wer eine ertragreiche Ernte erzielen möchte, muss seine Pflanzen vor Schädlingen schützen. Da eine Vielzahl von Krankheiten die Pflanzen auf Obstplantagen befallen, ist es umso bedeutender, deren Fortbestehen und Fruchtbarkeit zu sichern. Dies geschieht mittels Pflanzenschutzmitteln, die nach einem speziellen Spritzplan verteilt werden müssen. Auch diese treiben die Kosten der Obstbauern in die Höhe. Um die Ernte trotz allem für einen angemessenen Preis verkaufen zu können, ist es notwendig, dass der Spritzvorgang möglichst effizient ausgeführt wird.

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Bei der herkömmlichen Methode wird das Spritzmittel kontinuierlich – auch in den Freiräumen zwischen den Bäumen – verteilt. Durch den Einsatz von Ultraschallsensoren können Baumlücken detektiert und Spritzmittel kann eingespart werden. Der Sprühvorgang wird unterbrochen, sobald ein Freiraum erkannt wird.

Gezielte Steuerung spart Kosten

Einfache Inbetriebnahme erleichtert die Handhabung

Für diese Applikation sind die Ultraschallsensoren der Serie 30GM70 bestens geeignet. Durch ihre hohe Schutzart können die Sensoren bei Wind und Wetter eingesetzt werden, ohne dass die Leistung beeinflusst wird. Die Robustheit macht sie dabei unempfindlich gegenüber Chemikalien, die in den Spritzmitteln enthalten sind.

Die Sensoren sind seitlich am Vorratsbehälter anzubringen. Es ist wichtig, einen Sensor mit ausreichend hoher Reichweite und entsprechender Funktionsreserve zu wählen, da ein Baumstamm keinen idealen Reflektor darstellt. Hier bietet sich z. B. der UC6000-30GM70-2E2R2-V15 mit einem Erfassungsbereich von 35 … 600 cm und zwei Schaltausgängen an. Für die Inbetriebnahme und zur Parametrierung empfehlen sich der USB-Programmieradapter UC-18/30GM-IR und das Programm ULTRA-PROG-IR. Damit ist eine Visualisierung der Objektentfernung und Echosignalstärke sowie eine einfache Einstellung der Schaltgrenzen möglich. Alternativ können die Schaltgrenzen auch über die Potentiometer am Sensor direkt eingestellt werden. Beim Einbauort – speziell bei der Montagehöhe über dem Boden – sind die Ausmaße der Schallkeule zu berücksichtigen. Gegebenenfalls ist die Schallkeulenbreite von 100 % auf 80 % zu reduzieren, um eine Beeinflussung durch Regen und Spritznebel im Nahbereich zu vermeiden.

Die Ultraschallsensoren der Serie 30GM70 ermöglichen eine gezielte Ausbringung des Spritzmittels.

Mit Hilfe der Ultraschallsensoren werden die einzelnen Bäume detektiert und der Spritzvorgang in den Baumlücken unterbrochen. So kann sowohl eine Kosten- als auch eine Zeitersparnis erzielt werden, da auch der Vorratsbehälter seltener befüllt werden muss.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

Kosten- und Zeitersparnis durch Einsparung von Spritzmittel

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Robuste und langlebige Sensorlösung

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Hohe Reichweiten zur exakten Erfassung der Objekte

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Einfache Inbetriebnahme und Parametrierung

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2. Anwendungen | 2.2 Mobile Equipment

Müllfahrzeuge einfach steuern Ultraschallsensoren sorgen für sicheren Entleerungsbetrieb Für zuverlässig arbeitende mobile Maschinen werden Sensoren benötigt, die Tag für Tag den härtesten Bedingungen standhalten. So gehören extreme Temperaturen, massive Erschütterungen und Vibrationen zum Alltag. Ultraschallsensoren, die z. B. an Müllfahrzeugen zum Einsatz kommen, müssen äußerst robust sein, um einen sicheren Betriebsablauf garantieren zu können. Dabei werden sie sehr vielseitig eingesetzt.

