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Maximale Leistung auf kleinstem Raum

01  Der neue Ultra­schallsensor Nano von Microsonic ist inklusive Stecker 55 mm lang

02  Die Kompaktklasse von Microsonic umfasst neben dem Nano mit M12-Gewindehülse die Ultraschallsensoren Pico+ mit M18-Gewindehülse sowie SKS und ZSW mit quaderförmigen ­Gehäusen

Ultraschallsensoren sind Multitalente für jede Art von industriellem Einsatz. Dabei geht auch bei ihnen der Trend in Richtung Miniaturisierung. Microsonic reagiert darauf und bringt aktuell mit dem Nano den nach eigenen Angaben kürzesten ­M12-Ultraschallsensor auf den Markt.

Im Gegensatz zu optischen Sensoren, die ausschließlich lichtreflektierende/lichtundurchlässige Objekte erkennen, oder induktiven Sensoren, die nur ferromagnetische Metall­teile erkennen, sind dem Einsatz von Ultraschallsensoren so gut wie keine Grenzen gesetzt. Sie erkennen alle schallreflektierenden Objekte, transparentes Material und Flüssigkeiten mit hoher Messgenauigkeit in Reichweiten bis zu 15 m, und das selbst bei verschmutztem Sensor oder Schwebstoffen in der Luft und bei störendem Fremdlicht. Auch schallabsorbierende Objekte können mittels Zwangsreflektoren erkannt werden. Ihre Unempfindlichkeit und die Bandbreite der realisierbaren Messbereiche für vielfältige Materialien ­sowie ihre unterschiedlichen Bauformen machen Ultraschallsensoren zum idealen Sensor für nahezu jede industrielle Aufgabenstellung.
Beispiele für den Einsatz kompakter Ultraschallsensoren sind:

  • Positionierung von Wafern in der Halbleiterindustrie,
  • Füllstandsmessung in kleinen Gefäßen,
  • Abtastung von kleinen Flaschen in der Verpackungs­industrie,
  • Anwesenheitskontrollen,
  • Erkennung von Leiterplatten in der Elektronikindustrie,
  • Verschlusserkennung bei Flaschen,
  • Feuchtmittelüberwachung an Druckmaschinen,
  • Zählen von kleinen Objekten auf dem Förderband,
  • Bogenerkennung an papierverarbeitenden Maschinen,
  • Fadenrisskontrolle in der Textilindustrie,
  • Volumenstromsteuerung bei Schüttgütern sowie
  • Positionierung eines Roboter-Greifarms.

Das Funktionsprinzip
Das Standard-Ultraschall-Messprinzip ist die Echo-Laufzeitmessung. Sie kommt beispielsweise bei Ultraschall-­Abstandssensoren und Ultraschall-Näherungsschaltern zum Einsatz und dient der Messung von Anwesenheit, Abständen und Entfernungen. Der Ultraschallsensor strahlt zyklisch einen hochfrequenten Schallimpuls aus, der sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Luft fortpflanzt. Wenn er auf ein Objekt trifft, wird er reflektiert und das Echo gelangt zurück zum Sensor. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schalls und dem Empfang des Echos errechnet der Ultraschallsensor die Entfernung zum Objekt.
Spezielle Messaufgaben erfordern spezielle Messtechniken, wie die Amplitudenauswertung. Sie wird zum Beispiel bei Ultraschall-Bahnkantensensoren, Etiketten- und Spleißsensoren oder Ultraschall-Doppelbogenkontrollen für Bogen­druckmaschinen benötigt. Bei diesem Funktionsprinzip liegen sich Ultraschall-Sender und -Empfänger gegenüber; der Sensor arbeitet im sogenannten Schrankenbetrieb. Dabei strahlt der Sender zyklisch kurze Schallimpulse aus, die vom Empfänger erfasst und analysiert werden. Der empfangene Signalpegel gibt Rückschluss auf die Materialsitua­tion. Die Auswertelektronik setzt diese Informa­tion in ein entsprechendes Ausgangssignal um.

