WIKA: Systemintegration von Druckmesstechnik

Sandra Broßler, Produktmanagerin Industriegeräte und Torsten W. Püschel, Produktmanager Industriegeräte, WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG

Schweißen mit Gas – bei diesem Stichwort erscheint vor dem inneren Auge das Bild von mannshohen Stahlzylindern. Die Behälter krönt ein Druckminderer, dessen zwei Manometer wie Micky-Maus-Ohren abstehen. Über diese Vorrichtung wird jeden Tag millionenfach der Brennstoff für Schweißarbeiten zugeführt. Es ist ein zuverlässiges System, leicht zu handhaben und bewährt, aber alles andere als „sexy“.

Über den Erfolg eines Produkts wie ein Ventil oder eine Pumpe entscheiden nicht allein Faktoren wie hohe Leistungsfähigkeit, einwandfreie Funktion, komfortable Bedienung oder ressourcenschonender Betrieb. OEM-Hersteller haben erkannt, dass sie sich zudem durch ein ansprechendes Design von ihren Wettbewerbern abheben können. Sie spiegeln ihre technische Kompetenz auch im Erscheinungsbild des Produkts und einer guten Haptik wieder. Industrial Design, da sind sich Fachleute einig, sorgt für einen emotionalen Touch und leistet einen Beitrag zur Wertschöpfung.

Erfolgreiches Design ragt heraus, ist also individuell. Die Konstruktion, in die der Entwurf mündet, basiert demzufolge zwangsläufig auf maßgeschneiderten Komponenten. Zulieferer können daher selten auf Serienmodelle zurückgreifen. Ein Beispiel: Afrox, ein Tochterunternehmen der Linde-Gruppe, hat einen neuartigen Druckminderer für Sauerstoff- und Acetylen-Gasflaschen auf den Markt gebracht, ein Gerät mit geschlossener Kontur. Die beiden Manometer für Hoch- und Niederdruck sind in unterschiedlichen Nenngrößen in das Reglergehäuse integriert. Mit diesem Design entfällt zugleich der Aufwand für das Alignment, das parallele Ausrichten der beiden Messgeräte für ein gleichzeitiges Ablesen beider Anzeigen, das bei Anschlüssen mit Schraubgewinde nicht unproblematisch ist. Die Druckkontrolle basiert auf einem Messmodul von WIKA, das speziell für solche OEM-Anforderungen entwickelt wurde.

Herkömmliche Manometer lassen sich für Applikationen wie den genannten Druckminderer kaum verwenden. Komplett mit Gehäuse und Prozessanschluss passen sie entweder gar nicht oder nur unter schwierigen Umständen in den zur Verfügung stehenden Bauraum. Die Hersteller müssten Abstriche beim Design und/oder beim Bemühen um eine kosteneffiziente Produktmontage in Kauf nehmen. Das OEM-Messmodul des Herstellers umgeht diese Hindernisse, da es sich auf die Kernelemente eines mechanischen Druckmessgeräts beschränkt: Bourdonfeder, Zeigerwerk, Anschlussstück, Zeiger und Zifferblatt. Bei Bedarf lassen sich umhüllende Bauteile wie Gehäuse und Sichtscheibe montieren oder separat mitliefern.

Die Einsatzflexibilität des Moduls gründet sich in erster Linie auf dessen flacher Bauweise und die freie Positionierbarkeit. Die Breite beträgt maximal 17,1 mm, sie richtet sich nach dem Messglied für den jeweiligen Druckbereich. Für Drücke bis 60 bar wird eine kreisförmige, ab 60 bar eine schraubenförmige Feder gewählt. Das Modul benötigt keinen typischen Prozessanschluss. Es wird mittels O-Ring und Stützring in eine entsprechende Gegenkontur eingepresst und mit zwei Schrauben fixiert.

Die Gestaltung des Anschlusses veranschaulicht, warum im Fall von Produkten mit geschlossener Kontur die Kooperation zwischen Hersteller und Zulieferer nach Möglichkeit bereits in der Design-Phase beginnen sollte. Neben der Anschlusskontur sollten vor allem die Baugröße und die spätere Montage gemeinsam festgelegt werden.

Hinter einem homogenen Design steckt allerdings oft mehr als der Wunsch nach optischer Attraktivität. Geschlossene Konturen unterstützen die Produktsicherheit, unter anderem bieten sie negativen Umgebungseinflüssen weniger Angriffspunkte. Bei dem neuartigen Gasflaschentyp Evos Ci der Linde-Gruppe zum Beispiel ist das Ventil mit einer zusätzlichen Schutzkonstruktion umgeben, damit es selbst im Falle eines Sturzes intakt bleibt. Das Messgerät zur Kontrolle des Fülldrucks muss daher aus Gründen der funktionalen Sicherheit in den Ventilkörper integriert werden und den extremen Bedingungen gewachsen sein.

Der Messtechnik-Spezialist liefert hierzu die gehäuselose Variante eines Manometers mit Wendelfeder in Direct-Drive-Ausführung. Bei dieser Messmethode wird die Bewegung der Feder ohne Zeigerwerk auf den Zeiger übertragen, sie ist also schock- und vibrationsfest. Die Sichtscheibe wird separat mitgeliefert und vom Ventil-Hersteller eingepasst. Bei OEM-Applikationen wie Ventilen, Druckminderern, Wasserfiltern oder Pumpen für Angioplastie handelt es sich größtenteils um Produkte für mobile Anwendungen. Für sie kommen vorwiegend mechanische Messsysteme in Frage. Diese arbeiten unabhängig von Fremdenergie, liefern also zu jeder Zeit zuverlässig ein Messergebnis.

Bei den meisten Applikationen reicht die alleinige Messwertanzeige aus. Dennoch zeichnet sich ein deutlicher Trend zu weiterreichenden, mechatronischen Lösungen ab. Dabei handelt es sich z.B. um Druckmessgeräte, die über Schaltkontakte das Erreichen eines Grenzwerts signalisieren oder um die Kombination eines Messgeräts mit einem ratiometrischen Ausgangssignal (0,5V…4,5V).

Unabhängig von der Art des Messsystems erfordert dessen passgenaue Integration im Vergleich zur Ausrüstung mit Standardgeräten einen größeren Vorbereitungsaufwand. Dieser lohnt sich angesichts der im OEM-Geschäft üblichen Stückzahlen durchaus. Da die zu verwendenden Messsysteme in konturloser Ausführung – also ohne Gehäuse und Prozessanschluss – benötigt werden, entfallen die entsprechenden Materialkosten.

Produktkontur und Messanordnung können so aufeinander abgestimmt werden, dass überflüssige Montageschritte vermieden und die Fertigungskosten insgesamt reduziert werden. Die Zulieferer bringen das gewünschte Messsystem entweder komplett auf den Weg oder in Einzelteilen, falls eine Montage beim Kunden den Fertigungsprozess begünstigt. Die Systemintegration sollte idealerweise ein Ergebnis weniger Arbeitsschritte sein. Nicht immer stehen die dafür notwendigen Betriebsmittel zur Verfügung. Im Fall eines Wasserfilters zum Beispiel musste der Hersteller ein Spezialwerkzeug konstruieren. Damit kann der Monteur in der Fertigung das Messmodul ins Gehäuse einpressen sowie Zifferblatt und Zeiger anbringen und justieren. jg