Apfelernte ist großenteils Handarbeit. Auf selbstfahrenden Gerüsten oder Erntemaschinen pflücken Erntehelfer die Äpfel. Dabei sind am selbstfahrenden Gerüst jeweils links und rechts vorn zwei Ultraschallsensoren angebracht. Die Analogsensoren messen den Abstand zur Baumreihe und geben die Werte als abstandsproportionales Signal an die Steuerung aus, anhand dessen das selbstfahrende Gerüst automatisch lenkt und die Spur hält.

Unempfindliches Messprinzip

Staubige Umgebungen auf der Obstplantage und gegebenenfalls dünne Schmutzablagerungen auf der Sensormembran sowie eine feuchte Umgebung auf den Wasserförderbändern in der Kelterei beeinträchtigen die Sensorfunktion nicht. Da die Sensormembran aufgrund der Schallfrequenz leicht vibriert, weist sie Flüssigkeitstropfen, Staub und Ähnliches ab.

Auch Luftströmungen beeinflussen die Messgenauigkeit nicht. Zwar können Staub und Nebel das Schallsignal dämpfen und unter Umständen die maximale Reichweite eines Ultraschallsensors geringfügig verringern. In den meisten Fällen ist eine Messung jedoch immer noch möglich. Lediglich bei konstanten, heißen Umgebungstemperaturen oder Objekttemperaturen von über 85 °C erreicht das Ultraschallprinzip seine natürliche Leistungsgrenze.

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. Trifft er auf ein Objekt, wird er dort reflektiert und das Echo gelangt zurück zum Sensor. Aus der Zeitspanne zwischen dem Aussenden des Schalls und dem Empfang des Echos errechnet der Ultraschallsensor die Entfernung zum Objekt.

Füllstandsmessung in der Saftpresse

Der Etikettensensor ‚esf-1/CDF/IO-Link‘ ist mit einem pnp-Schaltausgang und einem Push-Pull-Schaltausgang mit IO-Link-Schnittstelle ausgestattet. So lässt er sich direkt an der Steuerung einstellen, ohne dass der Sensor vor Ort bedient werden müsste.

© Microsonic

In der Saftpresse der Saftkelterei werden die gewaschenen und zerkleinerten Äpfel ausgepresst. In der Zuführung zur Saftpresse ist der Füllstand der Maische kontinuierlich zu erfassen. Zur Berechnung des Füllstandes übergibt ein analoger Ultraschallsensor – etwa der ‚crm+‘ von Microsonic – ein abstandsproportionales Analogsignal an die Steuerung. Dabei misst der chemieresistente Sensor zuverlässig auch in feuchten Umgebungen und die widerstandsfähige PEEK-Folie schützt die Membran gegenüber Verschmutzungen und Anbackungen.

Der Sensor deckt mit fünf Tastweiten einen Messbereich von 30 mm bis 8 m ab. Sein Digital-Display gibt Messwerte direkt aus.

Regulierung des Volumenstroms von Flaschen

Apfelsaft wird häufig in Glas- oder Plastikflaschen abgefüllt. Förderbänder transportieren die leeren, gereinigten Flaschen zur Abfüllanlage. An Förderbändern mit Breiten von 300 bis 600 mm verrichtet beispielsweise der Ultraschallsensor ‚lcs-35/DDD/QP‘ seinen Dienst bei der Detektion der transparenten Flaschen – da optische Sensoren bei Glas- und Plastikflaschen bei Material und Transparenz an ihre Erkennungsgrenzen stoßen.

Die leeren Flaschen, die über ein Förderband zur Abfüllanlage gelangen, sollen dort gleichmäßig zugeführt werden. Diese Regulierung des Volumenstromes übernimmt der Ultraschallsensor, der dank dreier Schaltausgänge drei verschiedene Zustände abdeckt: Detektiert er keine Flaschen auf dem Förderband, wird dieses zur Energie-Einsparung gestoppt. Werden auf dem Förderband zu wenige Flaschen vom Sensor detektiert, lässt die Steuerung das Förderband für einen gleichmäßigen Abfüllprozess schneller laufen. Im umgekehrten Fall reduziert die Steuerung die Geschwindigkeit des Förderbandes, um einen Stau vor der Abfüllanlage zu vermeiden.

Das passende Etikett

Nach der Abfüllung des Apfelsaftes erhält jede Saftflasche ein Etikett, das auf einem auf einem Coil aufgewickelten Trägermaterial haftet. Im Etikettier-Prozess werden die Etiketten vom Coil abgewickelt, an der Spenderkante vom Trägermaterial gelöst und mit einer Andruckrolle auf die Flaschen aufgebracht. Ein Ultraschall-Etikettensensor – beispielsweise der ‚esf-1‘ von Microsonic – kann nahe der Spenderkante montiert werden. Im laufenden Prozess erfasst der Gabelsensor, ob ein Etikett auf dem Trägermaterial vorhanden ist und gespendet werden kann.

Ultraschall-Etikettensensoren arbeiten nach dem Prinzip der Amplitudenauswertung. Dabei liegen sich Ultraschallsender und Ultraschallempfänger gegenüber; das Bahnmaterial wird zwischen Sender und Empfänger berührungslos durchgeführt. Der Sender strahlt kontinuierlich Schallimpulse aus, die das Bahnmaterial durchdringen und dabei bedämpft werden. Der Empfänger nimmt die abgeschwächten Signale auf, die Auswerte-Elektronik analysiert sie und anhand der empfangenen Signalpegel lässt sich auf die Materialsituation schließen. Das Trägermaterial liefert einen anderen Signalpegel als ein Etikett oder auch ein Spleiß, so dass der Sensor den Signalunterschied auswerten kann. Auch ein Spleiß, der sich unzugänglich in der Rolle befindet, lässt sich durch Einlernen des Bahnmaterials sicher erkennen.

Eine Herausforderung für die Sensorik sind innovative Materialien und auffälliges Design der Etiketten – nicht aber für Ultraschallsensoren: Immer mehr Folien- anstelle von Papieretiketten werden verwendet, gefragt sind wechselnde Farben der Flaschenetiketten – wie etwa transparente, schwarze oder metallisierte Folien oder auch Veredelungsmöglichkeiten durch Hochglanzlacke oder Softtouch-Lacke.

Autorin:
Melanie Harke ist Marketingleiterin bei Microsonic.