Füllstand, Durchfluss und Druck im Maschinen- und Anlagenbau: Prozesssensorik als Komponente der eigenen Maschine

Messstelle an der Maschine: was der Maschinenbauer festlegt und was der Endkunde verlangt

Wer nach einem Sensor fragt, ist im Maschinenbau oft nicht der spätere Anwender. In dokumentierten Anwendungen kommt die Vorgabe mal vom Endkunden, mal bleibt sie ganz dem Lieferanten überlassen. Ein Investitionsverantwortlicher sieht für ein Projekt 16 bis 20 Messstellen vor, je mit einem Anklemmbaren Durchflusssensor der Modellreihe FD-H oder FD-R. Weil der Maschinenbauer noch nicht feststeht, sind auch die Rohrdurchmesser offen, und ohne sie lässt sich die Größe nicht festlegen.

Ein anderer Endkunde schreibt seinen Lieferanten nichts vor. Je nach OEM kommt ein anderes Füllstandsprinzip in die Maschine, auch an Öltanks und Kühlwasser. Ein dritter möchte dem Maschinenbauer einer neuen Linie eine Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F je Anlagenteil samt Stromwandlern vorgeben, an mindestens fünf Abschnitten und zwei weiteren Stellen.

Kühl-, Hydraulik- und Wasserkreise: Durchfluss und Trockenlauf in der eigenen Konstruktion

Ein Sondermaschinenbauer baut Schweißgeräte, deren Wasser-Glykol-Kühlung durch die Schweißvorrichtung geführt wird. Setzt sich die Leitung zu, fehlt die Kühlung an der Vorrichtung. Für Leitungen von 8 mm bei etwa 30 °C kommt an vier Stellen ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-X mit Verstärker in Frage. An einem Hydraulikaggregat mit einem Stahlrohr von 30 mm und bis zu 70 °C kommt die Modellreihe FD-H in Frage. Ein Zulieferer, der Hydrauliköl überwachen will, vergleicht dafür die Modellreihen FD-R und FD-H in vergleichbarer Größe.

Manchmal genügt ein Ja oder Nein. Ein Endkunde will an einer Pumpe nur wissen, ob überhaupt etwas fließt, damit Trockenlauf auffällt.

Ein OEM, der einen Prototyp einer neuen Maschine aufbaut, hat die Modellreihe FD-H für Durchfluss und Temperatur einer Elektrolytflüssigkeit erprobt; der Test verlief sehr erfolgreich.

Anlagenbauer für Wasseraufbereitung denken in Nennweitenbereichen. Ein Planer, dessen Anlagen Kühlprozesse und Dampfkessel in vielen Branchen versorgen, sucht einen Sensor für Wasser in DN15 bis DN50 an Rohren aus PVC, Messing oder Edelstahl, bei geringen Durchflüssen. Ein Anlagenbauer für Grundwassersanierung braucht 4-20 mA und Impulsausgang.

Das Standardmodell der Modellreihe FD-H arbeitet bis 85 °C und liefert über einen integrierten Temperatursensor auch die Temperatur. Die Hochtemperaturausführung reicht bis 180 °C, die Schlauchausführung bis 100 °C, und IO-Link wird unterstützt. Die Modellreihe FD-R deckt DN40 bis DN200 bei -20 bis +120 °C ab, die Modellreihe FD-X erfasst kleine Mengen ab 0,1 ml/min.

Tanks und Dosierstationen: Füllstand und Zufuhr im Maschinenmodul

Viele Maschinen tragen ihren eigenen Tank und ihre eigene Dosierpumpe. In einem Projekt zur Tanküberwachung wurden Kabel und Halter für einen Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR passend zum Behälter gewählt. Ein Hersteller thermischer Spritzanlagen überlegt, den Füllstand der Brennstofftanks als Option für seine Anlagen vorzusehen. In Fässern einer Wasseraufbereitung geht es um Chlor und Flockungsmittel, in einem anderen Projekt um Natronlauge und eine zweite wasserlösliche Chemikalie.

