Ultraschallsensoren regulieren Verpackungsprozess von Kartoffelchips

  • Drei Ultraschallsensoren vom Typ mic+ werden im Winkel von 120° im Extruder Sie überwachen die Folienblase und übergeben die Werte an die Steuerung, welche die Folienblase anhand der Werte zentriert.Drei Ultraschallsensoren vom Typ mic+ werden im Winkel von 120° im Extruder Sie überwachen die Folienblase und übergeben die Werte an die Steuerung, welche die Folienblase anhand der Werte zentriert.

Produktverpackungen sollen im Supermarktregal möglichst auffallen, damit sie reichlich im Einkaufswagen landen. Daher werden in der Lebensmittelindustrie lose Produkte wie beispielsweise Kartoffelchips in hochwertig gestalteten Verpackungen verpackt. Ultraschallsensoren übernehmen im Verpackungsprozess Aufgaben wie Füllstandmessung oder Bahnkantenregelung.

Entscheidend für die knackigen Chips ist die Qualität der Kartoffeln. Das fängt schon bei der Saatkartoffel an. Auch der regelmäßige Pflanzenschutz auf dem Feld ist für das Wachstum und die Ernte unverzichtbar. 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 würzige Geschmacksnote bekommen die Chips im Anschluss. Dann kühlen sie auf den Zuführbändern zur vertikalen Schlauchbeutelmaschine ab. Die Schlauchbeutel werden ansprechend bedruckt und schließlich über eine Volumenstromwaage mit Kartoffelchips befüllt und luftdicht verschlossen.
Während dieses Verarbeitungsprozesses überwachen Ultraschallsensoren zahlreiche Arbeitsvorgänge. Sie detektieren zum Beispiel durch ihre physikalischen Eigenschaften alle reflektierenden Materialien. Glasklare Lacke, wechselnde Farben, hauchdünne Papiere, metallisierte Folien oder lose Lebensmittel werden präzise und berührungslos erfasst. Feuchte und staubige Umgebung oder dünne Schmutzablagerungen auf der Sensormembran beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. Zudem sind Ultraschallsensoren gegenüber optischen Sensoren deutlich unempfindlicher bei solchen Umwelteinflüssen oder Reinigungsprozessen von Verpackungsmaschinen. Die Sensormembran vibriert aufgrund der Schallfrequenz leicht und weist so Flüssigkeitstropfen, Staub und ähnliches ab.
Auf dem Feld beim Anbau und der Ernte von Kartoffeln übernehmen Ultraschallsensoren Aufgaben wie das Zählen der Saatkartoffel bei der Aussaat, die Höhenregulierung von Feldspritzen, die Füllstandsmessung im Kartoffelroder bei der Kartoffelernte, die Fallhöhenregulierung des Elevators bei der Kartoffelernte oder auch die Füllstandmessung im Kartoffelbunker. Bis die Kartoffelchips schließlich in der Tüte landen, sind noch weitere Fertigungsschritte in der Fabrik notwendig, in denen kompakte Ultraschallsensoren immer wieder zum Einsatz kommen.

Regulierung der Folienblase am Extruder 

In der Lebensmittelindustrie werden im Abfüllprozess lose Produkte wie beispielsweise Kartoffelchips in Kunststoff-Schlauchbeuteln nonstop befüllt und verschlossen. Bei der Herstellung von Folienschläuchen der sogenannten Folienextrusion wird Kunststoffgranulat eingeschmolzen und durch eine Düse zu einer Folienblase gezogen. Die Folienblase muss immer zentrisch für einen konstanten Durchmesser im Folienextruder geführt werden. Dazu werden drei Ultraschallsensoren vom Typ mic+ im Winkel von 120° an der Anlage angeordnet. Sie überwachen die Folienblase und übergeben die Werte an die Steuerung, welche die Folienblase anhand der Werte zentriert.
In Abhängigkeit von der maximalen Entfernung wird der Ultraschallsensor ausgewählt, der mit seinen fünf Tastweiten einen großen Messbereich von 30 mm bis 8 m abdeckt. Sein Digital-Display gibt Messwerte direkt aus und unterstützt die einfache Einstellung des Sensors: Schaltpunkte, Fenstergrenzen beim Fensterbetrieb oder steigende/fallende Analogkennlinie können mithilfe der Digitalanzeige numerisch voreingestellt werden, ohne dass sich das abzutastende Objekt im Erfassungsbereich befinden muss. So ist es möglich, den Sensor außerhalb der eigentlichen Anwendung komplett voreinzustellen und anschließend am Einsatzort zu montieren.

