Die Qualitätsstrategie von Industrieunternehmen konzentriert sich primär auf die Optimierung der ­Produktionsverfahren. Entscheidend für deren Erfolg sind aber auch begleitende Prüfprozesse. Diese lassen sich mit einem modularen System für Kalibrierstände für die Messgröße Druck effizienter gestalten.

Ob Auto, Pumpe oder Wirkstoff – sowohl für Firmenkunden als auch für Endverbraucher spielt die Produktqualität als Anschaffungskriterium eine entscheidende Rolle. Die gewünschte Qualität wettbewerbsfähig unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten zu erzielen, ist für die Hersteller eine ständige Herausforderung. Produktionsstrukturen müssen effektiv sein, und für einen immer effizienteren Anlagenbetrieb werden die technischen Möglichkeiten ausgeschöpft.

Die Überwachung und Steuerung der Prozesse bedürfen einer adäquaten Messtechnik, deren Genauigkeit im Rahmen ihrer Spezifikation regelmäßig nach DIN ISO 9000ff überprüft werden muss. Da manuelle Kalibrierungen zeitaufwändig und kostenintensiv ausfallen, sind Prüfverfahren mit einem hohen Automatisierungsgrad vorzuziehen. Diese lassen sich zudem mit den eng getakteten Fertigungsverfahren in Einklang bringen. Kalibrierungen für die Messgröße Druck beispielsweise können unter Verwendung vollautomatischer Druckcontroller in Verbindung mit einer Software, die den Prüfablauf protokolliert und die Daten archiviert, effizient gestaltet werden.

Mit einem Controller allein lässt sich jedoch kein Kalibrierprozess bestreiten. Equipment zur Druckbereitstellung und zur Spannungsversorgung für elektronische Prüflinge ist ebenso notwendig. Sämtliche Einzelkomponenten zur Kalibrierung von Druckmessgeräten sind auf dem Markt in großer Auswahl verfügbar. Viele Unternehmen haben auf dieser Basis die erforderlichen Kalibrierstände selbst konstruiert. Zwar stellt eine solche Lösung keine außergewöhnliche Herausforderung dar, vorausgesetzt das notwendige Know-how zur Auswahl der geeigneten Komponenten und zur korrekten Auslegung gemäß Druckgeräterichtlinie ist vorhanden. Ein Eigenbau widerspricht jedoch dem Effizienzgedanken. Denn zum Aufwand für Beschaffung und Montage kommt noch die Risikobeurteilung für jedes Ausrüstungsteil und die Anlage insgesamt.

System für modular aufgebaute ­Kalibrierstände auf Basis eines 19“-Racks

Um dieses aufwändige Verfahren zu umgehen, hat Wika für Anwender in der Industrie ein neues System für modular aufgebaute Kalibrierstände auf Basis des 19“-Racks entwickelt. Eine solche Anlage umfasst die komplette Prüf- und Versorgungstechnik, ausgerichtet an der künftigen Aufgabe und als Ganzes versehen mit der CE-Konformitätserklärung und allen notwendigen Zulassungen. Der Anwender verfügt damit über eine aufgrund der Standardisierungen in jeder Hinsicht effiziente Kalibrieranlage. Er kann deren Leistung individuell anpassen und die Anlage nach dem Plug & Play-Prinzip in Betrieb nehmen.

Die modularen Kalibrierstände gibt es in den stationären Ausführungen Standard für Labore (34 Höheneinheiten) und Kompakt (20 Höheneinheiten) sowie als Mobillösung. Sie können in Kombination mit einem Kalibriertisch zur Aufnahme der Prüflinge für Werkskalibrierungen in Labor und Feld herangezogen werden. Als Rack allein lassen sie sich auch in Produktionsverfahren einbinden. Bei der Herstellung von Sensoren oder Transmittern können die Racks für Abgleich und Prüfung in die Produktionsanlage integriert oder neben ihr platziert werden. Aufgrund der Standardisierungen kann die Controller-Sensorik oder auch das gesamte Rack im Bedarfsfall ausgetauscht werden, zum Beispiel bei einer kurzfristigen Erweiterung des Druckbereichs oder der Anpassung der Produktionsanlage an einen neuen Auftrag.