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Mit Hilfe der Ultraschallsensoren läuft der Betrieb von Müllfahrzeugen effizient und nahezu automatisch. Eine jederzeitige Kontrolle im Hub-/Absetzbereich des Fahrzeuges wird ebenso gewährleistet wie die automatische Erkennung der Containergröße. Dies ermöglicht eine außerordentliche Flexibilität ohne manuellen Eingriff des Müllwerkers. So kommen Fahrzeug und Müllwerker schnell und sicher durch den Tag.

Serie 18GM40 ermittelt die Größe der Müllcontainer Wird eine Mülltonne an die Hubeinheit des Müllfahrzeuges angenähert und angehoben, ermittelt der Ultraschallsensor UB300-18GM40A ihre Größe. Bei Aufnahme eines großen Containers mit einem Volumen von 1.100 l werden beide Lifter benötigt, die den Container synchron befördern. Bei Aufnahme von zwei kleinen oder auch nur einer kleinen Tonne werden die Lifter einzeln nach Bedarf gesteuert.

Serie Varikont L2 zur Absicherung des Schüttungsbetriebes Beim Wiederabsenken nach der Entleerung muss der Bereich unter der Tonne überwacht werden. Hierbei ist es wichtig, dass keine Person zu Schaden kommt und das kein anderes Hindernis von der Tonne getroffen und beschädigt wird. Die Überwachung dieses Bereichs erfolgt mit insgesamt vier Ultraschallsensoren vom Typ UC2000-L2.

Serie 30GM70 überwacht den Inhalt des Fahrzeuges Mit Ultraschallsensoren vom Typ UC2000-30GM70 im Einwegschrankenbetrieb wird der Einfüllbereich des Müllcontainers auf dem Fahrzeug hinsichtlich seines Füllstands überwacht. Ist dieser Bereich zu voll, wird eine korrekte Entleerung der Tonne nicht mehr gewährleistet und es kann Müll aus dem Fahrzeug fallen. Deshalb wird bei drohender Überfüllung des hinteren Bereichs die Hydraulikpresse des Fahrzeugs durch den Ultraschallsensor immer rechtzeitig in Gang gesetzt und so der Müll in den Bauch des Fahrzeugs gepresst.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

Absicherung des Hub- und Absetzbereiches der Müllfahrzeuge

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Effizienter und fehlerfreier Entleerungsablauf ohne manuellen Eingriff

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Automatische Größenerkennung der Container

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Kontinuierliche Überfüllungskontrolle

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2. Anwendungen | 2.3 Lager- und Fördertechnik

Palettenerkennung an Gabelstaplern Präzise Positionierung mit Ultraschallsensoren Der weltweite Bedarf an zuverlässiger und präziser Ausrüstung für den Materialtransport und entsprechenden Logistiklösungen steigt ständig. Im Bereich der Lager- und Fördertechnik kommt es vor allem auf das präzise Positionieren schwerer Lasten und die effektive Steuerung schneller Bewegungen an. Der Materialtransport erfolgt mit Maschinen wie z. B. Gabelstaplern, Fahrzeugkränen oder Hubarbeitsbühnen. Bei Logistikanwendungen im Lager- und Förderbereich werden üblicherweise Gabelstapler eingesetzt. Sie müssen zuverlässig schwere Lasten an ihren Bestimmungsort transportieren. Dabei werden Sensoren von Pepperl+Fuchs dazu eingesetzt, bestimmte Bereiche des Gabelstaplers zu überwachen, um ein hohes Maß an Genauigkeit und Betriebssicherheit zu gewährleisten. An Hubgabeln von Gabelstaplern kann mit Hilfe von Ultraschallsensoren festgestellt werden, ob sich eine Palette auf der Gabel befindet und auch wie weit die Gabel bereits unter die Palette eingetaucht ist. Dies ermöglicht eine gezielte Kontrolle und Sicherung des Förderguts.

