Volumenströme exakt messen

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