Ultraschall weist gegenüber anderen physikalischen Messgrundlagen eine Reihe von prinzipiellen Vorteilen auf. Das Kernstück eines Ultraschallsensors ist der Ultraschallwandler, der mittels Piezokeramik und einer Membran kurze Schallimpulse erzeugt und das Echo dieser Signale detektiert. Aus der Zeitdifferenz zwischen Sendeimpuls und Echo berechnet die integrierte Elektronik einen Abstandswert. Material, Farbe und Oberflächenbeschaffenheit des Zielobjekts haben auf diesen Vorgang so gut wie keinen Einfluss.
Dasselbe gilt für Dampf, Niederschlag, Staub und Anhaftungen. Der Sensor ist gegen praktisch jede Art der Verschmutzung unempfindlich. Die von ihm ausgesandten Schallwellen breiten sich keulenförmig aus; sie treffen also nicht punktuell, sondern flächig auf den Erfassungsbereich. So detektieren sie das Ziel auch bei unregelmäßigen Oberflächen, Aussparungen und durchbrochenen Konturen. Das Gerät misst berührungslos und verschleißfrei und erfasst so gut wie alle Objekte und Massen mit höchster Zuverlässigkeit.
Bewährte Technik auf neuem Level
Das bauartbedingt robuste Signal geht beim Ultraschallsensor UB*-F42 von Pepperl+Fuchs mit einem ebenso robusten Gerätedesign einher. Seine technische Grundlage hat sich bei seinem gleichnamigen Vorgänger und der konzeptionell identischen K0-Serie in vielen Jahren und zahllosen Anwendungen bewährt. Für die Neuauflage wurden dennoch wesentliche Verbesserungen vorgenommen. Während die alten Geräte mit Steckern aus Kunststoff ausgestattet waren, sind diese beim neuen Modell zwecks größerer mechanischer Stabilität aus Metall. Auch bei der Schutzart wurde nachgelegt: Mit IP67 weist das Gehäuse eine sehr hohe Dichtheit gegenüber Staub und Feuchtigkeit auf. Abmessungen und Installationsvorrichtungen sind im Vergleich zum gleichnamigen Vorgängermodell unverändert; für den Austausch von K0-Geräten stehen passende Adapterplatten zur Verfügung. Die Anwender können zudem zwischen zahlreichen verschiedenen Ausgangsvarianten wählen.
Die wohl wichtigste Neuerung betrifft die Kommunikationsfähigkeit: Die integrierte IO-Link-Schnittstelle der neuen Geräte vereinfacht nicht nur die Inbetriebnahme und die Parametrierung, sondern eröffnet auch den Zugriff auf sämtliche Sensorparameter sowie umfassende Diagnose- und Prozessdaten. Neben den Messwerten stellen die Geräte per IO-Link unter anderem Parameter wie Betriebsstunden, Temperatur sowie Gerätestatus zur Verfügung. Die differenzierte Datenerhebung und ‑Kommunikation schafft die Grundlage für das Einbinden der Geräte in das IIoT und Industrie-4.0-Umgebungen.
Einfache Inbetriebnahme, flexible Installation
Das Teach-in wird in der neuen Geräteversion nicht mehr mit Drucktasten ausgeführt, sondern direkt über einen entsprechenden Lerneingang. Somit kann der Sensor auch ohne IO-Link parametriert und betrieben werden. Anders als Geräte vergleichbarer Bauform auf dem Markt bietet die UB*-F42-Serie die IO-Link-Schnittstelle auch in Kombination mit zwei Push-Pull-Ausgängen. Damit stehen der Steuerung zum Beispiel bei einer Füllstand-Anwendung die Werte von zwei Schaltausgängen, in diesem Fall für „leer“ und „voll“ zur Verfügung. Ein einzelner Sensor erledigt so zwei Aufgaben, was Verkabelung und Integrationsaufwand reduziert.
Die UB*-F42-Serie umfasst Geräte mit unterschiedlichen Messbereichen: 500 mm, 2000 mm 4000 mm und 6000 mm. Die ersten beiden dieser Reihe gibt es auch in der sogenannten Sidelooker-Version. In ihr ist der Wandler im Gehäuse um 90° gedreht, sodass die Schallmembran sich in der schmalen Seite befindet, um den Einbau in sehr beengten Verhältnissen zu erleichtern. Zudem zeichnen sich alle Geräte durch ihre im Marktvergleich besonders kurze Blindzone aus. Damit wird der Platzbedarf für die Messanwendung insgesamt minimiert.
Die Form der Schallkeule, also die flächige Ausdehnung des Erfassungsbereichs, lässt sich stufenlos an die Anwendung anpassen. Eine Schallkeule mit großem Durchmesser gewährleistet die Abtastung großer Oberflächen beziehungsweise die zuverlässige Erfassung von Objekten, die den Bereich an unterschiedlichen Stellen passieren können. Mit einer schmalen Keule können störende Echoeffekte vermieden werden, etwa bei Einsatz in einem Silo mit kleinen Abmessungen. Beim Einsatz mehrerer Sensoren in unmittelbarer Nähe zueinander sorgt nach dem Verbinden der Synchronisationseingänge die automatische Synchronisation dafür, dass keine Signalinterferenzen entstehen. Bis zu zehn Geräte können so direkt nebeneinander betrieben werden.
Typische Anwendungen für die robusten Sensoren finden sich in den verschiedensten Bereichen, wie die folgenden Beispiele zeigen.
Füllstand von Tanks, Silos und Baustofflagerstellen
Die Ultraschalldetektion funktioniert bei Feststoffen ebenso gut wie bei Flüssigkeiten. Aufsteigende Dämpfe haben keinen Einfluss auf die Messung, der Flüssigkeitsspiegel wird im Erfassungsbereich immer zuverlässig erkannt. Das gilt auch für die potenziell kegelförmige Oberfläche von Schüttgut in einem Behälter. Aus dem Signal des flächigen Erfassungsbereichs kann ein valider Mittelwert gebildet werden. Bei offenen Lagerstellen gewährleisten die Wetterunabhängigkeit des Messprinzips und die hohe Schutzart des Gehäuses auch unter besonders rauen Bedingungen eine dauerhaft zuverlässige Funktion. Selbst starke Staubentwicklung, wie sie etwa bei Baustoffbunkern vorkommen kann, hat keinen Einfluss auf die Signalgebung.
Zu- und Ausfahrtkontrolle
An einem Tor montiert erkennt ein UB*-F42Sensor die Anwesenheit von Fahrzeugen. Durch entsprechende Parametrierung kann somit eine zuverlässige Torüberwachung realisiert werden. Die Konturen des Fahrzeugs, seine Farbe oder spiegelnde Oberflächen spielen für die Detektion keine Rolle; raue Umgebungsbedingungen werden problemlos toleriert.
Intralogistik, Produktion, Material Handling
Der Ultraschallsensor misst den Abstand zu einer Materialrolle (z.B. Papier, Folien, Blech), von der dieses Material der Produktion zugeführt wird. Anhand des abnehmenden Rollendurchmessers wird der Verbrauch bestimmt. Geräte der UB*-F42-Serie können darüber hinaus weitere Kontroll- und Messaufgaben übernehmen. Da diese Ultraschallsensoren im Einsatz sehr flexibel sind, kann mit nur einem Gerätetyp eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen realisiert und die Lagerhaltung deutlich vereinfacht werden.
Aussteller Hannover Messe 2025 Halle 9, D76
