Leckagen erkennen bevor eine Maschine ausfällt

Der Druckluftkompressor läuft, doch plötzlich steht die pneumatisch angetriebene Maschine. Ein lange Zeit unbemerkter, schleichender Druckabfall, hervorgerufen durch undichte Schläuche oder Verbindungen, ist die Ursache. Die böse Überraschung kommt also gar nicht so plötzlich – und hätte vor allem nicht sein müssen. Denn mit dem Durchflusssensor FTMG lassen sich Leckagen in pneumatischen System lange vor dem Ausfall einer Maschine durch Druckverlust erkennen.

Außerdem kann der Sensor dazu beitragen, die Betriebskosten der Erzeugung, Bereitstellung und Verteilung von Druckluft zu verringern und so pneumatisch angetriebene Prozesse effizienter zu gestalten, denn es ist mit dem Durchflusssensor jetzt auch möglich, Energieströme und -verbräuche kontinuierlich zu messen und transparent zu machen. Der Sensor kann gemessene Leckageverluste in Kilowattstunden ausgeben und ermöglicht so den direkten Vergleich mit der eingespeisten Druckluftenergie – ganz im Sinne eines DIN EN50001-gerechten Energiemanagements.

Aus messtechnischer Sicht ist das Highlight des Sensors ohne Zweifel die simultane Erfassung von Durchfluss, Druck und Temperatur durch einen einzigen Sensor. Somit müssen keine drei Einzelsensoren montiert werden, was Kosten spart. Bei der Messung minimiert der gerade Messkanal den messtechnisch bedingten Druckverlust im pneumatischen System. Der Sensor verfügt über drei Messrohrnennweiten und Prozessanschlüsse. Das All-in-One-Design vermeidet unnötige Leckagerisiken im pneumatischen System.

Das kalorimetrische Messprinzip hat eine hohe Dynamik, was es ermöglicht, bei der Zylinder- und Leckageüberwachung selbst kleine Veränderungen am Verbrauchssystem frühzeitig zu erkennen. Dadurch lassen sich außerordentliche Druckverluste detektieren und lokalisieren.

Auf dem Display des Sensors werden diese Druckverluste als flache oder steile Flanken der Druckkurve dargestellt und können so direkt interpretiert werden. Der gemessene Energieverlust wird in Kilowattstunden ausgegeben und kann so ohne Umrechnung mit der in das Druckluftnetz eingespeisten Energie verglichen und saldiert werden. Dadurch ergibt sich eine Verbrauchstransparenz im Sinne von Energiemanagementsystemen nach DIN EN50001. Dies gilt sowohl für die Sensorvariante mit IO-Link-Anbindung als auch für die mit Ethernet-Schnittstelle, Kommunikationsprotokoll OPC UA und integriertem Webserver.

Der Durchflusssensor kann bis zu acht Prozessparameter ausgeben: Durchflussgeschwindigkeit, Durchflussvolumen, summiertes Volumen, Massenstrom, summierte Masse, Energieverbrauch, aktueller Druck und Temperatur. Um alle Messwerte effizient bereitstellen zu können, verfügt er über IO-Link. Über diese Punkt-zu-Punkt-Verbindung werden all diese Prozessdaten digital übertragen und stehen zum Abruf per PC, durch ein mobiles Endgerät oder durch ein Automatisierungssystem bereit. Ergänzend dazu bietet diese Sensorvariante analoge und digitale Ausgänge für die Signalübertragung und Steuerungsintegration.

Über den integrierten Web Server kann von außen – remote – auf den Sensor zugegriffen werden, um beispielsweise die im Ringspeicher hinterlegten Messdaten der letzten sieben Tage auszulesen und zu visualisieren. Zudem erlauben die integrierten Statistik-Auswertungen die Einrichtung grundlegender Monitoringfunktionen, um beispielsweise Spitzenwerte oder durchschnittliche Veränderungen im Energieverbrauch zu erkennen.

Die Informationen des multifunktionalen Sensors sind aber nicht nur unmittelbar für das jeweilige Steuerungssystem interessant, sondern auch für höhere Automatisierungsebenen – seien es beispielsweise ERP-Systeme oder Cloud-basierte Applikationen.

Um die Messwerte des Sensors für einen betriebsübergreifend effizienten Betrieb von Druckluftnetzen nutzen zu können, steht eine Ethernet-basierte Sensorvariante mit Datenübertragung im Standard OPC UA zur Verfügung. Dieses Sensormodell erlaubt eine Nutzung der Messinformationen zum Beispiel für das Condition Monitoring oder für das Facility Management. Die Daten können auch in produktions- oder prozessorientierten Industrie-4.0-Anwendungen und Dashboards verwendet werden. Hierbei kann die Analyse der Energieverbrauchsprofile von Druckluft-betriebenen Maschinen oder pneumatischen Systemen – gegebenenfalls fusioniert mit den Daten weiterer intelligenter Sensoren oder Aktuatoren – Aufschluss geben über die Qualität und Produktivität von Prozessen.

So lassen sich gleichbleibende Verbrauchsmuster eines Prozesses als einheitliche Produktqualität oder Ausbringungsmenge interpretieren. Bau- und funktionsgleiche Maschinen können hinsichtlich ihres Druckluftverbrauchs verglichen und Unterschiede gezielt analysiert werden. Über die Zeit weglaufende Flanken von Verbrauchsprofilen erlauben Aussagen über von außen unmerkliche Veränderungen, beispielweise durch eine veränderte Geschwindigkeit pneumatischer Zylinder. Das könnte ein Hinweis auf einen Verschleiß im Zylinder sein, aber auch auf eine Leckage in der unmittelbaren Druckluftzuführung. Auf jeden Fall ist das ein Grund, um eine Prüfung oder Wartung anzustoßen.

Mit seiner mess- und auswertetechnischen Vielseitigkeit ermöglicht der Sensor also eine effiziente Nutzung Druckluft-betriebener Maschinen und pneumatischer Systeme. Energieverbräuche werden transparent, Leckagen werden frühzeitig erkannt, Energieveränderungen und -verluste werden sichtbar und können interpretiert und verglichen werden. Energiemanagementsysteme nach DIN EN5001 profitieren davon ebenso wie Verfügbarkeit, Prozessqualität und Produktivität von Anlagen. Unter dem Strich ergibt sich bei der Anschaffung des multifunktionalen Sensors dadurch eine kurze Amortisationsdauer – und dank der Konnektivitätsoptionen auch Zukunftssicherheit.