Unsere Spezialisten unterstützen Sie in allen Belangen Ihrer messtechnischen Applikationen

Lernen Sie hier einige unserer Spezialisten
mit ihren Themenschwerpunkten kennen:

Holger Piscator - Sensor und Messverstärker: Komplettlösungen aus einer Hand

Sensor und Messverstärker - Komplettlösungen aus einer Hand

Holger Piscator, Entwicklungs- und Fertigungsleiter bei Althen


Ich habe Elektrotechnik studiert, habe während des Studiums bereits bei Althen gejobbt und bin dann nach meiner Diplomarbeit auf dem Gebiet der Medizintechnik 1988 bei der Firma Althen eingestiegen. Meine Aufgabe war es bereits damals, Neuentwicklungen zu planen und in die Praxis umzusetzen. Der Firmengründer Herr Althen hatte schon sehr früh erkannt, dass unsere Kunden nicht nur den Sensor oder den Messwertaufnehmer benötigen, sondern großes Interesse an Komplettlösungen haben, da schon damals die Kunden oft nicht die Möglichkeit hatten, sich mit der Materie Messtechnik so intensiv zu beschäftigen. Komplettlösungen in Form eines Messwertaufnehmers aus dem Hause Althen, in Verbindung mit einer Elektronik, die nötig ist, um Normsignale herauszugeben, das Ganze in einer für die Applikation geeigneten „Verpackung“ inklusive der benötigten Anschlusskabel – das waren schon sehr früh die Ziele, die wir hatten, und dies hat sich auch bewährt. Die Abteilung Engineering ist im Laufe der Jahre stetig gewachsen. Wir haben mittlerweile eine über 25-jährige Erfahrung und auch, wie ich denke, hohe Kompetenz. Die Mitarbeiter in der Abteilung sind in der Regel Techniker, die schon seit langem bei der Firma Althen beschäftigt sind. Das ist auch nötig, weil wir die Erfahrung und die Kenntnis über die Produkte benötigen, um die vielfältigen Kundenanforderungen erfüllen zu können.

Wir unterstützen mit unseren Eigenentwicklungen alle Messgrößen, die die Firma Althen anbietet, d.h. wir bauen Komplettlösungen für Druck, Kraft, Neigung, Beschleunigung, Weg oder auch Zubehör für Datenlogger. Normalerweise findet zunächst im Außendienst ein Gespräch mit dem Kunden statt, bei dem der Kunde sein messtechnisches Problem und seine Vorstellung äußert. Dann prüfen wir, ob mit einer Standardlösung, die wir im Vertriebsprogramm haben, die Aufgabe erfüllt werden kann oder ob es sinnvoll ist, eine Sonderlösung zu erarbeiten und anzubieten. Was die Firma Althen hierbei auszeichnet, ist vor allem die Flexibilität. Wir sind in der Lage, kundenspezifische Lösungen auch für kleine Stückzahlen und sogar Einzelstücke zu realisieren. Dabei zeichnet uns das langjährige Know-how aus, wobei sich einzelne Mitarbeiter auf bestimmte Produktbereiche spezialisieren, um eine zeitnahe Umsetzung von Projekten zu ermöglichen. Neigungswinkelmessung ist in den unterschiedlichsten Bereichen der Industrie, aber auch bei der Überwachung von Bauwerken und im Sonderfahrzeugbereich erforderlich. Es gibt zahlreiche Kunden, die Anlagenteile hochpräzise nivellieren oder eine Arbeitsbühne oder ein Anlagenteil überwachen müssen – typische Applikationen für die Neigungsmessung. Die Anwendungen sind sehr unterschiedlich. Von daher kann man nicht von vornherein sagen, welcher Sensor geeignet ist, sondern muss jede Applikation genau betrachten: Was sind die Anforderungen und Ziele des Kunden in Bezug auf Genauigkeit, Auflösung und Umgebungsbedingungen? Welche Schnittstellen sind für eine eventuell erforderliche, weitere Signalauswertung erforderlich? Erst dann kann man entscheiden, welches Messprinzip und welcher Sensor die gewünschten Ergebnisse liefern kann. Die Firma Althen bietet unterschiedliche Neigungswinkelsensoren an. Bei Sensoren, die mit einem kapazitiven Verfahren arbeiten (z.B. Typ AccuStar), befindet sich eine dielektrische Flüssigkeit zwischen zwei Kondensatorplatten mit spezieller Geometrie. Eine Neigung bewirkt eine Kapazitätsänderung, die gemessen und ausgewertet wird. Dem Anwender steht ein der Neigung proportionales und lineares Ausgangssignal zur Verfügung.