Klein und zuverlässig Zum Einbau von Ultraschallsensoren in der Hubgabel des Gabelstaplers empfiehlt sich eine kubische Gehäusebauform wie z. B. der Varikont L2. Da Gabelstapler oftmals auch im Freien eingesetzt werden, ist die hohe Schutzart IP67 hier von allergrößtem Nutzen. Die robuste Ultraschalltechnik lässt sich von Regen, Nebel oder starken Temperaturunterschieden wie z. B. bei der Kommissionierung im Kühlhaus nicht beeinflussen. Der Ultraschallsensor ist etwas oberhalb der Gabel, ggf. leicht nach oben geneigt, zu montieren und je nach Bedarf über eine Parametrier­software (sofern bauformabhängig vorhanden) auf eine schmalere Schall­keule ein­ zustellen. Für die vorliegende Applikation bietet sich eine Reich­weite der Sensoren von 500 mm an. Werden Sensoren mit 2.000 mm Reichweite verwendet, muss die daraus resultierende deutlich größere Schallkeule berücksichtigt werden. 56

Die Ultraschallsensoren der Baureihe Varikont L2 sind durch ihre kompakte Bauform besonders für den Einbau in der Hubgabel geeignet.

Sicherung des Förderguts Durch die Detektion der Palette auf der Gabel des Staplers wird gewährleis­ tet, dass sich die Gabel weit genug unter der Palette befindet, bevor das Anheben freigegeben wird. Unter Einbeziehung weiterer Maschinenparameter kann von der Maschinensteuerung sichergestellt werden, dass beispielsweise bei hoch ausgefahrenem Mast und einer Last auf der Gabel nur die langsamste Fahrstufe freigegeben wird, wohingegen bei ausgefahrenem Mast ohne Last eine

etwas schnellere Fahrstufe gewählt werden darf. Dadurch kann die Unfallgefahr verringert und sowohl die Sicherheit als auch die Effektivität der Maschine erhöht werden. Auch leere, beschädigte, lackierte, mit Transparentfolie umspannte oder metallene Paletten können mit Ultraschall zuverlässig erkannt werden. So gelangen Materialien immer sicher und schnell an ihren Bestimmungsort.

Der Ultraschallsensor der Baureihe Varikont L2 passt durch seine kleine Bauform perfekt an das Gestänge oberhalb der Hubgabel und erkennt so die Position der aufgeladenen Palette.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

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Robuste und langlebige Sensorlösung  Erkennung selbst schwierigster Materialien wie Metalle, Lacke, Holz oder Folie

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Sicherung des Förderguts

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Steuerung des Gabelstaplers abhängig von der aufgenommenen Last

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Verringerung der Unfallgefahr durch erhöhte Sicherheit

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2. Anwendungen | 2.3 Lager- und Fördertechnik

Transport von Leiterplatten Ultraschallsensoren zur Detektion von Leiterplatten Vom modernen Smartphone über Haushaltsgeräte bis hin zum Automobil: Kaum eine Maschine kommt heute noch ohne Elektronik aus und ist daher mit Leiterplatten bestückt. Diese Leiterplatten bilden das Kernstück eines jeden Geräts und müssen mit größter Sorgfalt gehandhabt werden.

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Ultraschallsensoren helfen dabei, den Produktionsprozess dieser höchst empfindlichen Leiterplatten sicher zu steuern. Da diese bei der Fertigung oftmals auf kleinsten Platzverhältnissen befördert werden, eignet sich der Miniatursensor F77 besonders für diese Applikation. Mit gerade einmal 31 mm Höhe und 12 mm Breite lässt sich der kleine Sensor optimal unter dem Förderband platzieren.

Kleiner Sensor mit großer Schallkeule

Ultraschalltechnologie für noch mehr Sicherheit

Der Reflexionstaster F77 verfügt über eine breite Schallkeule und einen Messbereich von 20 … 250 mm. Dadurch können die vorbeifahrenden Leiterplatten sicher detektiert werden. Das Schaltsignal des Sensors wird für den Stopp des Förderbandes zur Steuerung des Leiterplattenflusses verwendet.

Ultraschallsensoren liefern auch bei spiegelnden Oberflächen ein zuverlässiges Schaltsignal, da die Schallreflexion durch eine spiegelnde Oberfläche nicht beeinflusst wird. Aufgrund der Breite der Schallkeule führen auch Ausbrüche in der Leiterplatte nicht zu Fehlschaltungen. Mit der neuen Miniaturbauform bietet die Ultraschalltechnologie weitere schlagkräftige Vorteile.

Bei der Montage ist zu beachten, dass die Schallkeule des Ultraschallsensors möglichst senkrecht zur Leiterplatte ausgerichtet ist, um eine sichere Reflexion der Schallwellen zu gewährleisten. Der Abstand zur Leiterplatte muss so gewählt werden, dass erhöhte Bauteile auf der Leiterplatte nicht in die Blindzone des Sensors reichen.

