Flaschen füllen nach dem Fledermausprinzip

Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT zeigen vom 15. bis 20. April auf der Hannover Messe eine neue Methode zur Füllstandsmessung in Abfüllanlagen. Die Messung erfolgt berührungsfrei per Ultraschall und ist deshalb besonders hygienisch. Erstmals lassen sich damit auch kohlensäurehaltige Flüssigkeiten exakt abfüllen.

Bis heute ist das philosophische Problem, ob ein Glas halbvoll oder halbleer ist, nicht endgültig entschieden. Wissenschaftler und Techniker dagegen finden es schier unmöglich, sich mit ungelösten Fragen zufrieden zu geben. Sie wollen ganz genau wissen, wie voll, halbleer oder halbvoll der Behälter denn nun wirklich ist. Speziell für diesen Zweck wurden deshalb eine ganze Reihe von verschiedenen Methoden zur Füllstandsmessung entwickelt. Sie sind vor allem dann gefragt, wenn keine Zeit für lange Diskussionen bleibt – zum Beispiel in den vollautomatischen Abfüllanlagen der Getränkeindustrie. Auf der Hannover Messe vom 15. bis 20. April zeigen Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT, wie man Füllzustände in großem Stil berührungslos und auf den Millimeter messen kann: mit dem Prinzip Fledermaus.

Fledermäuse stoßen zu ihrer räumlichen Orientierung für uns nicht hörbare Schreie aus, die von der Umgebung reflektiert werden. Je näher ein Baum oder eine Wand ist, desto schneller kommt das Signal zum Sender – der Fledermaus – zurück. Auch Wale nutzen das Echolotprinzip, um sich im Wasser fortzubewegen. Moderne Fangschiffe bedienen sich heute dieser Technik, um Fischschwärme zu orten, Autos, um beim Einparken nicht anzuecken.

Nun haben Wissenschaftler die Tricks der Natur auch für die Getränkeindustrie nutzbar gemacht. »Hier müssen in einer Schicht Tausende von Flaschen befüllt werden«, weiß Marc Schmieger, Projektleiter am IBMT. »Da bleiben für eine gerade mal ein paar Sekunden Zeit.« Bisher messen die Techniker meist mit optischen oder akustischen Methoden, wieviel Flüssigkeit in eine Flasche gehört. Je nach Beschaffenheit des Behältnisses sind dabei unterschiedliche Füllstandshöhen möglich. Für einen Abfüllanlagenhersteller haben die Wissenschaftler in St. Ingbert nun eine neue Messmethode entwickelt, mit der die Füllstandshöhe in den Flaschen nach dem Fledermausprinzip per Ultraschall auf den Millimeter genau eingestellt werden kann. »Wir schicken beim Abfüllen ein Ultraschallsignal jenseits des hörbaren Bereichs in die leeren Behälter. Das Mess-Signal tritt dabei von oben in die Flasche ein, geht bis zum Boden und wird von hier wieder zurück zum Messgerät reflektiert. Die Flüssigkeitszufuhr wird sofort gestoppt, wenn die Echozeit einen bestimmten Wert erreicht hat«, erklärt Schmieger das neue Prinzip. Und er stellt auch gleich die Vorzüge des Ultraschallverfahrens heraus: Die Messung erfolgt berührungsfrei und ist deshalb besonders hygienisch. Und sie kann erstmals auch dann in Abfüllanlagen benutzt werden, wenn kohlensäurehaltige Flüssigkeiten in Flaschen gefüllt werden müssen. Denn bisher konnte Bier, Limo, Mineralwasser oder Cola im großen Stil mit dem Ultraschallverfahren nicht exakt dosiert werden. Der Grund: Die Kohlensäure setzt Kohlendioxid frei. Das Gas dämpft den Schall ähnlich wie Nebel weit stärker als Luft und verfälscht das Ergebnis. Die Forscher aus St. Ingbert haben jetzt eine Methode

gefunden, auch kohlensäurehaltige Getränke in großen Anlagen mit dem Prinzip Fledermaus in Flaschen abzufüllen. Dazu kommt noch ein weiterer Vorteil: Die neue Technik arbeitet so genau, dass die Füllstandshöhe in den Flaschen maximal um einen Millimeter variiert.

Bevor nun Abfüllanlagen serienmäßig mit dem Ultraschallverfahren ausgestattet werden, testen die Wissenschaftler die neue Technik zunächst mit einem Demonstrator. Schon in wenigen Monaten – so der IBMT-Experte, wird der Hersteller das Fledermausprinzip in einer neuen Anlage einsetzen können.

Auf der Hannover-Messe können Sie den Demonstrator in Halle 17, Stand F14 bei der Arbeit beobachten.