Erfassen des Wickeldurchmessers

Für die weitere Verarbeitung beziehungsweise den Druck wird die Verbundfolie auf ein Coil gewickelt. Der lcs-Ultraschallsensor erfasst den Durchmesser der Kunststofffolienrollen an Folienextrudern, Druck-, Verpackungs- oder Etikettiermaschinen. Der Sensor sendet einen Schallimpuls in Richtung der Rollen und erfasst das Echo des reflektierenden Materials. Anhand dessen berechnet er den Abstand zur Rolle. Während der Zuführung der Folienschlauchbeutel im Befüllungsprozess wird die Kunststofffolienrolle abgewickelt und verringt dadurch ihren Durchmesser. Um eine gleichmäßige Spannung auf der Kunststofffolienbahn zu halten, justiert die Steuerung anhand des analogen Signals des Ultraschallsensors die Bahnspannung.
An Druckmaschinen müssen Füllstände in den Farbwerken beziehungsweise -spalten zuverlässig erfasst werden. Der lpc-Ultraschallsensor mit M18-Gewindehülse sendet einen Schallimpuls in Richtung Farbe und erfasst das Echo. Anhand dessen berechnet der Sensor den Abstand zur Farbe und gibt diese Information als abstandsproportionales Analogsignal aus. Ein Rührwerk, das in der Farbwanne hin und her fährt, kann zudem mit Hilfe eines speziellen Sensorfilters ausgeblendet werden.
Für ein ansprechendes Design ist die Veredelung von Druckprodukten ausschlaggebend. Druckmaschinen sind dazu oftmals neben den Farbwerken mit Lackierwerken für Dispersionslacke, UV-Lacke oder Effektlacke ausgestattet. Auch an diesen Lackierwerken müssen Füllstande kontinuierlich gemessen werden. Wechselnde Farben, metallisierte Effektlacke oder auch transparente Hochglanzlacke erkennt der lpc-Ultraschallsensor präzise und berührungslos. Die M18-Sensoren sind mit zwei Schaltausgängen, einem Analogausgang und in der Kombination Analogausgang plus 1 Schaltausgang verfügbar. Weitere Merkmale, die den lpc kennzeichnen sind seine Unempfindlichkeit, eine kurze Blindzone von 30 mm sowie eine kontaktfreie Detektion.

Bahnkantenregelung bei Verpackungen

Die endlosen Folienschlauchbeutel werden nach dem Druckprozess erneut von der Rolle abgewickelt und dem Befüllprozess zugeführt. Die Verbundfolienbahn an der vertikalen Verpackungsmaschine wird durch den Bahnkantensensor bks+ reguliert. Bahnkantensensoren sind als Gabelsensoren konzipiert und arbeiten als Einwegschranke. Je nach Anwendungsbedarf hat der Bahnkantensensor der Familie bks+ einen Arbeitsbereich von 12 mm oder 40 mm. Ihre physikalischen Vorteile kommen bei Bahnmaterialien aus hochtransparenten Folien, lichtempfindlichen Materialien, Papier und anderen schallundurchlässigen Materialien zum Tragen. Auch Kunststofffolien mit wechselnder Farbe und Transparenz haben keinen Einfluss auf die Messung.
Im Gabelsensor bks+ sitzt im unteren Schenkel ein Sender der kontinuierlich Ultraschall abstrahlt und vom Empfangswandler im oberen Gabelschenkel detektiert wird. Ein in die Gabel eintauchendes Bahnmaterial deckt die Schallstrecke zwischen Sender und Empfänger mehr oder weniger ab und dämpft so das Empfangssignal. Die interne Elektronik wertet die Intensität des Empfangssignals aus und gibt ein vom Abdeckungsgrad abhängiges, das heißt zur Bahnkante proportionales Analogsignal aus. Neben dem Analogsignal 4-20 mA und 0-10 V steht zusätzlich ein Schaltausgang mit IO-Link-Schnittstelle zur Verfügung.

Regulierung des Volumenstroms

Die losen Lebensmittel werden auf sogenannten Rüttelwaagen dem Abfüllprozess zugeführt und in die Tüte gefüllt. Bei der Abfüllung der Chips beispielsweise misst ein Ultraschallsensor kontinuierlich die Füllhöhe sprich den Volumenstrom auf dem Transportband und übergibt die Werte an die Steuerung. Misst der Sensor eine zu niedrige Füllhöhe, wird die Fördermenge erhöht. Misst der Sensor im umgekehrten Fall eine zu hohe Füllhöhe, reduziert die Steuerung den Volumenstrom für einen gleichmäßigen Abfüllungsprozess. So werden die Kartoffelchips sorgfältig in die bedruckte Tüte abgefüllt.

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