Ultraschallsensoren zur berührungslosen Durchflussmessung werden unter anderem in den Lackieranlagen der Automobilindustrie eingesetzt - dort kontrollieren sie die richtige Dosierung von Primern und Lacken. Und damit die Karosse zum Schluss auch wirklich glänzt, zählt auch die Luftblasendetektion zu ihren Aufgaben.

Das Lackieren von Karosserien ist ein zeitaufwändiger Prozess: Nacheinander müssen die Flächen mit Grundierung, Füller, Basislack und Klarlack versehen werden. Wichtig ist hier, dass diese Schichten jeweils in der richtigen Menge aufgetragen werden - denn wenn zu wenig oder zu viel Farbe verwendet wird, sind mittelfristig Mängel die Folge. „Früher wurde die optimale Dosierung mit umständlichen Testverfahren ermittelt", so Peter Ködderitzsch, zuständig für den Vertrieb bei Sonotec. Mit Durchflussmessern auf Basis der Ultraschalltechnologie ist der Lackiervorgang heute wesentlich einfacher. Denn sie stellen sicher, dass die richtigen Mengen an Lackierprodukten verarbeitet werden. Neben der Automobilindustrie kommen die Durchflussmesser immer dann zum Einsatz, wenn wasserbasierte - also relativ flüssige - Farben oder Lacke verwendet werden.
Für die genannten Anwendungsbereiche hat Sonotec den Ultraschalldurchflussmesser Sonoflow CO.55 im Portfolio, der die Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Farben in flexiblen Schläuchen erfasst. Der Durchflussmesser ist als Komponente zur Integration in Geräte, Maschinen und Vorrichtungen vorgesehen und kann einfach elektrisch in eine Steuerung eingebunden werden. Das Verfahren ist an individuelle Schlauchmaße und andere Spezifikationen, wie Spannungsversorgung, Materialbeschaffenheit und Signalausgang, anpassbar. „Bei der akustischen Durchflussmessung mit Ultraschall ergeben sich zahlreiche Vorteile", so Peter Ködderitzsch. „So lassen sich selbst kleine Mengen schnell und präzise untersuchen, ohne dass das zu überwachende Medium mit dem Sensor in Berührung kommt."
Der Sonoflow CO.55 ist ein sogenanntes Clamp-On-Gerät. Das bedeutet, dass der flüssigkeitsdurchströmte Schlauch zur Messung einfach in den Sensor eingelegt wird. Damit sind diese Durchflussmesser für die Nachrüstung geeignet - auch im laufenden Betrieb und ohne Prozessunterbrechung. Das erhöht die Anlagenverfügbarkeit, vermeidet Produktverluste und spart so Betriebskosten. Außer in Lackieranlagen eignet sich diese Methode besonders für Prozesse mit giftigen beziehungsweise korrosiven Medien oder bei strengen hygienischen Vorschriften.

Luftblasendetektion & Füllstandkontrolle
Eine weitere Ausführung eines Ultraschalldurchflussmessers ist der Sonoflow IL.52, der als Inline-System präziser messen kann als der Clamp-On-Sensor. Mit einem temperaturstabilen Gehäuse aus PEEK und Dichtungen aus Viton beziehungsweise FFKM kann dieser Inline-Sensor einem Sterilisationsprozess unterzogen werden. Mit einer Wiederholrate von 250 Hz (= 250 Messungen pro Sekunde) eignen sich beide Lösungen für schnelle Dosiervorgänge und die Messung kleiner Durchflussmengen. Da das Messverfahren verzögerungsfrei arbeitet, lassen sich auch pulsierende Strömungen messen. Sowohl Clamp-On- als auch Inline-Sensoren verfügen über konfigurierbare Strom- beziehungsweise Impulsausgänge. Eine serielle Schnittstelle erlaubt den Anschluss an einen Computer via USB-Datenkonverter und damit die einfache Parametrierung und Messwertdarstellung mittels Monitor-Software.
Die Ultraschallsensoren der Sonocheck-Serien ABD06 und ABD07 kommen zum Einsatz, wenn eine Luftblasendetektion erfolgen soll. Denn Luftblasen können beim Einsatz von modernen Klebe- und Lackiertechniken ganze Produktionsschritte gefährden. Auch zur Füllstandkontrolle und Alarmierung bei Produktende im Schlauch werden sie eingesetzt. „Die Funktionsweise unserer Lösungen lässt sich relativ einfach erklären", so Peter Ködderitzsch. Die eingesetzten Sensoren schicken ein Ultraschallsignal durch den zu überwachenden Schlauch an den gegenüberliegenden Empfänger. Befindet sich eine Luft- oder Gasblase im Schlauch, wird das Ultraschallsignal an der Grenzschicht zwischen Luft und Flüssigkeit reflektiert. Dies sorgt dafür, dass den Empfänger ein deutlich schwächeres oder auch gar kein Signal mehr erreicht. Ein Mikroprozessor wertet dies aus und sendet ein vorab definiertes Signal an die angeschlossene Steuerung der Maschine.

Hohe Abtastraten und kurze Reaktionszeiten
Die berührungslose Detektion und die kompakte Bauform der Sensoren bilden die Grundvoraussetzung für hygienische und kontaminationsfreie Anwendungen. Ein Koppelmedium ist nicht erforderlich. Der Sensor arbeitet nach dem Prinzip der Trockenkopplung, sodass der Schlauch über Monate im Detektor bleiben kann und dennoch zuverlässige Messergebnisse liefert. „Ein Koppelmedium wie Gel würde mit der Zeit austrocknen und dann zu Problemen führen", erklärt Peter Ködderitzsch.
Die Messung erfolgt unabhängig von der Farbe des Medium und des Schlauches sowie der Arbeitstemperatur, solange diese im Bereich von +5 bis +60 °C bleibt. Der Ultraschallsensor passt sich dynamisch variierenden akustischen Bedingungen an und gewährleistet so eine hohe Stabilität der Messwerte gegenüber schwankenden Umgebungsbedingungen. Der Messzyklus der nicht-invasiven Luftblasendetektoren liegt bei 200 µs. Die Reaktionszeit beträgt typischerweise 1 ms. Sonotec garantiert die Detektion von Blasen mit einer Mindestgröße von einem Drittel des Schlauchinnendurchmessers.
Die Luftblasendetektoren verfügen über einen anwenderspezifisch programmierbaren Mikrocontroller mit erweiterbaren Funktionen wie beispielsweise Fail-Safe und serielle Kommunikation. Ihre Bauform ist abhängig von Schlauchdurchmesser und -material sowie unter Umständen vom durchströmenden Medium. Ein weiterer großer Vorteil der Sensoren ist ihre freie Parametrierbarkeit: Sie lassen sich individuell an Sicherheitsroutinen, Spannungsversorgung oder Signalausgänge anpassen.