Der Radar-Füllstandssensor misst von oben. Die Nahbereichsmodelle erfassen bis 1,5 m und passen damit zu Maschinentanks, die Fernbereichsmodelle reichen bis 20 m. Beim Fernbereichsmodell lässt sich die Anzeigeeinheit abtrennen und bis 30 m entfernt montieren. Ob ein Modell zum jeweiligen Medium passt, ist vor der Auswahl im Katalog zu klären.

An der Dosierstelle zählt, ob das Medium im Takt der Pumpe ankommt. Ein Zulieferer für die Chemie von Waschanlagen hat an Kunststoffschläuchen von 6 mm einen Durchflusssensor der Modellreihe FD-X getestet. Gefragt waren der Durchfluss, die Gesamtmenge über die Zeit und der Impulsbetrieb der Pumpen. Der Test verlief sehr gut. Wo nur gemeldet werden muss, dass keine Flüssigkeit mehr kommt, reicht dort auch ein reines Grenzsignal. Ein Integrator für eine Textilveredelungsanlage will die Avivage-Dosierung zu den Düsen überwachen, damit Verstopfungen auffallen, bei etwa 160 ml/min an einer 6-mm-Leitung mit Impulsausgang; ein Test mit der Modellreihe FD-X fiel dort in Ordnung aus. Für Gel an einer Reifenmontage soll ein Durchflusssensor der Modellreihe FD-H die Impulse der Dosierung erfassen; der Durchflussbereich passt. Für die Innenwäsche von Elektromotoren mit Emulsion sollen Zu- und Ablauf überwacht werden; ob sich auch Blasen erkennen lassen, ist offen und nur am realen Aufbau zu klären.

Druckluft und Schutzgas: Verbrauch je Maschine, Leckage und Wartungseinheit

Druckluft ist in fast jeder Maschine Antriebsenergie, gemessen wird sie selten. An den Wartungseinheiten mehrerer Prototypmaschinen in der Schleiftechnik soll die Energie-Management-Einheit die vorhandene Aufbereitung ergänzen; wichtig sind dort das Schließen des Ventils und die Feuchtemessung. Ein Hersteller von Kühl- und Verdampferanlagen möchte eine solche Einheit an jeder einzelnen Maschine. Eine neue Abteilung für internen Maschinenbau will die Einheit in vorhandene Wartungseinheiten einbinden und die Werte über PROFINET mit dem Ethernet-Modul übernehmen. Am Robotergreifer derselben Abteilung soll ein Kombinierter Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP den Druckluftverlust erfassen, als Hinweis, ob das Ansaugen gelungen ist. In einem Betrieb mit drei Kompressoren und einer 8-bar-Ringleitung wurde Leckage bisher nicht systematisch erfasst; dort beginnt die Bilanz der Halle.

Beim Schutzgas sind die Gründe handfest. Ein Hersteller von Schweißanlagen hat an drei Schweißrobotern den Argondurchfluss getestet, wegen der Gaskosten und wegen des Service bei seinen Kunden. Der Test verlief positiv; für einen Leckalarm kommt der Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP in Frage, weil er neben dem Durchfluss auch den Druck anzeigt.

Die Energie-Management-Einheit misst Durchflussrate, Druck, Temperatur und Luftfeuchtigkeit, ihre gespeicherten Werte dienen der Überwachung der Anlage. Ein eingebautes Absperrventil verhindert Luftverlust, wenn die Anlage steht, das Kombinationsmodell enthält zusätzlich einen Filterregler, und Stromwandler erfassen die elektrische Seite. Die Genauigkeit hängt von der Reinheitsklasse der Druckluft ab. Ein Durchflusssensor ist die Einheit nicht, ein geeichtes Messgerät ebenso wenig. Der Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP kennt die Gasarten Luft, Stickstoff und Argon. Zwischen dem Geschwindigkeitsregelventil und dem Zylinder überwacht er laut Anleitung Kraft und die Leckage durch Dichtungsverschleiß. Für Messungen der Instandhaltung an größeren Leitungen ist ein Anklemmbarer Durchflusssensor für Druckluft und Gase der Modellreihe FD-G vorgesehen, außen auf Stahl- oder Edelstahlrohr geklemmt und ebenfalls nicht geeicht.

