Prozesssensoren im Lastenheft und in der Maschinenbaureihe: Auswahl, Anbindung und Messstellen je Maschine für Maschinen- und Anlagenbauer
Ein Durchflusssensor in einer einzelnen Sondermaschine ist eine Bauteilwahl. Soll derselbe Sensor in jede Maschine einer Baureihe, wird daraus eine Entscheidung über Typ, Schnittstelle, Einbau und Prüfung, die über Jahre trägt. Dieser Beitrag richtet sich an Projektleiter und Konstruktionsverantwortliche im Maschinen- und Anlagenbau sowie an Investitionsverantwortliche beim Endkunden, die einem Maschinenbauer Vorgaben machen. Er fragt, wer den Sensor festlegt, wie die Messstellen an jeder Maschine gleich aufgebaut werden, wie der Prozesswert in die Steuerung kommt, was ein Prüfplatz mit Druck und Durchfluss braucht und was ein Versuch an der Maschine vor der Festlegung zeigen soll. Die Fälle stammen aus dokumentierten Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau.
Wichtige Punkte im Überblick
- Im Maschinenbau legt oft jemand den Sensor fest, der ihn später nicht betreibt: Mal gibt der Endkunde ihn im Lastenheft vor, mal wählt der Maschinenbauer frei.
- Bringt der Endkunde eine Vorgabe mit, sollte früh feststehen, ob sie sich mit dem Standard der Baureihe erfüllen lässt, sonst entsteht je Kunde eine Variante mit eigener Dokumentation und eigenem Ersatzteil.
- Sensor, Halter, Kabellänge und Einstellwerte werden einmal festgelegt und festgehalten, damit jede Maschine einer Baureihe gleich aufgebaut wird.
- Am Leckprüfplatz lässt sich beim Kombinierten Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP laut Anleitung nach dem Befüllen einer Leitung mit Gas der Nullpunkt über einen Eingang verschieben, was die Überprüfung auf Leckagen erleichtert.
- Ein Versuch an der Maschine klärt vor der Festlegung für die Baureihe, ob der Wert am realen Behälter oder an der realen Leitung stabil ist, ob Halter und Kabel in die Konstruktion passen und ob das Signal in der Steuerung richtig ankommt.
Wer den Sensor festlegt: Vorgabe des Endkunden oder Wahl des Maschinenbauers
Im Maschinenbau legt oft jemand den Sensor fest, der ihn später nicht betreibt, oder jemand, der ihn betreibt, aber nicht einbaut. Die dokumentierten Anwendungen zeigen zwei Pole.
Am einen Ende steht ein Investitionsverantwortlicher, der für ein Projekt bis zu 20 Messstellen vorsieht, je mit einem Anklemmbaren Durchflusssensor der Modellreihe FD-H oder FD-R. Er legt den Sensor fest, bevor der Maschinenbauer feststeht. Damit fehlen auch die Rohrdurchmesser, und ohne sie lässt sich die passende Größe nicht festlegen; die Spezifikation des Projekts wird noch abgeschlossen.
Am anderen Ende steht ein Endkunde, der seinen Lieferanten nichts vorschreibt. In seinen Maschinen arbeiten je nach OEM verschiedene Füllstandsprinzipien nebeneinander, vom Schwimmer über kapazitive Sensoren bis zum Ultraschall. Für Öltanks und Kühlwasser kommt bei ihm der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR in Frage.
Für den Maschinenbauer folgt aus beiden Fällen eine Planungsfrage. Schreibt der Endkunde nichts vor, gilt der eigene Standard. Bringt er eine Vorgabe mit, sollte früh feststehen, ob sie sich mit der Modellreihe erfüllen lässt, die ohnehin in der Baureihe steckt. Sonst entsteht je Kunde eine Variante mit eigener Dokumentation und eigenem Ersatzteil.
Ein Typ für die Baureihe: was er in allen Varianten leisten muss
Ein Sensor taugt für eine Baureihe, wenn er in alle ihre Varianten passt. Ein Lohnfertiger und Sondermaschinenbauer, der für die Automobilindustrie und für Prüfstandsbauer fertigt, sieht einen Anklemmbaren Durchflusssensor der Modellreihe FD-EC mit Auswerteeinheit vor; laut Anleitung ist die Modellreihe für Luft, Stickstoff, Argon und andere Gase an Schläuchen mit 6 bis 12,7 mm Außendurchmesser ausgelegt. Auch die Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F kommt dort in Frage.
