Flow Sensors

Für mittelständische Betriebe sind bei Druckluft-Durchflusssensoren folgende Kriterien vorrangig: einfache Montage ohne Rohrtrennung, robuste Konstruktion für den Dauerbetrieb und eine aussagekräftige Anzeige des Verbrauchswerts.

• Messprinzip: Thermische Durchflusssensoren (Kalorimetrie) eignen sich besonders für Druckluft, da sie ohne bewegliche Teile wartungsarm sind und kleine Volumenströme (ab ca. 1 l/min) bis große Mengen zuverlässig erfassen.
• Einbau: Einstech- oder Inline-Sensoren, die ohne Rohrtrennung in die Druckluftleitung eingebaut werden können, reduzieren den Installationsaufwand erheblich.
• Anzeige und Ausgangssignal: Ein lokales Display für den Sofortablesewert und ein digitales Ausgangssignal (Schaltausgang, Analogausgang 4 bis 20 mA, IO-Link) ermöglichen die Fernüberwachung und Einbindung in Energiemanagementsysteme. AVENTICS-Durchflusssensoren von Emerson sind als Inline-Sensoren für gängige Nennweiten erhältlich und lassen sich direkt in FRL-Wartungseinheiten integrieren.

Leckageerkennung stellt höhere Anforderungen an Sensor-Empfindlichkeit und Messbereichsabdeckung als einfache Verbrauchsmessung.

• Messbereich: Ein Leckagesensor muss sehr kleine Volumenströme zuverlässig erfassen. Thermische Kalorimeter-Sensoren detektieren typisch ab 0,5 bis 1 l/min. Ultraschall-Leckage-Detektoren (separat vom Durchflusssensor) eignen sich für die Ortung von Leckagen in Leitungen und Verbindungen.
• Differenzmessung: Für die quantitative Leckageerkennung in einer definierten Anlagenzone werden häufig zwei Sensoren (Zufluss und Abfluss der Zone) eingesetzt. Die Differenz der beiden Messwerte entspricht der Leckage.
• Stichtagsmessung: Eine Grundlastmessung im Stillstand der Anlage (Produktionspause ohne Verbraucher) zeigt direkt die gesamte Leckagerate. Regelmäßige Vergleichsmessungen machen den Leckageanstieg durch Verschleiß sichtbar.

AVENTICS-Durchflusssensoren von Emerson sind für den Einsatz zur Druckluft-Leckageerkennung in Kombination mit Energiemanagementsoftware ausgelegt.

IO-Link und Analogausgänge sind für unterschiedliche Integrations-Anforderungen optimiert:

IO-Link-Vorteile gegenüber Analog: Digitale Übertragung ohne Signalverluste durch Leitungswiderstand oder Einstreuung. Bidirektionale Kommunikation ermöglicht Parametrierung, Diagnose und Gerätebeschreibung über dieselbe Leitung. Mehrere Prozesswerte (Volumenstrom, Temperatur, Gesamtvolumen) werden über eine einzige IO-Link-Verbindung übertragen. Der Tausch des Sensors erfolgt ohne Vor-Ort-Parametrierung durch automatischen Datenabruf vom IO-Link-Master (Plug-and-Measure).

Analogausgang-Vorteile: Universelle Kompatibilität mit älteren SPS-Systemen ohne IO-Link-Master. Geringerer Integrationsaufwand, wenn keine Diagnose- oder   werden.

Für neue Anlagen mit Industrie-4.0-Anforderungen ist IO-Link die zukunftssicherere Wahl. Für Nachrüstungen in bestehende Anlagen mit einfachen Analogeingängen ist der Analogausgang nach wie vor die kostengünstigere Option.

AVENTICS-Durchflusssensoren von Emerson sind in beiden Ausgangsvarianten sowie mit IO-Link-Schnittstelle erhältlich.

Für Durchflusssensoren in pneumatischen Industrieanlagen sind folgende Nachweise und Normen relevant:

• CE-Kennzeichnung: Pflicht für alle elektrischen Betriebsmittel in der EU. Die EMV-Richtlinie (2014/30/EU) und Niederspannungsrichtlinie (2014/35/EU) sind anzuwenden.
• Druckgerätekonformität: Bei Durchflusssensoren, die drucktragende Bauteile enthalten, ist die Druckgeräterichtlinie 2014/68/EU zu beachten.
• Schutzart nach IEC 60529: Mindest-IP65 für den Einsatz in Fertigungsumgebungen. IP67 für Nassbereiche oder Reinigungsbetrieb.
• Kalibriernachweis: Für Energiemanagementsysteme nach ISO 50001 oder für die Rechnungsstellung von Druckluftkosten ist ein Kalibriernachweis des Durchflusssensors (typisch nach ISO 17025) erforderlich.
• ATEX-Zertifizierung: Für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ist eine ATEX-Baumusterprüfung erforderlich.

AVENTICS-Durchflusssensoren von Emerson werden mit CE-Konformitätserklärung und optionaler Kalibrierungsbescheinigung geliefert.

