29.10.2020

Ultraschall-Regelungsventil für Bodenreinigungsmaschinen

Kompaktes dosieren

Lange war der Stückpreis bei Ultraschall-Durchflusssensoren zu hoch und die Sensoren zu groß, um sie in Geräte für den täglichen Gebrauch zu integrieren. Doch 2011 entwickelte Allengra einen Großserien-Ultraschallsensor in kompaktem Design für mehrere Hersteller von Gas-/Wandheizgeräten. 2015 wurde das Unternehmen Kärcher, Hersteller von Reinigungsgeräten und -systemen, auf den Volumenstromsensor aufmerksam.


Für eine Linie seiner Scheuersaugmaschinen benötigt Kärcher einen Aktuator mit einem Ultraschall-Durchflusssensor, der den Zufluss von Reinigungsmittel hochgenau misst.
Bild: ©yunuskoc/stock.adobe.com

Kärcher arbeitet an einer neuen Generation von Bodenreinigungsmaschinen, die mit intelligenter Technologie ausgestattet sind, um in Handhabung und Dosierung der Reinigungsmittel 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 sehr feine Durchflüsse genauso wie sehr geringe Druckunterschiede messen können. Ein Entwurf eines kompakten Sensors mit einem evaluierten und getesteten Stellantrieb, kombiniert mit einem keramischen Ventilregelsystem, hatte Allengra bereits auf der ISH 2017 vorgestellt. Ein Regelventil in dieser kompakten Form mit Durchfluss- und Druckmessung gab es allerdings bis dahin noch nicht.

Drucksensor misst auf Millibar genau

Für eine bestimmte Linie seiner Scheuersaugmaschinen benötigt Kärcher einen Aktuator mit einem Ultraschall-Durchflusssensor, der den Zufluss von Reinigungsmittel hochgenau misst, und der einfach zu kontrollieren und einzustellen ist. Ein zusätzlicher Drucksensor indiziert das Niveau im Frischwassertank, das sich zwischen 0 und 90cm bewegt. "Die Messung sollte auf einer Skala von 0 bis 90mbar erfolgen. Eine anspruchsvolle Aufgabe, die wir mit unserem Drucksensor jedoch lösen konnten", so Raul Junker, Gründer und Inhaber von Allengra. Als drittes wollte Kärcher 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 neue Regelventil bringt es dabei auf eine Verschlusszeit von 1,4s.

Ultraschall-Regelungsventil

Da die Geräte von Kärcher in der gesamten Welt eingesetzt werden, ist die Robustheit aller Bauteile eines der wichtigsten Kriterien. Durch intensive Tests konnten Allengra und Kärcher zusammen das Regelventil immer weiter verfeinern. Mittlerweile befindet sich das Ultraschall-Regelventil im Feldversuch. Noch dieses Jahr erfolgt die Markteinführung. Das Regelventil kann mit einer Mediumtemperatur von 5 bis 60°C und einem Druck von 0 bis 1bar umgehen. Bei Bedarf ist die Anpassung des Reglers auf 6bar Betriebsdruck möglich. Die Kommunikation erfolgt z.B. über UART, PWM, einen Impulsausgang unter anderem 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- bzw. Bluetooth-Kommunikation sowie ein CAN-Bus in das SmartValve implementiert werden. Außerdem sollen Toträume eliminiert werden, um hygienischen Anforderungen zu entsprechen, die den Regler damit auch für die Lebensmittelindustrie qualifizieren.

Fazit

Allengra plant für die kommenden Jahre die Entwicklung eines weiteren Regelventils, das nach dem gleichen Prinzip auch für die Regelung von Gasen eingesetzt werden kann. Raul Junker: "Wir haben während der Entwicklung immer wieder festgestellt: Nicht die Aktoren sind heute entscheidend, sondern die Sensorik, die in den Aktoren integriert werden. Mit den Sensoren kommt viel Elektronik und Regelungstechnik in das Produkt hinein, das macht es skalierbar und zukunftssicher."

Anzeige