Was ein Typ für eine ganze Baureihe leisten muss, lässt sich an wenigen Punkten festmachen. Er muss die kleinste und die größte Leitung abdecken oder bewusst auf zwei Modellreihen aufgeteilt werden. Welche Modellreihe welche Rohrgrößen abdeckt, behandelt der Beitrag zu Kühl-, Hydraulik- und Wasserkreisen dieser Reihe. Seine Ausgänge müssen zur Steuerung jeder Variante passen, also analog, als Impuls oder über IO-Link. Halter, Kabellänge und Einstellwerte sollten so festgehalten sein, dass die zehnte Maschine genauso aufgebaut wird wie die erste.
Messstellen je Maschine: gleich aufbauen, gleich einstellen
Wie viele Messstellen eine Maschine trägt, folgt aus ihren Kreisen. Eine Abteilung, die Maschinenzeichnungen von Maschinenbauern übernimmt und weiterentwickelt, sieht einen anklemmbaren Durchflusssensor an vier Messstellen je Maschine vor.
Ein Modullieferant baut für einen Maschinenbauer Module, in denen Vakuum und Durchfluss geprüft werden; die fertigen Module gehen weiter an einen OEM, der sie in ein eigenes Produkt einbaut. Für das Vakuum ist ein Kombinierter Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP vorgesehen, für ein zweites Modul ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-EC mit Verstärker.
Beim Modullieferanten ist das Modul die Einheit: Jede Messstelle wird einmal festgelegt und in jedem Modul gleich ausgeführt. Damit das gelingt, gehören Einbaulage, Kabelführung und Einstellwerte in die Fertigungsunterlagen. Dokumentierte Einstellwerte helfen auch dem Service, ein Ersatzgerät an derselben Stelle gleich einzustellen.
Prozesswert in die Steuerung: IO-Link, Netzwerk-Kommunikationsmodul und Ethernet-Modul
Ein Prozesssensor in einer Baureihe liefert einen Wert, mit dem die Maschinensteuerung etwas anfangen soll, etwa eine Schwelle prüfen oder einen Verbrauch protokollieren. Für eine Mischmaschine, die Chemikalien in verschiedenen Mengen dosiert, sind fünf Anklemmbare Durchflusssensoren der Modellreihe FD-X an 12-mm-Leitungen vorgesehen. Die Kommunikation soll über PROFINET erfolgen, eingebunden werden die Sensoren von einem OEM.
In einem großen Projekt für Heizleitungen sollen bei einem Anlagenbauer ein Dutzend Durchflusssensoren der Modellreihe FD-H über ein Netzwerk-Kommunikationsmodul der Modellreihe NQ zusammengefasst werden, das als IO-Link-Master mit 4 oder 8 Ports ausgeführt ist. Eine interne Maschinenbauabteilung, die einen neuen Maschinenpark aufbaut, braucht dagegen Drucksensoren samt Kabeln; ein Netzwerk-Kommunikationsmodul erschien dem Team dort als zu groß für den Bedarf.
Nicht jeder Wert muss in die Hauptsteuerung. Ein Hersteller kompletter Heizaggregate für größere Unternehmen will den Heißluftdurchfluss in Leitungen von 1 bis 4 Zoll überwachen und das als Ausbaustufe seiner Aggregate vorsehen. Jeder Sensor soll IO-Link-fähig sein und für sich arbeiten, ohne Verbindung zur Hauptsteuerung. Der Grund ist der Schutz des Aggregats: Ein sinkender Durchfluss zeigt einen zugesetzten Filter an, und bleibt der unbemerkt, kann das Gerät überhitzen. Das ist ein Konzept; welche Modellreihe diese Luftströme abdeckt, ist noch zu klären.
Für die Anbindung stehen dokumentierte Wege bereit. Die Modellreihe FD-H unterstützt IO-Link, die Energie-Management-Einheit lässt sich über ein Ethernet-Modul anbinden. Welche Schnittstelle passt, entscheidet die Steuerung der Baureihe, nicht der einzelne Sensor.