Störungs- und wartungsfreier Anlagenbetrieb Der kompakte Sensor F77 gewährleistet einen störungs- und wartungsfreien Anlagenbetrieb. Auch bei spiegelnden Oberflächen und Ausbrüchen in der Leiterplatte übermittelt der Ultraschallsensor zuverlässige Schaltsignale und blendet Hintergründe exakt aus. Aufgrund der sehr geringen Platzverhältnisse im Zuführband ist der Miniatursensor F77 die perfekte Lösung, um eine sichere und verlässliche Funktion der Fertigungsanlage zu gewährleisten.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

 leinste Bauform mit sehr geringer Blindzone für beengte K Einbaubedingungen

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Einfacher Einbau und Inbetriebnahme

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Unabhängig vom Material – sicheres Erkennen von spiegelnden Objekten

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Hohe Störfestigkeit gegen Pressluft und Anlagengeräusche

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Störungs- und wartungsfreier Anlagenbetrieb

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 ompatibel zu optischen Bauformen durch Ausführungen mit hoher K Schaltfrequenz

Auch bei spiegelnden Oberflächen und Ausbrüchen in der Leiterplatte übermittelt der F77 zuverlässige Schaltsignale.

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2. Anwendungen | 2.4 Getränke- und Lebensmittelindustrie

Sicherer Materialfluss mit Ultraschall Ultraschallsensoren in der Getränkeindustrie Auch in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie haben kurze Durchlaufzeiten und minimale Ausfallzeiten von Maschinen und Anlagen höchste Priorität. Zusätzlich sind strenge Hygienevorschriften zu beachten, um qualitativ hochwertige Endprodukte zu erzeugen.

In Abfüllanlagen von Getränkeproduktionen müssen ein- und ausfahrende Flaschen unabhängig von Material und darin enthaltener Flüssigkeit kontinuierlich gezählt werden. Auch am Auslass von PET-Flaschen-Blasmaschinen und Flaschenspülautomaten werden einzelne Flaschen erfasst, um den Materialfluss sicherzustellen.

Ultraschall-Einwegschranken eignen sich besonders zur Flaschenzählung in hoher Geschwindigkeit.

Durch den Einsatz von Ultraschallsensoren in der Flaschenzählung kann der Materialfluss kontinuierlich überwacht werden.

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Hohe chemische Resistenz Die einzelne Erfassung von durchfahrenden Flaschen ist für normale tastende Ultraschallsensoren zu schnell, da die Flaschen den Sensor einerseits mit einer hohen Geschwindigkeit und andererseits oft nur mit einem sehr kleinen Abstand zwischen zwei Flaschen passieren. Aus diesem Grund bieten sich Ultraschall-Einwegschranken zur Flaschenzählung besonders an. Da in diesen Applikationen sehr oft mit heißem Wasserdampf und Chemikalien zur Maschinenreinigung zu rechnen ist, werden Ultraschall-Einwegschranken mit einer höheren chemischen Resistenz benötigt. Daher sollte die Schutzart mindestens IP68/69K betragen. Als besonders geeignet erweist sich dabei die Baureihe UBEC300-18GM40-... (Spritz-Zone). In von Reinigungszyklen nicht betroffenen Maschinenbereichen ist es möglich, Standard-Ultraschall-Einwegschranken wie z. B. die Baureihe UBE1000-18GM40-... einzusetzen. Da die Ultraschallsensoren von Pepperl+Fuchs selbst schwierigste Materialien erkennen, werden auch transparente Glas- oder Plastikflaschen sicher erfasst.

