Ob Distanzmessung, Objekterkennung oder Füll­stands­messung: Ultraschallsensoren sind oft die Lösung für schwierige Fälle. Doch was, wenn auch sie an ihre Grenzen stoßen? Für diese Fälle entwickelte ein Hersteller ein neues Sensordesign – mit dem Ergebnis, dass die Ultraschallsensoren jetzt leistungsfähiger sind und neue Anwendungsfelder erschließen.

Ultraschallsensoren sind in der Industrie unverzichtbar. Sie erkennen Medien und Objekte unabhängig von Farbe und Oberflächenbeschaffenheit sicher und funktionieren auch in schwierigen Umgebungsbedingungen. Daher kommen sie oft zum Einsatz, wenn Objekte mit schwierigen Oberflächen oder Füllstände von Flüssigkeiten detektiert werden sollen. Optische Sensoren hingegen stoßen bei transparenten, spiegelnden oder tiefschwarzen Oberflächen an ihre Grenzen. Ultraschallsensoren sind auch bei nichtmetallischen Gegenstände eine gute Lösung, da hier induktive Näherungsschalter nicht in Frage kommen. Daher sind die Einsatzmöglichkeiten von Ultraschallsensoren vielfältig. Sie eignen sich für Aufgaben wie diese: 

• Durchgangserkennung: In der Verpackungsindustrie sorgen sie für die präzise Zählung von Produkten.
   
• Erkennung von Folien und Folienrissen: In Verpackungsmaschinen und Banderolier­maschinen übernehmen sie wichtige Kon­trollfunktionen.
   
• Stapelhöhenkontrolle: In der Logistik überwachen sie die Stapelhöhe von Paletten oder Kartons.
   
• Abstandsmessung: Ultraschallsensoren bestimmen den Abstand zu Objekten, beispiels­weise in Montageprozessen. 
   
• Schlaufenregelung: Sie überwachen Rollendurchmesser, Spannung und das Wickeln und Abwickeln von Materialien.
   
• Füllstandskontrolle von Flüssigkeiten und Schüttgut: Ultraschallsensoren messen präzise die Füllhöhe in Tanks, Behältern und Silos.

Die Vorteile der neuen Technologie

Nun führt Baumer mit der NexSonic-Technologie eine neue Generation Ultraschallsensoren ein. Die Basis dafür bilden ein von Baumer entwickelter Ultraschallprozessor (ASIC) und ein patentiertes Sensorelement-Design. Bei den NexSonic-Ultraschallsensoren ist das Piezo­element mit dem ASIC direkt mit der Anpassschicht/Membran verbunden. Das Ergebnis sind kürzere Signalwege und eine verbesserte, elektro­magnetische Verträglichkeit. Die kompakte Bauweise der Auswerteelektronik ermöglicht eine schnellere und zuverlässigere Signalverarbeitung. Das NexSonic-Ultraschallportfolio von Baumer besteht aktuell aus fünf Sensoren: dem flachen UF200 für die Frontmontage, den kompakten U300 und UR12 sowie den robusten U500 und UR18. Die beiden letzten Paare unterscheiden sich jeweils in der Form, sie sind zylindrisch und kubisch erhältlich. Ihre Vorteile sind:

• NexSonic-Sensoren sind kompakt und arbeiten schnell. Die distanzabhängige Verstärkung sorgt für eine konstante Signalqualität über den gesamten Erfassungsbereich.
   
• Die Ultraschallsensoren bieten einen großen Messbereich mit minimalem Blindbereich. Das ermöglicht eine flexible Integration.
   
• Über die IO-Link-Schnittstelle lässt sich die Schallkeulenbreite anpassen, was optimale Schalt- und Messergebnisse ermöglicht.
   
• Integrierte Filterfunktionen erlauben eine individuelle Anpassung der Sensoren an die jeweilige Applikation. Das erhöht die Zuverlässigkeit. Beispielsweise kann ein Rührwerk in einem Tank ausgeblendet werden, um stabile Füllstandsmessungen zu gewährleisten.

Konkrete Beispiele aus der Praxis

Die neue Ultraschalltechnologie von Baumer bietet für viele Anwendungen einen messbaren Mehrwert und erschließt durch die Verbindung von kurzem Blindbereich, kompakter Bauform und smarten Funktionen neue Einsatzfelder. Beispielhaft für diese Vielseitigkeit sind folgende Szenarien: 

Füllstandsmessung: Einige Anwendungen benötigen jeweils spezifische Schallkeulenbreiten, um optimale Messergebnisse zu erzielen. Die Füllstandsmessung in einem großflächigen Teilebunker erfordert eine breite Schallkeule, bei engen Behälteröffnungen muss die Schallkeule schmal sein. Die individuelle Einstellung der Schallkeulenbreite (schmal, mittel, breit) über die IO-Link-Schnittstelle ermöglicht diese Anpassung effizient.
Schwer zu erfassende Objekte in beengtem Bauraum: Bestimmte Objektoberflächen lassen sich nur mit Ultraschalltechnologie sicher erkennen. Bei begrenztem Bauraum muss der Sensor nahe am zu erfassenden Objekt montiert werden, beispielsweise bei kompakten Maschinen und Geräten der Elektronikindustrie. Dies erfordert ­Ultraschallsensoren in platzsparender Bauform und einen kurzen Blindbereich bei ausreichend großem Messbereich, wie sie beispielsweise der NexSonic-Sensor UF200 bietet. Beispiele sind die Überwachung des Durchmessers von Rollengütern, die Stapelhöhenüberwachung von Verpackungsmaterial und die Schlaufenregelung in der Zuführung von Blechbändern.

Fazit

Um den Anwendungen gerecht zu werden, bietet Baumer ein großes Portfolio an Ultraschallsensoren. Dieses Sortiment ermöglicht es Kon­strukteuren, für jede spezifische Anwendung die passende Lösung auszuwählen. Die NexSonic-Technologie bietet Anwendern nicht nur eine hohe Performance und einfache Handhabung, sondern auch intelligente Funktionen, die in der Applikation messbaren Mehrwert bieten. Mit kurzen Reaktionszeiten, flexiblen Einstellungsmöglichkeiten und großer Konstruktionsfreiheit eröffnet die NexSonic-Technologie von Baumer neue Anwendungsfelder.

Autor
Lars Baldauf, Produktmanager