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Ultraschall-Sensorik von Allengra für hochgenaue Dosierungen

Präzise Messtechnik
Ultraschall-Sensorik von Allengra für hochgenaue Dosierungen

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Die nächste Generation Bodenreinigungsmaschinen von Kärcher dosiert mit kombinierten Sensoren in einem kompakten Regelventil ohne bewegte Teile intelligenter und genauer. Möglich wird dies durch einen Ultraschallsensor in kompaktem Design des süddeutschen Chipherstellers Allengra. Dieser misst den Zufluss von Reinigungsmittel hochgenau, so dass dieser einfach zu kontrollieren und einzustellen ist.

Raul Junker, Gründer und Inhaber Allengra GmbH, Ravenstein-Merchingen

Lange war der Stückpreis bei Ultraschall-Durchfluss-Sensoren zu hoch und die Sensoren zu groß, um sie in Geräte für den täglichen Gebrauch zu integrieren. Die Allengra GmbH, Ravenstein-Merchingen, konnte bereits 2011 mit Hilfe eines süddeutschen Chipherstellers einen Ultraschallsensor für die Großserie in kompaktem Design für mehrere Hersteller von Gas Wandheizgeräten entwickeln und schließlich in Serie liefern. 2015 wird Kärcher auf den Volumenstromsensor aufmerksam. Der Hersteller von Reinigungsgeräten und -systemen arbeitet an einer neuen Generation von Bodenreinigungsmaschinen, die mit intelligenter Technologie ausgestattet sein sollen, um in Handhabung und Dosierung noch präziser zu sein. Die Entwicklungsabteilung möchte dazu Durchflussmessung und Regelung kombinieren und in ein kompaktes Regelventil mit einer Durchflussmessung ohne bewegte Teile integrieren, damit die Messung nicht von Verunreinigungen im Wasser beeinflusst wird. Dazu ist man auf der Suche nach einem Aktuator in den verschiedene Sensoren eingebaut sind, die feinste Durchflüsse genauso wie minimale Druckunterschiede messen können. Das agile Team der Ravensteiner ist genau der richtige Partner für die Entwicklung eines kleinen, auf Reinigungsmaschinen zugeschnittenen Aktuators, der die Dosierung der Reinigungslösung hochgenau regeln soll. Ein Entwurf eines einfachen und kompakten Sensors mit einem gut evaluierten und getesteten Stellantrieb, kombiniert mit einem keramischen Ventilregelsystem, hatte das Unternehmen bereits auf der ISH 2017 vorgestellt. Ein Regelventil in dieser kompakten Form mit Durchfluss- und Druckmessung war zu dem Zeitpunkt ein Novum auf dem Markt und ist es noch heute.

Drucksensor misst Flüssigkeitsniveau auf das Millibar genau

Für eine bestimmte Linie seiner Scheuersaugmaschinen benötigt Kärcher einen Aktuator mit Ultraschall-Durchflusssensor, der den Zufluss von Reinigungsmittel hochgenau misst, so dass dieser einfach zu kontrollieren und einzustellen ist. Ein zusätzlicher Drucksensor indiziert das Niveau im Frischwassertank, das sich zwischen 0 und 90 cm bewegt. Die Messung sollte auf einer Skala von 0 bis 90 mbar erfolgen. Eine anspruchsvolle Aufgabe, die mit dem Drucksensor jedoch gelöst werden konnte. Als drittes wollten die Winnender bei der Zudosierung der Reinigungsflotte eine saubere und noch genauere Lösung als in den bisherigen Bodenreinigungsmaschinen. Dazu muss das Ventil für die Ausbringung der Reinigungsflotte nicht nur hundertprozentig dicht sein, sondern auch schnell schließen. Das Regelventil des Herstellers bringt es dabei auf 1,4 s Verschlusszeit.