Durch die Erfassung und Zählung der Flaschen an mehreren Stellen in der Maschine ist eine kontinuierliche Überwachung des Materialflusses sichergestellt. Die Ein- und Ausfahrt der Flaschen in den Füller wird optimiert und fehlende Flaschen in der Kette werden sicher erkannt. Auch in Bereichen mit starker Wasserdampfentwicklung ist eine zuverlässige Erfassung der Flaschen mit Ultraschall-Einwegschranken gewährleistet.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

Kontinuierliche Überwachung des Materialflusses

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Optimierung der Durchlaufzeiten

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 rkennung selbst schwierigster Materialien wie Glas- oder transparente E Plastikflaschen Ideal für High-speed-Anwendungen

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2. Anwendungen | 2.5 Tür, Tor und Aufzüge

Fahrzeugerkennung an Schrankenanlagen Ultraschallsensoren steuern die Absenkung von Schranken An Parkplätzen und Parkhäusern wird die Zufahrt mit Schrankenanlagen geregelt. Hierbei ist es wichtig, dass sich die Schranke nicht absenkt, solange sich ein Fahrzeug darunter befindet. Zur Steuerung dieses Vorgangs sind Ultraschallsensoren bestens geeignet. Sie erkennen Objekte unabhängig von Fahrzeugart oder Fahrzeugfarbe und überwachen den gesamten Bereich unter der Schranke. Die Ultraschallsensoren lassen sich einfach und schnell im Gehäuse der Schrankenanlage installieren. Sind mehrere Schranken in unmittelbarer Nähe zueinander angebracht, müssen die Ultraschallsensoren miteinander synchronisiert werden, um eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern. Bei der Montage und Ausrichtung der Sensoren ist darauf zu achten, dass die Geräte in einem ausreichenden Abstand zum Boden (ggf. leicht nach oben geneigt) montiert werden und die Schallkeule den Boden nicht berührt. Dies ist vor allem bei Temperaturschwankungen (Sommer/Winter) von Bedeutung, da sich die Schallkeule bei tiefen Temperaturen vergrößert. Gegebenenfalls muss eine Schallkeulenverkleinerung über die Parametriersoftware vorgenommen werden. Sofern sich die Schrankenanlage im offenen Außenbereich befindet, ist auf eine entsprechende Eignung der Ultraschallsensoren zu achten.

Ultraschallsensoren garantieren ein sicheres Passieren von Schrankenanlagen.

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Sicheres Passieren mit Ultraschallsensoren Ultraschallsensoren erkennen zuverlässig und farbunabhängig Fahrzeuge, die sich unter der Schranke befinden. Dadurch wird einer Beschädigung der Fahrzeuge durch das Absenken der Schranke vorgebeugt. Durch die Schallkeule und den daraus resultierenden Überwachungsbereich werden auch kleinere oder nicht flächige Fahrzeugteile wie Anhänger oder Heckfahrradträger sowie Motorradfahrer zuverlässig erkannt und ein Absenken der Schranke verhindert.

Ihre Vorteile auf einen Blick n

Einfache Steuerung von Schrankenanlagen

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Sichere Erkennung von Fahrzeugen aller Art

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Vermeidung von Beschädigungen

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Einfacher Einbau in das Gehäuse der Schrankenanlage

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Robuste Sensoren mit langer Lebensdauer

Die Ultraschallsensoren der Baureihe Varikont L2 eignen sich durch ihre kompakte Bauform perfekt für den Einbau in der Schrankenanlage.

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Globalität

Nähe verbindet. Weltweit. Gute Verbindungen wollen gepflegt werden. Der persönliche Kontakt ist eine der Stärken von Pepperl+Fuchs und zugleich ein Qualitätskriterium. In Ihrer Nähe sind wir überall. Und wir sprechen Ihre Sprache. In mehr als 140 Ländern der Erde.

Twinsburg Auf allen Kontinenten zuhause Im Fokus unseres Handelns stehen unsere Kunden. Mit einem weltweiten Netzwerk stellen wir sicher, dass all unsere Kunden den bestmöglichen Service und Support erhalten. Europa bedienen wir von unserem Firmensitz in Mannheim aus über ein flächendeckendes Service- und Vertriebsnetz von über 40 Niederlassungen. Für Asien übernimmt das unsere Zentrale in Singapur. Dort sind mehr als 1.000 Mitarbeiter in Fertigung, Service und Vertrieb für Sie im Einsatz. Und USA wird von der amerikanischen Zentrale in Twinsburg über ein weit verzweigtes Netz von Geschäftsstellen und Vertriebspartnern gesteuert.

Ganz gleich, wo auf der Welt Sie sich befinden – Pepperl+Fuchs ist ganz in Ihrer Nähe und immer für Sie da.

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Mannheim

Singapur

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