Erschienen am: 14.11.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN SPS-Special 2017

Ultraschallsensoren bei der Chipsherstellung

Kartoffelchips dank Ultraschall

Egal ob geriffelte Chips, Tortillachips oder gebackene Chips, sie haben alle etwas gemeinsam: sie schmecken lecker und die Ultraschallsensoren spielen in der gesamten Fertigungskette - von der Saatkartoffel bis zu den knackigen Chips in der Tüte - eine gewichtige Rolle. Dabei laufen die Sensoren selbst unter extremen Umgebungsbedingungen zur Höchstform auf.


Beim Feldspritzen kommen die wms-340/RT Ultraschallsensoren in den bis zu 18m breiten Auslegern zum Einsatz.
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Das Standard-Messprinzip für einen Ultraschallsensor ist die Echo-Laufzeitmessung. Der Sensor strahlt zyklisch einen hochfrequenten Schallimpuls aus, der sich mit Schallgeschwindigkeit durch die Luft fortpflanzt. Wenn er auf ein Objekt trifft, wird er dort reflektiert und das Echo gelangt zurück zum Sensor. Aus der Zeitspanne zwischen Aussenden des Schalls und Empfang des Echos errechnet der Ultraschallsensor die Entfernung zum Objekt. Die abstandsmessenden Sensoren geben die gemessene Entfernung abstandsproportional über ein Analogsignal 0 bis 10V bzw. 4 bis 20mA oder als Schaltpunkt über einen Schaltausgang aus. Berührungslos können Ultraschallsensoren alle Materialien erfassen, an denen der Schall reflektiert wird und sie nehmen es mit (fast) jeder Flüssigkeit, Glas und dünnen Folien, Sand, Lehm oder grobkörnigen Teilen, Spänen sowie dünnsten Drähten auf. Nebel, staubige Umgebungen oder dünne Schmutzablagerungen auf der Sensormembran beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. Ultraschallsensoren sind gegenüber optischen Sensoren deutlich unempfindlicher bei derartigen Umwelteinflüssen. Die Sensormembran vibriert aufgrund der Schallfrequenz leicht und weist so Flüssigkeitstropfen, Staub und Ähnliches ab. Zwar stellt der Wind eine Überlagerung zur Schallausbreitung dar, aber bei einer Schallausbreitungsgeschwindigkeit von ca. 1.200km/h ist selbst starker Wind als Störfaktor zu vernachlässigen. Bei starkem Regenfall dagegen muss man damit rechnen, dass der Sensor aufgrund seiner hohen Sensitivität diesen detektiert.

Jede Saatkartoffel zählt

Entscheidend für die knackigen Chips ist die Qualität der Kartoffeln. Von der Saatkartoffel bis zu den knackigen Chips in der Tüte überwachen Ultraschallsensoren zahlreiche Arbeitsvorgänge entlang der Produktionskette. Insbesondere im Anbau und der Ernte von Kartoffeln übernehmen Ultraschallsensoren eine gewichtige Rolle. Kartoffelsetzmaschinen legen die Saatkartoffeln in definierten Abständen in einer zuvor von der Maschine erstellten Furche ab und verschließen anschließend den Damm wieder. Ein Ultraschallsensor zählt jede einzelne Saatkartoffel. Mit der Information der Schleppergeschwindigkeit kann so die Ausbringung der Saat dokumentiert werden. Da die Saatkartoffeln mit Fallgeschwindigkeit seitlich in das Schallfeld des Sensors eintauchen, muss dieser eine sehr hohe Schaltfrequenz aufweisen. Der schaltende mic-35/D/M Ultraschallsensor ist prädestiniert für diese Aufgabe.

Düngen und Ernten

Feldspritzen zum Düngen gibt es mit Auslegern bis zu 18m Breite, sprich einer maximalen Gesamtbreite von 36m. Der Abstand der Ausleger über den Pflanzenbestand muss kontinuierlich nachgeregelt werden. Ein oder mehrere Ultraschallsensoren auf jeder Seite an den Auslegern montiert, messen den Abstand zum Bestand. Wenn auch die typische Messentfernung in dieser Applikation nur bei 1m liegt, kommt der Ultraschallsensor wms-340/RT zum Einsatz, der bis 5m weit messen kann. Die bei diesem Sensor deutlich breitere Schallkeule wird ausgenutzt, um kleinere Lücken im Pflanzenbestand zu überbrücken. Bei der Kartoffelernte kommen Kartoffelroder zum Einsatz. Die Kartoffeln werden durch eine Pflugschar aus der Erde gehoben und anschließend auf einer ansteigenden Siebkette von der aufgenommenen Erde des Dammes und kleinen Steinen gereinigt. Nach einer weiteren grobmaschigen Siebkette gelangen sie über einen in der Höhe nachregelbaren Elevator in den Vorratsbunker. Damit die Kartoffeln nicht aus zu großer Höhe in den Bunker fallen, regelt der Ultraschallsensor pico+ den Elevator in der Höhe nach. Ferner wird während des Befüllvorgangs des Kartoffelbunkers der Füllstand mithilfe des analogen pico+ Ultraschallsensor erfasst. Die oft staubige und schmutzige Umgebung beeinträchtigt die Sensorfunktion des Ultraschallsensor in der M18-Gewindehülse nicht.

In der Chipsfabrik

Die Kartoffeln kommen direkt vom Feld in die Chipsfabrik, wo sie sortiert, gewaschen, geschält und geschnitten werden. Ein Förderband transportiert die hauchdünnen Kartoffelscheiben in die Durchlauf-Friteuse mit Öl. Die richtige würzige Note bekommen die Chips anschließend. Diese kühlen dann auf Zuführbändern zur Verpackungsmaschine ab. Sie werden über eine Volumenstromwaage hygienisch und luftdicht in Schlauchbeutel mit ansprechender Optik abgefüllt und in die Sekundärverpackung gelegt. Auch in der Fabrik kommen Ultraschallsensoren immer wieder zum Einsatz. Beispiele hierfür sind die Füllstandsmessung von Wasser für die Kartoffelwäsche, die Ölstandsmessung an der Durchlauffriteuse oder auch die Füllstandsmessung an Gewürzen für die Gewürztrommel. Weitere Einsatzgebiete im Verpackungsprozess sind die Regulierung der Folienblase an einem Folienextruder für die Chipstüte, die Volumenstromsteuerung der Kartoffelchips im Befüllungsprozess an den Verpackungsmaschinen, die Wickeldurchmesserbestimmung der Rollen mit Kunststoffschlauchbeuteln sowie die Bahnkantenregelung der Folienschlauchbeutel im Verpackungsprozess. Danach kommen die Sensoren noch bei der Detektion der Sekundärverpackungen auf dem Förderband, der Folienrisskontrolle beim Umwickeln der Paletten mit den Chipstütendisplays und einer eventuellen Kollisionsvermeidung an der LKW-Laderampe zum Einsatz.