Die Kompaktklasse
Ultraschallsensoren von Microsonic erfassen Messwerte mit höchster Präzision. Seit der Gründung 1990 passt der Spezialist für Ultraschallsensorik sein Portfolio kontinuierlich den sich ändernden Marktanforderungen an. Einen Bereich bildet dabei die Kompaktklasse (Bild 2), mit der unterschiedliche Applikationen abgedeckt werden:
Für schnelle Messungen bei hohen Maschinengeschwindigkeiten und in kleinen Lücken eignet sich beispielsweise der ZWS . Er ist im quaderförmigen Gehäuse, wahlweise mit Schalt- oder Analogausgang, untergebracht. Seine Gehäusebauform und Montage sind kompatibel zu vielen optischen Sensoren. Das erleichtert Anwendern den Umstieg auf den Ultraschallsensor bei kritischen Anwendungen. Mit bis zu 250 Hz Schaltfrequenz und Tastweiten zwischen 20 mm und 1 m ist der Sensor ideal für schnelle Abtastvorgänge. Optional ausgestattet mit Schallführungsaufsatz Sound-Pipe ist er auch für besonders knifflige Messaufgaben geeignet. So misst er mithilfe der Sound-Pipe beispielsweise Füllstände in kleinsten Öffnungen. Typisches Einsatzgebiet ist die Füllstandsmessung in den sogenannten Wells von Mikroplatten, wie sie in der medizinischen Analysetechnik eingesetzt ­werden.
Bislang waren die SKS -Sensoren die kleinsten Ultraschallsensoren im Programm von Microsonic http://www.microsonic.de . Sie haben im Vergleich zum ZWS ein um 33 % kleineres Gehäusevolumen. Der SKS ist ideal für die Abtastung von Leiterplatten und Wafern in der Elektronikindustrie oder für den Einsatz an einer Verpackungsmaschine, an der hochtransparente Folien erkannt werden müssen. Neben der kleinen Gehäuse­abmessung mit zwei M3-Gewindebuchsen sind auch sie baugleich mit vielen optischen Sensoren und damit eine Alternative bei kritischen Anwendungen. Der SKS misst mit 0,1 mm Auflösung.
Die Pico+ -Ultraschallsensoren sind eine kompakte Baureihe mit M18-Gewindehülse und 41 mm Gehäuselänge. Neben der Variante mit axialer Abstrahlrichtung steht auch eine Gehäusevariante mit 90° Winkelkopf und radialer Abstrahlrichtung für spezielle Einsätze zur Verfügung. Mit vier Tastweiten von 20 mm bis 1,3 m und drei verschiedenen Ausgangsstufen deckt die Sensorfamilie ein breites Einsatzspektrum ab. Automatische Synchronisation und Multiplex-Betrieb ermöglichen den gleichzeitigen Betrieb von bis zu zehn Sensoren auf engem Raum. Mit der IO-Link-Schnittstelle unterstützt der Pico+ auch den neuen Industriestandard in der Sensorenkommunikation.

Der kleinste Ultraschallsensor
Mit 55 mm Gesamtlänge einschließlich Stecker ist der neue Nano (Bild 1) der kürzeste M12-Ultraschallsensor. Der nach Firmenangaben weltweit Kleinste seiner Art bietet zwei Tastweiten, 250 mm und 350 mm, und ist mit Analog- oder Schaltausgang verfügbar. Wie auch alle anderen Kompaktsensoren des Herstellers hat er Schaltausgänge für alle Steue­rungen und das Microsonic-Teach-in für eine einfache und einheitliche Inbetriebnahme. Außerdem bietet er Temperaturkompensation für genaue Messungen bei Temperaturschwankungen und ist mit einer Betriebsspannung zwischen 20 V und 30 V für den Einsatz an unterschiedlichen Spannungsnetzen ausgelegt. (ih)

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Autorin: Vera Hoxha ist in Vertrieb und Marketing bei der Microsonic GmbH in Dortmund tätig.