Ultraschallsensoren und Kabelverschraubungen für die Lebensmittelproduktion

In der Lebensmittelindustrie wachsen stetig die hygienischen Anforderungen. Dies stellt für viele Standardsensoren ein Problem dar, da sie sich nur noch bedingt für den Einsatz in produktberührenden Bereichen eignen. Hier kommen die Vorteile von Ultraschallsensoren zum Tragen: Sie erkennen und zählen berührungslos Objekte unabhängig von Farbe und Transparenz. Dazu senden die Sensoren zyklisch kurze Schallimpulse mit über 20 kHz aus (Ultraschall) und messen die Zeit bis zum Eintreffen des Echosignals – wie eine Fledermaus. Aus diesen Werten lässt sich die Entfernung zum Objekt oder die Füllhöhe berechnen.

Ein Anbieter für Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung ist microsonic, wobei die ursprünglichen Einsatzgebiete der Sensoren beispielsweise beim Messen des Füllstands von Farben und Lacken in der Druckindustrie liegen oder beim Messen des Wickeldurchmessers einer Papierrolle. Durch die Vorzüge der Ultraschallsensoren werden diese jedoch auch in der Lebensmittelindustrie zunehmend beliebter: etwa die pms Ultraschallsensoren, die den EHEDG-Richtlinien (European Hygienic Engineering & Design Group) entsprechen und aus FDA-geprüften Materialen bestehen.

Leicht schräge Flächen sorgen für Hygiene

Der Ultraschallsensor erkennt Glas- und PET-Flaschen im Tastbetrieb und hält mit der Kabelverschraubung den Anforderungen der Reinigungsintervalle eines Abfüllers stand Mircosonic

Beim Betrachten des Sensors sticht die ungewöhnliche Form des Gehäuses aus 1.4404 Edelstahl ins Auge. Keine der Flächen des Sensors ist horizontal ausgerichtet, unabhängig von der Einbaulage. Das stellt sicher, dass Reinigungs- und Desinfektionsflüssigkeiten immer abfließen. Selbst bei einer Füllstandsmessung in einem Gefäß, bei dem der Sensor senkrecht nach unten misst, ist die Gehäuserückseite um ≥3° abgeschrägt, so dass auch in dieser Einbaulage Reinigungsflüssigkeiten abtropfen.

Zudem hat das glatte Sensorgehäuse keine Fugen oder Kanten, in denen sich Lebensmittelrückstände oder Bakterien festsetzen könnten. Den Ultraschallwandler selbst schützt eine PTFE-Folie, die aggressive Reinigungs- und Desinfektionsmittel abweist. Dadurch hat der Sensor eine hohe Beständigkeit und ist Ecolab-zertifiziert. Mit vier Tastweiten decken die Ultraschallsensoren einen Messbereich von 20 mm bis 1,3 m ab.

Hygienegerechte Montage

Die EHEDG-Richtlinien erfordern ebenfalls die hygienegerechte Montage des Sensors. Auf der Suche nach einer Lösung wurde microsonic bei der Firma Lapp fündig. Man habe zur Sensormontage einige Kabelverschraubungen ausprobiert, erinnert sich Melanie Harke, Leiterin Marketing bei microsonic, „aber erst die Skintop Hygienic von Lapp hat unsere Anforderungen erfüllt“. Wichtig bei der Kombination aus Sensor und Verschraubung ist die Verdrehfestigkeit: Der Sensor muss nach seiner Montage fest fixiert sein und darf sich bei Wartungsarbeiten oder Reinigungsvorgängen in seiner Befestigung, der Kabelverschraubung, nicht verdrehen – sonst würde das die Messwerte verfälschen. Bei der Skintop-Kabelverschraubung ist diese Anforderung durch die spezielle Konstruktion, die Geometrie der Einzelteile und der Materialwahl erfüllt.

Keine Toträume durch Dichtungen

Edelstahlsensor mit Kabelverschraubung Lapp

Die Kabelverschraubung hat keine Ecken und Kanten und eignet sich daher auch in der Produktzone bei der Lebensmittelverarbeitung. Lapp

Bei der Wahl des Elastomers braucht es Know-how für geeignete Designs, Shore-Härten, Materialverdrängung und die erreichbare Haltekraft, denn das Elastomer muss sich vollständig und fest um das Kabel beziehungsweise im Fall von microsonic um den 12 mm starken Sensorschaft legen – das verhindert das ungewollte Herausziehen und Verdrehen des Kabels. Dazu ist die Elastomer-Dichtung zum Kabel hin länger, dadurch wird beim Zudrehen der Mutter zusätzlich Volumen entlang der Innenseite der Hutmutter verdrängt. Dies erhöht die Haltekraft und schließt Toträume zwischen dem Elastomer-Dichtring und Edelstahlrohr oder Kabel. Unter der Hutmutter verbirgt sich zudem ein Kunststoffkorb mit biegsamen Lamellen. Die innen abgeschrägte Hutmutter drückt beim Zuschrauben diese Lamellen nach unten und innen, wo sie den Dichtring belastet, was eine gezielte Materialverdrängung ermöglicht. Im Edelstahlsockel gibt es außerdem kleine Vertiefungen, in die entsprechende Zapfen des Lamellenkorbs greifen, sodass sich auch der Korb nicht verdrehen kann.

Mehrere Dichtungen verschließen potenzielle Toträume. Lapp

Die Dichtungen der Kabelverschraubung müssen nicht nur kräftig zupacken, sie sollen auch das geschützte Abführen der elektrischen Anschlussleitung garantieren sowie das Eindringen von Flüssigkeiten verhindern. Daher ist die Skintop Hygienic nach IP69 dicht gegen Wasser und Partikel. Getestet wurde das im Labor durch Besprühen unter Hochdruck. Auch die Anforderungen nach IP68 besteht die Kabelverschraubung, wobei Kabel und Verschraubung unter Wasser 10 bar standhalten, was einer Wassertiefe von 100 Metern entspricht.

Neben der Dichtung im Inneren besitzt die Skintop zwei weitere Dichtungen: Eine dort wo die Kabelverschraubung am Gehäuse aufliegt und eine unter der Hutmutter. Die Dichtung zum Gehäuse ist nach den Prinzipien des Hygienic Design als Flachdichtung ausgeführt – nicht wie üblich als O-Ring, der auf oder in einer Fase des Gehäuses sitzt. Denn auch in dieser Vertiefung könnten sich Lebensmittelreste festsetzen, die auch ein Hochdruckreiniger nicht mehr entfernen kann. Auch sonst bietet die Kabelverschraubung keine Angriffspunkte für Schmutz und Keime:

• Die Gleitdichtung unter der Hutmutter verschließt potenzielle Toträume.
• Statt eines Sechskants am Stutzen und Hutmutter gibt es nur zwei abgeflachte Seiten, an denen der Schlüssel angesetzt wird, um hygienisch problematische Ecken und Kanten zu vermeiden.

(ml)