Strömungssensoren

Volumenströme exakt messen

Unternehmen benötigen in ihren Druckluftnetzen stets Mindestdrücke - selbst bei Spitzenverbräuchen. Das stellt hohe Anforderungen an das Energiemanagement. Trumpf Laser in Schramberg setzt für exakte Messungen und ein detailliertes Monitoring auf Strömungssensoren des Spezialisten Schmidt Technology.
Der Strömungssensor SS 20.600 eignet sich für anspruchsvolle Einsätze in Luft und Gasen.

Das Erfassen von Volumenströmen in industriellen Druckluftsystemen steht immer im Zusammenhang mit Energieeinsparung. Das ist auch bei Trumpf Laser in Schramberg so. Kommt es wie hier aber kurzzeitig zu enormen Spitzenverbräuchen und müssen an anderer Stelle gleichzeitig Mindestdrücke gewährleistet sein, wird das Energiemanagement zur Herausforderung. ¿Konzeptionelle Entscheidungen, die immer auch gleichbedeutend sind mit Investitionen, lassen sich nur mit exakten Messungen und einem detaillierten Monitoring absichern¿, erklärt Christoph Schneckenburger. Er ist seit neun Jahren Leiter des Gebäudemanagements bei Trumpf Laser. Zuvor war der Elektroinstallationsmeister und technische Betriebswirt viele Jahre Leiter der Elektrovormontage. In seiner Verantwortung liegt auch das Energiemanagement in all seinen Facetten. Da kann es schon vorkommen, dass er während Ruhezeiten an Wochenenden unterwegs ist, um etwa Grundlasten zu prüfen. ¿So lassen sich beispielsweise im Bereich der Druckluftsysteme, durch Abweichungen in Langzeitmessungen, auch Leckagen erkennen¿, erzählt Schneckenburger. Dazu genügen ihm die herkömmlichen Methoden der Kompressorenhersteller mit interpolierten, also hochgerechneten Verbräuchen. Die zyklisch erfolgenden Auswertungen bilden jedoch die Verbrauchsschwankungen während den Betriebszeiten nur ungenügend ab. Kurzzeitige Spitzenverbräuche spiegeln sich lediglich in Durchschnittswerten wider. ¿Die sind in Summe zwar recht genau, lassen aber keine Rückschlüsse auf die Ursachen von Druckschwankungen zu¿, erklärt Schneckenburger, der aber aus gutem Grund gerade das genauer wissen will.

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Spitzenlasten gefährden Mindestversorgung

Eine Ursache für erhebliche Druckschwankungen sind kurzzeitige Spitzenverbräuche, die in bestimmten Bereichen mehrmals täglich, mit extrem hohem Druckluftbedarf, die Systeme belasten. Die unregelmäßig entstehenden Spitzenlasten können in anderen Bereichen dazu führen, dass zum Beispiel für den Betrieb von Maschinen mit luftgelagerten Achsen die Mindestversorgung einbricht. Die nötigen konzeptionellen Veränderungen an den Druckluftsystemen, um einerseits die Mindestversorgungen zu gewährleisten und andererseits die Spitzenlasten ausreichend abzudecken, setzen aber voraus, dass die Ursache der Druckschwankungen bekannt ist. „Jede Maßnahme, ob die Veränderung von Rohrquerschnitten oder die Anschaffung von größeren oder zusätzlichen Kompressoren, ist eine Investition und hat energetische Auswirkungen“, sagt Schneckenburger. Ihm geht es darum, dass notwendige Investitionen zielgerichtet getätigt und nicht aus Vorsorge überzogen werden.

Um nun genauere Kenntnis über die Druckluftverbräuche und deren ursächlichen Zusammenhang zu erhalten, hat Christoph Schneckenburger das Druckluftnetz in das bestehende Energiemanagementsystem eingebunden und dazu einen Strömungssensor von Schmidt Technology installiert. Damit ist ein Online-Monitoring mit exakten Volumenströmen möglich. Die genaue Zeiterfassung erlaubt eine Zuordnung zu betrieblichen Abläufen auch dann, wenn Spitzenlasten nur wenige Sekunden dauern.

Prinzip der Wärmekonfektion

Für Strömungsmesstechnik von Schmidt Technology hat sich Schneckenburger entschieden, weil es sich bei diesen Sensoren um sogenannte thermische Strömungssensoren (thermische Anemometrie) handelt. Im Vergleich zu anderen Messprinzipien bieten diese einige Vorteile. Die nach dem Prinzip der Wärmekonfektion funktionierenden Sensoren erfassen Volumenströme, unabhängig von den vorherrschenden Druck- und Temperaturverhältnissen, da der Sensor nur die Anzahl der an ihm vorbei strömenden Moleküle erfasst. Installiert im Medium- (Luft-)strom wird ein Strömungssensor auf 40K über die vom Sensor gemessene Mediumtemperatur aufgeheizt. Das Vorbeiströmen des Mediums verursacht eine Abkühlung des beheizten Elements. Die zur Aufrechterhaltung der Übertemperatur benötigte Leistung ist das Maß für die Strömungsgeschwindigkeit. Diese gibt der Sensor als „Normalgeschwindigkeit“ (lineares Strom-/Spannungs-/Impulssignal) aus. Je höher die Strömungsgeschwindigkeit, desto mehr Leistung ist zum Aufheizen des Sensorelements nötig. Eine Kompensation von Druck und Mediumtemperatur ist daher nicht nötig. Im Vergleich zu anderen Messverfahren ist keine separate Erfassung der beiden Nebenmessgrößen erforderlich. Aufwendige Berechnungen entfallen daher. Darüber hinaus erfordert ein Anemometer keine mechanischen Komponenten. Daraus ergibt sich eine lange Standzeit der Sensoren sowie eine Unempfindlichkeit gegenüber Stößen und Vibrationen. Zudem erfährt der Sensor durch dieses Messprinzip keinen Drift während des Betriebs.

Die neuste Generation der Strömungssensoren für diesen Einsatzzweck sind die Schmidt Strömungssensoren SS 20.600. Deren Strömungselement ist geschützt und strömungsgünstig in einem Kammerkopf positioniert. Auf dem Sensorelement aus Keramik sind sowohl die Sensoren für Strömung, als auch für Temperatur aufgebracht. Zum Schutz sind die Sensoren mit einer dünnen Glasschicht überzogen. „Da der Strömungssensor von Schmidt Technology in einem sehr breiten Geschwindigkeitsbereich von 0,2 m/s bis zu 220 m/s präzise Messergebnisse liefert, ist er ideal für unser Druckluftnetz geeignet“, resümiert Schneckenburger. jg

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