Prüfstand und Probelauf: Druck und Durchfluss vor der Auslieferung

Manche Messstelle gehört nicht in die Maschine des Kunden, sondern an den Prüfplatz. An einer Montagestation für Antriebsbaugruppen soll die Energie-Management-Einheit den Energieverbrauch erfassen; für ein Leckprüfgerät an derselben Station kommt der Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP in Frage. Ein Modullieferant für einen Maschinenbauer will in seinem Modul Vakuum und Durchfluss prüfen, mit der Modellreihe FD-EP für das Vakuum; für den Durchfluss ist ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-EC vorgesehen. Ein weiterer OEM will den Luftverbrauch seiner Maschinen im Probelauf vor der Übergabe an den Endkunden messen.

Die Modellreihe FD-EP misst laut Datenblatt von -100 kPa bis 0,75 MPa und bringt Applikationsfunktionen für Abblasen, Ansaugen, Zylinder und Aufsitzkontrolle mit. Nach dem Befüllen einer Leitung mit Gas lässt sich der Nullpunkt über einen Eingang verschieben, was laut Anleitung die Überprüfung auf Leckagen erleichtert. Die Modellreihe FD-EC ist für Luft, Stickstoff und Argon bei Gastemperaturen von -10 bis +60 °C ausgelegt. Aussagen zu Prüfnormen, Leckratenklassen oder einer Zulassung als Prüfgerät sind damit nicht verbunden.

Ein Sensor für die Baureihe: Auswahl und Anbindung

Ein Sensor für eine Baureihe muss in alle Varianten passen und an jeder Maschine gleich arbeiten. Eine Abteilung, die Zeichnungen von Maschinenbauern umsetzt, sieht vier Messstellen je Maschine vor. Ein Sondermaschinenbauer für Vakuumbeschichtung sucht einen einheitlichen Sensor für seine Maschinen, gefragt ist die Genauigkeit bei etwa 1 l/min; laut Katalog gilt für die Modellreihe FD-H eine Genauigkeit von ±3,0 % vom Anzeigewert nur zwischen 10 und 100 % des Messbereichs. Bei einem Hersteller von Pumpen und Schäumanlagen ließen sich im Test alle Polyolleitungen von 16 bis 38 mm mit der Modellreihe FD-H erfassen.

Der Messwert muss in die Steuerung. An den Heizleitungen eines Anlagenbauers sollen ein Dutzend Durchflusssensoren der Modellreihe FD-H über ein Netzwerk-Kommunikationsmodul der Modellreihe NQ zusammengefasst werden. Ein Hersteller von Heizaggregaten fragt nach einem IO-Link-fähigen Sensor, der ohne die Hauptsteuerung arbeitet; sinkt der Heißluftdurchfluss, ist der Filter zugesetzt und das Aggregat kann überhitzen. Die Energie-Management-Einheit lässt sich über das Ethernet-Modul anbinden.

Häufige Fragen

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Füllstand, Durchfluss und Druck: Prozessmedien in Tank, Leitung und Versorgung überwachen

Weiterer Artikel im Thema: Druckluft und Schutzgas an der Maschine überwachen: Verbrauch, Leckage und Wartungseinheit im Maschinen- und Anlagenbau

Weiterer Artikel im Thema: Durchfluss in Kühl-, Hydraulik- und Wasserkreisen: anklemmbare Sensoren in der eigenen Maschine und Anlage

Weiterer Artikel im Thema: Tanks, Chemikalien und Dosierstationen in Maschinen überwachen: Füllstand und Zufuhr für Maschinen- und Anlagenbauer

Weiterer Artikel im Thema: Prozesssensoren im Lastenheft und in der Maschinenbaureihe: Auswahl, Anbindung und Messstellen je Maschine für Maschinen- und Anlagenbauer