Kapazitive Sensoren für Flüssigkeiten und Klebstoffe Den Füllstand präzise bestimmen

Im Bereich der Klebetechnik gab es in den vergangenen Jahren erhebliche Fortschritte. Innovationen im Bereich der zugrundeliegenden Chemie und verbesserte Prozessschritte haben dazu geführt, dass das Verkleben von Komponenten heute in vielen Segmenten das Verschweißen abgelöst hat.

Das führt unter anderem dazu, dass in der Industrie vermehrt Klebe- und Dosierroboter zum Einsatz kommen, die mit entsprechenden Materialaufbereitungsbehältern verbunden sind. Auch im Bereich der Mikroelektronik spielen moderne Klebeprozesse in Form einer Beschichtung eine wichtige Rolle. Empfindliche Leiterplatten wie Bauteile für die Fahrzeugindustrie lassen sich mit einer Schutzschicht aus Harz optimal vor Witterungseinflüssen schützen.

Ein Zwei-Komponenten-Klebstoff wird in einer Maschine mit zwei Tanks (2K-Anlage) gemischt, in denen die beiden Komponenten Harz und Härter verarbeitet werden. Diese ergeben in bestimmten Mischungsverhältnissen das gewünschte Material, das dann durch chemische Reaktionen, beispielsweise mit Temperatur oder UV-Licht, aushärtet.

Die Möglichkeit, die Füllmenge von Flüssigkeiten und Klebstoffen zuverlässig zu messen, ist dabei für die Hersteller entsprechender Systeme sehr wichtig – vor allem mit Blick auf die strategischen und planerischen Aspekte. Die Produktionsprozesse sollen möglichst effizient ablaufen und Maschinen optimal ausgelastet werden. Darüber hinaus müssen die Pumpen vor dem Ansaugen von Luft geschützt werden.

Kapazitives Messverfahren

Ein Anbieter solcher Messgeräte ist das Unternehmen Captron. Der Münchner Hersteller hat in den Bereichen der kapazitiven Messung viele Innovationen vorangetrieben und mit dem VA-214 ein Kompaktsystem mit Verstärker im Angebot, das über einen Digital- und Analogausgang sowie mehrere Spannungsausgänge verfügt.

Das dabei verwendete Prinzip der kapazitiven Messung bietet zudem zahlreiche Vorteile: So wie man bei einem Smartphone über den elektrischen Leitwert ein Display bedienen kann, wird auch hier über das elektrische Feld zwischen zwei Flächen eine Messung des elektrischen Leitwertes durchgeführt. Im Fall der Füllstandsmessung wird dieses Feld zwischen einem Teflonstab, der fast bis zum Boden des Tanks reicht, und der Metallwand des Gefäßes gebildet.

Ist der Behälter leer, befindet sich Luft – als Isolator mit dem elektrischen Leitwert von null – zwischen den genannten Messfeldern, die den kapazitiven Sensor bilden. Wasser als optimaler Leiter hätte einen Leitwert von etwa 80. Bei Klebstoffen sowie Öl bewegt sich der Wert zwischen null und zwölf, bei Silikonölen sind es leicht höhere Werte. Aus den mit der kapazitiven Technik gemessenen Werten kann anschließend mit sehr großer Präzision die genaue Menge einer Flüssigkeit oder eines Klebstoffes in einem Behälter errechnet werden.

Robuste Konstruktion ist unabdingbar

Lange Zeit wurde der Kleber unter Druck – mit etwa 0,5 bar – durch die Leitung gepresst. Heute wird der Klebstoff dagegen meist unter Vakuum vergossen. Der große Vorteil dabei: Es entstehen keine Luftblasen und Bauteile lassen sich mit noch weniger Ausschuss versiegeln.

Um Blasenfreiheit zu gewährleisten, wird allerdings nicht nur die Luft aus dem Behälter gesaugt. Zusätzlich verrührt ein großes Rührwerk mit zwei oder mehr Flügeln im Gehäuse das Gebinde. Doch während die Nutzung dieser mechanischen Komponenten für die Prozesssicherheit ausgesprochen nützlich ist, schafft sie für die Messtechnik neue Hürden. Da permanent Klebstoff mit hohem Druck gegen den Sensor geschoben wird, muss dieser sehr robust ausgeführt sein, damit er im Dauerbetrieb nicht versagt.

An die Konstruktion kapazitiver Füllstandsmesstechnik für das Verkleben werden daher hohe Anforderungen gestellt. Sensoren von Captron sind besonders solide ausgeführt und haben sich im Praxiseinsatz bei vielen Unternehmen in Dosieranlagen bewährt. Für spezielle Anforderungen, etwa bei wenig viskosen Gebinden, können die Modelle des Herstellers darüber hinaus mit Zusatzoptionen erweitert und in noch stabileren Ausführungen bestellt werden.

Freie Konfiguration

Darüber hinaus kann der Kunde das kapazitive Messsystem nach seinen jeweiligen Anforderungen konfigurieren. So lässt sich die Gewindegröße frei wählen. Außerdem ist es möglich, den Messstab auf den Millimeter genau in der für die Anwendung passenden Länge zu ordern. Das ist vor allem deshalb notwendig, weil nicht alle Hersteller mit der gleichen Behältergröße arbeiten. Andere Anbieter von Messsystemen bieten ihre Komponenten dagegen nur in einer begrenzten Anzahl an Längen an. Der Konstrukteur muss in diesen Fällen entweder deutliche Abstriche bei der Messgenauigkeit machen oder seine Lösung wesentlich schlechter integriert bauen.

Ein weiterer Vorteil ist schließlich, dass der Sensor jederzeit neu abgeglichen werden kann. Das ist immer dann nötig, wenn Produzenten das Gebinde wechseln – ein Vorgang, der bei vielen Unternehmen täglich ansteht. Hierbei sind oftmals komplizierte Verfahren notwendig; bei Captrons Sensor reichen allerdings fünf einfache Schritte für die erneute Installation aus.