Schlagworte wie „Kosteneinsparung“, „Lagerbestände reduzieren“ oder „Synergien nutzen“ werden oft zitiert. Unternehmen versuchen mehr denn je, Einsparpotenziale aufzudecken. Auch bei der Konstruktion von Anlagen, Maschinen und ihren Komponenten finden sich immer wieder Möglichkeiten, Optimierungen vorzunehmen. Die Firma Uhde High Pressure Technologies GmbH aus Hagen greift bei der neuen Generation an Hochdruckpumpen für Wasserstrahlschneidesysteme bewusst auf technische Synergien zurück.

Ein Sensor für zwei verschiedene Aufgaben
Einsparpotenzial sah das Hagener Unternehmen im Einsatz des IO-Link-fähigen Drucksensors PP7554 der ifm electronic gmbh. Der Sensor lässt sich sowohl für die Überwachung des erforderlichen Vordrucks der Prozesswasserzufuhr als auch für die Kontrolle des Ölkreislaufes einsetzen. „Dadurch muss nur noch ein Sensor auf Lager sein.“, so Dipl.-Ing. Volker Bilke, verantwortlich für die Elektro-, Mess- und Regeltechnik bei Uhde High Pressure Technologies. Die verbauten Sensoren sind für flüssige und gasförmige Medien konzipiert. Sie zeichnen sich durch eine Gesamt- und Schaltpunktgenauigkeit von je 0,5 % aus. Die Druckaufnahme mittels keramisch-kapazitiver Messzelle sorgt sowohl in mobilen als auch in stationären Applikationen für zuverlässige und langzeitstabile Messwerte.

Überwachung der Prozesswasserzufuhr
Beim Wasserstrahlschneiden dient herkömmliches Leitungswasser zum Schneiden. Neben der Genauigkeit und der absoluten Umweltverträglichkeit spricht der Vorteil des Kaltschneidens für dieses Trennverfahren. Während bei thermischen Verfahren die entstehenden Temperaturen am Werkstoff durchaus Schäden verursachen können, gibt es beim Hochdruck-Wasserstrahlschneiden weder Aufhärtungen und Deformationen, noch tropfende Schlacken oder giftige Schadstoffe.
Die Verrohrung des Prozess- oder auch Schneidwassers führt vom Wasserhahn direkt zum Wasseranschluss der Pumpe.
Damit die Pumpe, das Herzstück des Wasserstrahlschneidsystems, einwandfrei läuft, muss beim Prozesswasser ein Druck von ca. 2,5 bar anliegen, bevor es in den Zylinder des Hochdruckübersetzers gepumpt wird. Dazu detektiert der Drucksensor PP7554 direkt hinter der Filterstation des Leitungswassers den Prozesswasserdruck.

„Im Gegensatz zum zuvor verbauten mechanischen Druckschalter, der mit Hilfe eines Manometers und Druckminderers eingestellt wurde, lässt sich der PP7554 reproduzierbar mittels Handparametriergerät einstellen. Im Prinzip ist die Technik die gleiche, nur moderner und damit einfacher.“, so Volker Bilke und weiter: „Bestand beim mechanischen Schalter noch eine gewisse Grauzone bezüglich der Einstellgenauigkeit, so bietet der Drucksensor hier eine exaktere Einstellung.“ Für die Parametrierung der Sensoren nutzt die Firma Uhde das Bedien- und Anzeigegerät PP2001 der ifm. Je ein Parametersatz lässt sich speichern und auf den Sensor übertragen. Bei der Serienfertigung oder im Austauschfall müssten die Parameter nicht komplett neu eingetragen, sondern könnten direkt vom Bedien- und Anzeigegerät auf den Sensor überspielt werden.

Hinter der Filterstation verzweigt ein T-Stück die blaue Wasserleitung zu den beiden Hochdruckköpfen. Beim Saughub entnimmt der Hochdruckkopf einseitig das Wasser und beim Druckhub verdichtet er es, indem er 3,3 Liter Wasser innerhalb einer Minute durch eine 0,35 mm kleine Wasserdüse presst. Rückschlagventile auf beiden Seiten verhindern, dass das Wasser zurück in die Filterstation gedrückt wird. Auf diese Weise lassen sich Drücke von 4.000 bar erzeugen. Zur Erläuterung: Ein Wasserstrahl von 4.000 bar durchtrennt 100 mm dicken Stahl bei einem Vorschub von 5 bis10 mm pro Minute.

Überwachung des Ölkreislaufes
Der zweite Drucksensor der ifm electronic ist im Ölkreislauf integriert. In der Vergangenheit realisierte Uhde High Pressure Technologies die Überwachung des Ölkreislaufes mit Hilfe eines Schwimmschalters. Manko: Der Schwimmschalter schaltet nur bei Unterschreitung eines Mindestfüllstandes. Bei einer Leckage innerhalb der Maschine sammelte sich das Öl bis zur Sicherheitsabschaltung in der Auffangwanne: „Da könnten schon einmal 100 Liter in der Maschine stehen.“, so Volker Bilke.

Mittels PP7554 sichert die Firma Uhde Ölverlust über die externe Verrohrung nun doppelt ab. Neben dem Schwimmschalter, der die Füllmenge detektiert, überwacht der Sensor den anliegenden Staudruck des Öls, der durch das Filtern verursacht wird. Der Sensor ist dazu direkt vor dem Rücklauffilter angebracht.
Sollte der Staudruck aufgrund einer Rohrleckage 0,5 bar unterschreiten, erhält die Steuerung ein Signal zur Abschaltung der gesamten Pumpe.

Die Zukunft im Blick
Vorausschauend, um schnell auf Markt- und Kundenanforderungen reagieren zu können, setzt das Hagener Unternehmen IO-Link-fähige Sensoren ein. Kostentechnisch liegen diese mit Standard-Drucksensoren auf einem Niveau.
Derzeit noch keine IO-Link-Funktion nutzend, ließen sich Kommunikationsaufgaben wie die Schaltzustands-, zyklische Prozessabfrage oder Übertragung von Geräte- und Prozessparametern in kürzester Zeit umsetzen – man weiß ja nie, wohin die Reise geht.

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