Schnelle und kostengünstige Entwicklung dank moderner, platzsparender Sensorik

Da die Geräte von Kärcher in der gesamten Welt eingesetzt werden, ist Robustheit aller Bauteile eines der wichtigsten Kriterien. Sukzessive wurden weitere Mitarbeiter in das Projekt miteinbezogen und die Latte immer höher gelegt. Durch intensive Tests konnten beide Unternehmen zusammen das Regelventil immer weiter verfeinern. Mittlerweile befindet sich das Ultraschall-Regelventil im Feldversuch. Dieses Jahr noch erfolgt die Markteinführung. Für den Reinigungsgeräte-Hersteller wie für den Sensorhersteller ist das Projekt ein Gewinn. Als agile Ideenschmiede mit einem dynamischen Team waren die Ravensteiner ein wichtiger Partner für eine schnelle und kostengünstige Entwicklung eines hochspezialisierten Produkts, das sich alleine durch seine Größe dank moderner, platzsparender Sensorik leicht integrieren ließ. Das Projektteam der Winnender war für Allengra ein professioneller Sparringspartner mit viel Entwicklungserfahrung und einer gewachsenen globalen Infrastruktur. Beides eröffnete für das Projekt Möglichkeiten, den neuen Regler bereits in die nächste Generation von Scheuersaugmaschinen zu integrieren.

Keine Schwebeteilchen beeinflussen Langzeit-Stabilität und Messgenauigkeit

Das Ultraschall-Regelventil kann mit einer Mediumtemperatur von 5 bis 60 °C und einem Druck von 0 bis 1 bar umgehen. Bei Bedarf kann der Regler auf 6 bar Betriebsdruck angepasst werden. Die Kommunikation erfolgt zum Beispiel über UART, PWM sowie einen Impulsausgang . Die Stromversorgung kann auf Wunsch mit einer lange haltbaren Lithium-Batterie geleistet werden. Durch den Verzicht auf mechanische bewegte Teile in den Sensoren beeinflussen keine Schwebeteilchen, Schmutz oder Sand die Langzeit-Stabilität oder die Genauigkeit der Messung. Im nächsten Schritt soll eine WLAN- beziehungsweise Bluetooth-Kommunikation sowie ein CAN-Bus in das SmartValve implementiert werden, um das Produkt für eine Integration in Industrie 4.0- und Automotive-Umgebungen fit zu machen. Außerdem sollen Toträume zukünftig eliminiert werden, um hygienischen Anforderungen zu entsprechen, die den Regler damit auch für die Lebensmittelindustrie qualifizieren.

Mit Sensoren kommt Elektronik und Regelungstechnik in die Aktoren

Der Sensorhersteller plant für die kommenden Jahre die Entwicklung eines weiteren Regelventils, das nach dem gleichen Prinzip auch für die Regelung von Gasen eingesetzt werden kann. Durch die Entwicklungsleistung in Zusammenarbeit mit Kärcher ist das SmartValve jetzt optimal qualifiziert und bietet dem Unternehmen eine solide Basis für die Weiterentwicklung. Allengra hat während der Entwicklung immer wieder festgestellt: Nicht die Aktoren sind heute entscheidend, sondern die Sensorik, die in den Aktoren integriert wird. Mit den Sensoren kommt viel Elektronik und Regelungstechnik in das Produkt hinein, das macht es skalierbar und zukunftssicher, also genau das Richtige für eine moderne IoT-Umgebung. (jg)

Details zu Ultraschall-Durchfluss-Sensoren SmartValve von Allengra
hier.pro/RruTi

Kontakt:

Allengra GmbH
Weissdornweg 13
74747 Ravenstein-Merchingen
Tel. +49 89 208039432
info@allengra.eu
www.allengra.eu


PLUS

Alles aus einer Hand

Die 2005 von Raul Junker gegründete Allengra GmbH mit Sitz in Ravenstein bei Heilbronn entwickelt und produziert Ultraschall-Durchfluss-Sensoren und unterschiedliche Regelventile mit integrierten Druck- und Temperatursensoren in Serie für Unternehmen aus der Heizungs-, Sanitär- und Klimatechnik sowie für die Pharma-, Lebensmittel- und Reinigungsindustrie. Kunden des Unternehmens bekommen alles aus einer Hand: Von der Ideenfindung und Marktanalyse, über die Entwicklung, den Prototypenbau und schließlich die Serienproduktion.

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