Für einfache Verbrauchsüberwachung oder Schwellwertüberwachung in Wartungseinheiten sind folgende Punkte wichtig:

• Messgröße: Für einfache Überwachungsaufgaben reicht ein Schaltausgang (Durchfluss über/unter Schwellwert) aus, ohne numerische Mengenmessung. Das reduziert die Kosten deutlich.
• Messbereich: Den Sensor dem tatsächlichen Volumenstrombereich anpassen. Ein zu groß dimensionierter Sensor verliert im unteren Messbereich Genauigkeit.
• Einfache Montage: Durchflusssensoren mit Direkteinschraubanschluss G1/4 oder G1/8 sind in Wartungseinheiten ohne zusätzliche Adapter installierbar.
• Robustheit: Der Sensor muss im Dauerbetrieb mit unvermeidbaren Restöl- und Wasseranteilen in der Druckluft funktionieren. Thermische Kalorimeter ohne Membranen oder Blenden sind hier robuster als Differenzdruck-Messaufnehmer.

AVENTICS-Durchflusssensoren von Emerson sind in Basisausführungen für den Direkteinbau in Wartungseinheiten erhältlich.

Aus dem industriellen Praxiseinsatz zur Druckluft-Verbrauchsüberwachung ergeben sich folgende Erkenntnisse:

• Nullpunktstabilität: Thermische Durchflusssensoren neigen im Langzeitbetrieb bei wechselnden Umgebungstemperaturen zu Nullpunktdrift. Sensoren mit automatischer Nullpunktkorrektur oder regelmäßiger Nachkalibrierung zeigen im Feldvergleich deutlich konsistentere Messwerte.
• Ansprechzeit: Für dynamische Verbrauchsprofile mit kurzen Spitzenverbräuchen ist eine Sensoransprechzeit unter 1 Sekunde erforderlich, damit Spitzenwerte nicht geglättet werden.Wartungsaufwand: Sensoren ohne mechanische Teile (Thermik, Ultraschall) erfordern keinen planmäßigen Austausch von Verschleißteilen. Jährliche Funktionsprüfung und gegebenenfalls Reinigung der Messelektrode sind ausreichend.
• Druckunabhängigkeit: Viele einfache Sensoren messen den Massenstrom druckabhängig und liefern bei Druckschwankungen verfälschte Volumenstromanzeigen. Sensoren mit integrierter Druckkompensation eignen sich für Anlagen mit schwankenden Versorgungsdrücken.

Multifunktionssensoren bieten gegenüber separaten Einzelsensoren folgende Vorteile:

• Reduzierter Montageaufwand: Ein Einbauort statt drei separate Messeinbauten. Bei beengten Einbauverhältnissen in Druckluftleitungen ist das ein erheblicher praktischer Vorteil.
• Kostenvorteil bei mehreren Messgrößen: Der Gesamtpreis eines Multifunktionssensors liegt häufig unter der Summe von drei separaten Sensoren mit vergleichbaren Spezifikationen.
• Konsistente Messung: Alle drei Messgrößen werden am selben Rohrleitungsquerschnitt und zum selben Zeitpunkt gemessen. Messungenauigkeiten durch räumlich verteilte Sensoren entfallen.
• Einfachere Energieberechnung: Für die Ermittlung des tatsächlichen Energieverbrauchs von Druckluft (Normkubikmeter bei Referenzbedingungen) sind Druck und Temperatur zur Korrektur des Volumenstroms auf Normbedingungen notwendig. Multifunktionssensoren liefern diese Korrekturgrößen direkt.

AVENTICS bietet im Emerson-Programm Sensoren mit kombinierter Messung von Durchfluss und Druck sowie IO-Link-Anbindung.

Druckluft zählt zu den teuersten Energieträgern in der industriellen Produktion. Typisch entfallen 25 bis 35 % des Druckluftverbrauchs auf Leckagen. Durchflusssensoren schaffen die Datenbasis für gezielte Effizienzmaßnahmen:

• Verbrauchstransparenz: Erst mit Messdaten auf Zonenebene können Hauptverbraucher und unerwartete Grundlastverbräuche (Leckagen im Stillstand) identifiziert werden.
• Leckage-Prioritisierung: Messdaten zeigen, in welchem Anlagenbereich die größten Leckagen auftreten, und ermöglichen eine gezielte Priorisierung von Instandhaltungsmaßnahmen.
• Grenzwert-Überwachung: Alarmfunktionen bei überschrittenen Verbrauchsgrenzen ermöglichen schnelle Reaktion auf neue Leckagen, bevor diese zu dauerhaften Betriebskosten werden.
• Nachweis von Einsparmaßnahmen: Vor/Nach-Vergleiche belegen den Erfolg von Leckageprogrammen und Druckluftoptimierungsmaßnahmen quantitativ.

Gemäß Studiendaten verschiedener Energieagenturen amortisieren sich Druckluft-Leckageprogramme auf Basis von Messdaten typisch innerhalb von 6 bis 18 Monaten.