Druckcontroller als Basis 

Herzstück der Kalibrierstände bilden Druckcontroller der CPC-Reihe von Wika. Diese Geräte liefern Genauigkeiten von bis zu 0,008 % IS 33. Je nach Typ können sie Drücke im Bereich -1…400 bar in wenigen Sekunden und mit einer Stabilität von 0,003 % FS regeln. Anwender haben die Möglichkeit, die Druckbereiche von bis zu vier Sensoren selbst festzulegen. Die Kalibrierstände in Standardausführung verfügen über zwei Controller. Auf diese Weise kann die Referenzsensorik über das gesamte Prüfspektrum beziehungsweise die gesamte Messspanne optimal ausgelegt werden, sodass auch für kleine Messbereiche eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist.

Aufbau & Funktionsweise des Racks

Die Racks können, abhängig von der Aufgabe, auf unterschiedliche Weise mit Druck versorgt werden: über die Hausleitung oder eine Stickstoffflasche, deren Druck über einen Nachverdichter im Rack bei Bedarf auf 500 bar erhöht werden kann. Ein Modul schleust den Eingangsdruck, je nach Ausführung in vier Stufen zwischen 100 und 500 bar, zu den Versorgungsmodulen für die Druckcontroller. Dort können analog zur Konfiguration des Controllers bis zu zwei Drücke voreingestellt werden, dies geschieht mit spezifischen Druckminderern sowie Manometern zur Kontrolle. Der ideale Versorgungsdruck für das bestmögliche Regelverhalten des Controllers ist um 10 Prozent höher als der Zielwert. Druckminderer und Ventile sind entsprechend ausgelegt.
In das Druckversorgungsmodul ist zusätzlich eine Schnellkupplung für den Testport integriert. Diese Komponente ermöglicht Anwendern eine Druckverbindung zur Kalibrierung von Messgeräten in eingebautem Zustand, zum Beispiel bei Motorenprüfständen. Mit einer solchen Kalibrierung werden Fehler in der Messkette als Ursache für eine Messabweichung bzw. eine Signalverfälschung ausgeschlossen.
Im Rack ist zudem ein Elektromodul verbaut, das Kalibrierstand und Tisch mit Spannung und Strom versorgt. Es kann bei Bedarf mit einem Multimeter oder Multiplexer ausgestattet werden. Diese Version bietet ferner eine Speiseversorgung für Prüflinge mit 24 V DC/1 A, im Fall von Ex-Geräten auch mit galvanischer Trennung. Jedes Elektromodul hat noch zwei über die Front schaltbare Steckdosen für den manuellen Anschluss, zum Beispiel einer Vakuumpumpe für Absolutdruck-Anwendungen.

Erweiterung zum kompletten ­Kalibrierarbeitspatz 

Sämtliche Racks lassen sich mit einem Kalibriertisch zu einem kompletten Kalibrierarbeitsplatz inklusive PC oder Notebook erweitern. Dort können alle Daten zum Kalibriervorgang, die der Controller automatisch protokolliert, über die Software Wika-Cal ausgelesen, weiterverarbeitet und die Ausgabe der Prüfbescheinigungen gesteuert werden. Dies trägt wesentlich zu einer Verschlankung des Prüfprozesses bei und minimiert die Fehleranfälligkeit im Vergleich zu einer Dokumentation, bei der die Messwerte manuell in ein Protokoll übertragen werden. Die Software steuert zudem den Controller, um die Messpunkte vollautomatisch einzuregeln.
Wie alle Kalibriergeräte, unterliegen auch Druckcontroller beziehungsweise deren Referenzsensoren der Prüfmittelüberwachung und müssen regelmäßig rekalibriert werden. Bei Racks mit den Typen CPC6050 und CPC8000 ist das besonders zeit- und kosteneffizient möglich. Die Vorderfront beider Controller ist ausschwenkbar. Die Referenzsensoren können auf diesem Weg mit wenigen Handgriffen ausgebaut und zur Prüfung geschickt werden, ohne die kompletten Geräte zu demontieren.

Im Zuge einer generellen Verfahrensoptimierung in der Industrie müssen die Kalibrierprozesse ebenfalls effizient betrieben werden. Wika hat dazu ein neues System mit modular aufgebauten Kalibrierständen für die Messgröße Druck entwickelt. Sie ersparen den Anwendern das Engineering für Eigenlösungen. Die Anlagen in einem 19“-Rack enthalten das gesamte Equipment aus einem vollautomatischen Druckcontroller und den Modulen zur Energie- und Druckversorgung. Sie ermöglichen standardisierte Prüfprozesse (Plug & Play), können aber dennoch für nahezu alle druckbezogenen Kalibrieraufgaben spezifiziert werden.

Autor
Fabian Zöller, Business Development Manager, 
Industrial Instrumentation – Production Engineering