Prüfstand und Leckprüfung: Druck und Durchfluss am Prüfling
Manche Messstelle sitzt nicht in der Maschine des Kunden, sondern am Prüfplatz des Herstellers. Ein Werk will an einer Montagestation für Antriebsbaugruppen den Energieverbrauch mit der Energie-Management-Einheit erfassen. Für dieselbe Station braucht es ein Leckprüfgerät; dafür kommt der Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP in Frage, den ein OEM in die Station integriert.
Für eine solche Station bringt der Druck- und Durchflusssensor Funktionen mit, die laut Anleitung zur Prüfaufgabe passen. Über einen Eingang lässt sich der Nullpunkt verschieben, nachdem eine Leitung mit Gas befüllt ist; das erleichtert die Überprüfung auf Leckagen. Unter den Applikationsfunktionen steht auch die Aufsitzkontrolle. Der Druckbereich reicht laut Datenblatt von -100 kPa bis 0,75 MPa, als Gasart sind Luft, Stickstoff und Argon einstellbar.
Aussagen zu Prüfnormen, Leckratenklassen oder einer Zulassung als Prüfgerät folgen daraus nicht. Welche Leckage ein Prüfling haben darf, legt der Auftraggeber des Prüfplatzes fest, nicht der Sensor.
Vor der Festlegung: was ein Versuch an der Maschine klären muss
Bei einer Tanküberwachung beginnt die Arbeit mit Kabel, Halter und Einstellungen des Radar-Füllstandssensors, abgestimmt auf den Behälter. Anschlusskabel gibt es laut Katalog in 2, 5 und 10 m, gerade oder gewinkelt.
Ein Versuch an der Maschine beantwortet Fragen, die das Datenblatt offenlässt. Ist der Wert am realen Behälter oder an der realen Leitung stabil? Passen Halter und Kabelführung in die Konstruktion? Kommt das Signal in der Steuerung so an, wie die Software es erwartet? Erst wenn diese Punkte an der Maschine geklärt sind, lohnt die Festlegung für die Baureihe. Wer die Ergebnisse festhält, baut die zweite und jede weitere Maschine mit denselben Einstellungen.
Häufige Fragen
F Was muss feststehen, bevor die Größe eines anklemmbaren Durchflusssensors festgelegt wird?
A
Vor allem der Rohrdurchmesser der Leitung, dazu Medium, Temperatur und Durchflussbereich. In einem dokumentierten Projekt legt der Endkunde die Modellreihe fest, bevor der Maschinenbauer feststeht; die Größe folgt dort erst, wenn die Rohrdurchmesser bekannt sind. Typ und Ausführung sollten deshalb mit dem späteren Maschinenbauer abgestimmt werden.
F Wie bleibt eine Messstelle an jeder Maschine einer Baureihe gleich?
A
Indem Sensor, Halter, Kabellänge und Einstellwerte einmal festgelegt und in den Fertigungsunterlagen festgehalten werden. Bei Modulen ist das Modul die Einheit, die Messstelle wird dort in jedem Modul gleich ausgeführt. Dokumentierte Einstellwerte helfen auch, ein Ersatzgerät im Service gleich einzustellen.
F Eignet sich der Kombinierte Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP für einen Leckprüfplatz?
A
Laut Anleitung lässt sich nach dem Befüllen einer Leitung mit Gas der Nullpunkt über einen Eingang verschieben, was die Überprüfung auf Leckagen erleichtert; die Aufsitzkontrolle gehört zu den Applikationsfunktionen. Prüfnormen, Leckratenklassen oder eine Zulassung als Prüfgerät sind damit nicht verbunden.
F Was sollte ein Versuch an der Maschine vor der Festlegung für die Baureihe klären?
A
Ob der Wert am realen Behälter oder an der realen Leitung stabil ist, ob Halter und Kabel in die Konstruktion passen und ob das Signal in der Steuerung richtig ankommt. Die Ergebnisse werden festgehalten, damit jede weitere Maschine mit denselben Einstellungen gebaut wird.
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