Allengras Ultraschallsensortechnologie: Präzise Steuerung für intelligente Dosierung
September 9, 2020, 5 minute read
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Kärcher entwickelt die nächste Generation seiner Bodenreinigungsmaschinen mit kombinierten Sensoren in einem kompakten Regelventil ohne bewegliche Teile – intelligenter und präziser in der Dosierung.
Lange Zeit waren die Stückkosten von Ultraschall-Durchflussmessern zu hoch und ihre Abmessungen zu groß, um sie in Alltagsgeräten zu integrieren.
Im Jahr 2011 gelang es der Allengra GmbH mit Hilfe eines süddeutschen Chipherstellers, einen Ultraschallsensor für die Großserienproduktion in kompakter Bauweise zu entwickeln und ihn für mehrere Hersteller von Gas-Wandheizgeräten serienreif zu liefern.
Im Jahr 2015 wurde Kärcher, der Hersteller von Reinigungsgeräten und -systemen sowie Weltmarktführer in diesem Bereich, auf den Volumenstromsensor aufmerksam.
Kärcher arbeitet an einer neuen Generation von Bodenreinigungsmaschinen, die mit intelligenter Technik ausgestattet werden sollen, um noch präziser im Handling und in der Dosierung zu sein. Die Entwicklungsabteilung kombiniert Durchflussmessung mit Steuerung und integriert sie in ein kompaktes Regelventil mit Durchflussmessung ohne bewegliche Teile, sodass die Messung nicht durch Verunreinigungen im Wasser beeinträchtigt wird.
Zudem suchte Kärcher nach einem Aktor, in dem verschiedene Sensoren integriert sind, die feinste Durchflussmengen sowie minimale Druckunterschiede messen können.
Unser Team ist der ideale Partner für die Entwicklung eines kleinen Aktors, der speziell auf Reinigungsmaschinen zugeschnitten ist und die Dosierung der Reinigungslösung mit hoher Präzision regeln soll.
Allengra hatte bereits auf der ISH 2017 ein Design für einen einfachen und kompakten Sensor mit einem gut evaluierten und getesteten Aktor präsentiert, kombiniert mit einem Keramikventil-Steuerungssystem. Ein Regelventil in dieser kompakten Form mit Durchfluss- und Druckmessung war damals eine Neuheit auf dem Markt – bis wir unser Smart Valve eingeführt haben.
Für eine bestimmte Linie seiner Scheuersaugmaschinen benötigt Kärcher einen Aktor mit einem Ultraschall-Durchflusssensor, der den Zufluss des Reinigungsmittels hochpräzise misst, wodurch eine einfache Steuerung und Anpassung ermöglicht wird.
Ein zusätzlicher Drucksensor zeigt den Füllstand im Frischwassertank an, der zwischen 0 und 90 cm variiert. Die Messung sollte auf einer Skala von 0 bis 90 Millibar erfolgen – eine anspruchsvolle Aufgabe, die der Drucksensor hervorragend gemeistert hat.
Kärcher wünschte sich eine saubere und noch präzisere Lösung zur Dosierung der Reinigungslösung als bei den bisherigen Bodenreinigungsmaschinen. Dazu muss das Ventil zur Dosierung der Reinigungslösung nicht nur zu 100 % dicht, sondern auch schnell schließend sein.
Das Regelventil von Allengra erreicht eine Schließzeit von 1,4 Sekunden.
Da Kärcher-Geräte weltweit eingesetzt werden, ist die Robustheit aller Komponenten eines der wichtigsten Kriterien. Im Laufe des Projekts wurden immer mehr Mitarbeitende eingebunden, und die Anforderungen stiegen stetig.
Durch intensive Tests konnten Allengra und Kärcher das Regelventil kontinuierlich weiterentwickeln. Das Ultraschall-Regelventil wird derzeit im Feld getestet und die Markteinführung erfolgt noch in diesem Jahr.
Das Projekt ist ein Gewinn für beide Seiten: Kärcher und Allengra – als agiles Denkzentrum mit einem dynamischen Team – ist ein wichtiger Partner für die schnelle und kostengünstige Entwicklung eines hochspezialisierten Produkts, das allein aufgrund seiner Größe problemlos dank moderner, platzsparender Sensorik integriert werden konnte.
Für Allengra war das Kärcher-Projektteam ein professioneller Sparringspartner mit umfangreicher Entwicklungserfahrung und einer etablierten globalen Infrastruktur – beides öffnete Möglichkeiten für das Projekt, um den neuen Controller in die nächste Generation von Reinigungsmaschinen zu integrieren.
Das Ultraschall-Regelventil kann bei einer Medientemperatur von 5–60 °C und einem Druck von 0–1 bar betrieben werden. Bei besonderen Anforderungen kann der Regler auf einen Betriebsdruck von bis zu 6 bar angepasst werden.
Die Kommunikation erfolgt beispielsweise über UART und PWM-Pulsausgang. Die Stromversorgung kann bei Bedarf über eine langlebige Lithiumbatterie erfolgen. Durch den Verzicht auf mechanisch bewegliche Teile in den Sensoren werden die Langzeitstabilität und die Messgenauigkeit nicht durch Schwebstoffe, Schmutz oder Sand beeinträchtigt.
Zudem sollen in das Smart Valve künftig WLAN- oder Bluetooth-Kommunikation sowie ein CAN-Bus integriert werden, um das Produkt für die Integration in Industrie 4.0 und Automotive-Umgebungen fit zu machen.
Toträume sollen zukünftig eliminiert werden, um hygienischen Anforderungen zu entsprechen – damit qualifiziert sich der Regler auch für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie.
