03.03.2020

Sensoren zur berührungslosen Füllstandskontrolle

Klebefüllstände smart messen

Schweißen oder kleben? - Die Antwort auf diese Frage fällt bei immer mehr Fertigungsprozessen zugunsten eines modernen 2-Komponenten-Klebstoffs aus. Erhebliche Fortschritte bei der zugrundeliegenden Chemie und verbesserte Prozessschritte haben die Anforderungen vom Schweißen hin zu Klebe- und Dosierrobotern verändert. Aber auch aus der Mikroelektronik sind moderne Klebeprozesse nicht mehr wegzudenken. So werden empfindliche Leiterplatten, wie beispielsweise für die Fahrzeugindustrie, heute durch eine entsprechende Schutzschicht vor den Widrigkeiten des Wetters und der Straße geschützt.


Ein kapazitiver Sensor mit Verstärker kann mehrere Funktionen sowie Digital- und Analogausgänge in einem vergleichsweise kleinen Gehäuse vereinen.
Bild: CAPTRON Electronic GmbH

Umso wichtiger wird es für die Hersteller entsprechender Systeme, die Füllmenge von Klebstoffen zuverlässig zu bestimmen. Das gilt gleichermaßen aus betriebswirtschaftlicher wie auch aus technischer Perspektive. Zum einen müssen Produktionsprozesse so effizient wie möglich und bei optimaler Maschinenauslastung ablaufen. Zum anderen sollen die Pumpen vor dem Ansaugen von Luft geschützt werden.

Kapazitive Systeme im Vorteil

Aus vielerlei Gründen haben sich kapazitive Verfahren für entsprechende Messsysteme bewährt. Wie beim Display eines Smartphones, dass über den elektrischen Leitwert als Touchscreen funktioniert, wird auch bei kapazitiven Messsystemen für die Füllstandsmessung ein elektrisches Feld zwischen zwei Flächen aufgebaut und gemessen. Im Fall eines modernen Zwei-Komponenten-Tanks mit Kleberkomponenten wird es zwischen einem Teflonstab, der fast bis zum Boden des Tanks reicht, und der Metallwand des Gefäßes gebildet. In einem leeren Behälter befindet sich lediglich Luft, die als Isolator einen elektrischen Leitwert von null zwischen den beiden Messfeldern des kapazitiven Sensors bildet. Wasser hätte einen Leitwert von etwa 80, bei Klebstoffen und den meisten Ölen bewegt sich der Wert zwischen null und 12, bei Silikonölen sind es leicht höhere Werte. Die mit kapazitiver Technik gemessenen Werte lassen sich präzise in die aktuelle Klebstoffmenge des Behälters umrechnen. Zu den Anbietern entsprechender Messgeräte gehört der Hersteller Captron. Für die Nutzung beim Einsatz von Klebstoffen besonders interessant ist der VA-214, ein Kompaktsystem mit Verstärker. Es vereint mehrere Funktionen in einem vergleichsweise kleinen Gehäuse. Dazu gehören beispielsweise ein Digital- und Analogausgang sowie mehrere Spannungsausgänge.

Leistung unter großem Druck

Die Adaption der kapazitiven Füllstandsmesstechnik an die Anforderungen von Prozessen mit Klebstoffen stellte die Ingenieure vor einige Herausforderungen: So wird in modernen Systemen der Kleber nicht mehr mit hohem Druck durch die Leitung gepresst, sondern unter Vakuum vergossen. Bei dieser Methode entstehen keine Luftblasen, wodurch sich elektronische Bauteile mit noch weniger Ausschuss versiegeln lassen. Zusätzlich verrührt ein großes Rührwerk mit zwei oder mehr Flügeln das Gebinde im Gehäuse, um eine hohe Blasenfreiheit zu gewährleisten. Was für die Prozesssicherheit und Qualität viele Vorteile schafft, ist mit Blick auf die Messtechnik eine große Hürde. Schließlich wird permanent Klebstoff mit hohem Druck gegen den Sensor geschoben, weswegen dieser entsprechend robust sein muss. Mit Blick auf diese Anforderungen hat der Hersteller eine Konstruktionsart gefunden, die unter diesen Belastungen auch im Dauerbetrieb nicht versagen soll und sich bis heute im Praxiseinsatz bei Dosieranlagen vieler Unternehmen bewähren kann. Für noch höhere Belastungen - etwa, wenn es um den Einsatz mit wenig viskosen Gebinden geht, können die Geräte darüber hinaus mit Zusatzoptionen erweitert und in einer stabileren Ausführung zum Einsatz kommen.

Variable Konfiguration

Zudem können Anwender sich das kapazitive Messsystem gemäß ihren eigenen Anforderungen konfigurieren. So ist es beispielsweise möglich, die Gewindegröße frei zu wählen und die Länge des Messstabs auf den Millimeter genau auszuwählen. Schließlich arbeiten nicht alle Hersteller der Branche mit einer einheitlichen Behältergröße. Bei Anbietern anderer Messsysteme findet der Kunde häufig nur eine begrenzte Auswahl verschiedener Längen vor und muss damit entweder eine schlechter integrierte Gesamtlösung in Kauf nehmen oder bei der Messgenauigkeit Abstriche machen. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, den Sensor jederzeit neu abgleichen zu können. Davon profitieren vor allem Unternehmen, die häufig das Gebinde wechseln. Hier wurden bewusst aufwändige Verfahren vermieden, so reicht ein kurzer Prozess mit fünf Schritten, die über ein kurzes Video veranschaulicht werden. In Summe profitieren Nutzer der kapazitiven Messung also von einem System, das auf einer Vielzahl von Ebenen den herkömmlichen Messmethoden weit überlegen ist. Gerade für Maschinen- und Anlagenbauer eröffnet sich somit die Möglichkeit eine Lösung mit hoher Präzision und geringen Wartungsaufwand zu entwickeln.

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