Die Hochpräzisions-Servo-Inklinometer (z.B. Typ AILSO) arbeiten nach einem Verfahren, das mancher vielleicht noch von den spannbandgelagerten Drehspulmessinstrumenten kennt. Man hat eine drehbar gelagerte Spule in einem Magnetfeld. An dieser befindet sich ein Pendel mit einer Masse. Wenn der Sensor nun geneigt wird, versucht das Pendel dem Gravitationsfeld zu folgen und sich auszurichten. Über einen Positionssensor geregelt, fließt jedoch ein Strom durch die Spule, der das Pendel in einer definierten Position hält. Dieses Stromsignal wird in ein Spannungssignal umgewandelt und entspricht dann der Sinusfunktion des Neigungswinkels. Im Bereich kleiner +/-10 Grad Neigung kann die Sinusfunktion als linear angesehen werden. Die Sinusfunktion muss man bei Applikationen, die die maximal mögliche Genauigkeit erfordern, vor allem bei Messbereichen größer +/-10 Grad Neigung, unbedingt berücksichtigen. Die Messwertberechnung kann über eine Linearisierung mit Hilfe von geschickt gewählten Stützpunkten erfolgen; die höchste Genauigkeit kann man jedoch nur durch eine trigonometrische Berechnung erzielen. Die möglichen Messbereiche der Inklinometer liegen zwischen +/-1 Grad und +/- 90 Grad. In der Praxis sollte man den maximal möglichen Messbereich von +/-90 Grad möglichst jedoch nicht nutzen, da die Steigung der Sinusfunktion in diesem Bereich sehr gering ist und man somit nur eine geringe Signaländerung erhält. Aus diesem Grund sollte man die Inklinometer, je nach Anwendung und Genauigkeitsanforderung, nur bis maximal ca. 75 oder 80 Grad einsetzen. Die Standardausführung benötigt eine geregelte, bipolare Versorgungsspannung (+/-15 Volt DC) und liefert ein Ausgangssignal von +/- 5 Volt proportional dem Sinus. Es gibt auch eine Variante für eine Versorgungsspannung von 24 Volt DC mit einem eingebauten 4...20-mA- Verstärker. Falls längere Leitungslängen erforderlich sind, bietet es sich an, gleich die Version mit eingebautem Verstärker zu verwenden. Die Auflösung der Inklinometer ist bis zu einer Winkelsekunde und besser. Somit sind diese Messwertaufnehmer bestens geeignet für Anwendungen in allen Bereichen, die eine hochpräzise Neigungsmessung erfordern. Beispiele sind Geophysik, Tunnelbau, Stabilisierungsanlagen im Schiffbau und die Ausrichtung von Antennenanlagen. Für die Linearisierung der Sinuswerte haben wir ein eigenes Gerät entwickelt, mit dem der Anwender zugleich auch die physikalischen Einheiten umschalten und sich die Steigung in Grad, in Millimetern pro Meter, in Prozent und in Grad/Minuten/Sekunden anzeigen lassen kann.


Außerdem bieten wir diverse Neigungswinkelmessgeräte mit MEMS-Sensoren an. MEMS-Sensoren sind ja heutzutage in aller Munde. Man sollte jedoch beachten, dass MEMS nur der Überbegriff für jegliche in Mikrosystemtechnik gefertigten Komponenten ist und somit im Fall unserer Neigungssensoren nicht eindeutig das Sensorprinzip beschreibt. Für eine industrielle Neigungswinkelerfassung und -überwachung sind diese in vielen Fällen ausreichend und ermöglichen interessante Neuentwicklungen. Ein typisches Beispiel ist eine bei Althen entwickelte und gefertigte Komplettlösung zur Überwachung der Neigung einer Plattform. Wenn ein bestimmter Schaltpunkt überschritten wird, werden potenzialfreie Grenzwertrelais geschaltet.


Eine weitere interessante Eigenentwicklung ist beispielsweise ein Neigungsmesssystem mit ATEX-Zulassung. Das können nicht allzu viele Lieferanten anbieten. Das Gerät basiert auf einem kapazitiven Sensor in einem robusten Aluminiumdruckgussgehäuse der Schutzart IP68 und wird gerne in der Abwassertechnik eingesetzt. Für die „normale“ industrielle Anwendung ist auch eine Ausführung ohne Ex-Zulassung erhältlich.
Auf einen wichtigen Punkt möchte ich an dieser Stelle noch hinweisen. Da alle Neigungssensoren auf das Gravitationsfeld der Erde reagieren, können diese nicht zwischen einer Neigungsänderung und einer Beschleunigung, z.B. durch die Bewegung des Messobjektes, unterscheiden. Auch Vibrationen haben einen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Die komplette Entwicklung von messtechnischen Produkten, angefangen von der Idee über die Umsetzung, die Erstellung des Platinenlayouts, das Fertigen und Bestücken der Platine bis hin zum Kalibrieren und, falls vom Kunden gewünscht, Erstellen eines rückführbaren Werkskalibrierzertifikats, übernehmen wir bei ALTHEN selbst. Da wir die technischen Möglichkeiten und das gesamte Know-how in der Firma haben, können neue Projekte bei Bedarf auch schnell realisiert werden. Wir haben außerdem bei uns im Hause die Möglichkeit, einen Großteil unserer Produkte bei Bedarf selbst zu überprüfen und zu testen. Ich möchte auch hervorheben, dass unsere verwendeten Messmittel durchweg rückführbar kalibriert sind.


Alle Geräte, die wir fertigen, werden regelmäßig weiterentwickelt. So werden durch Re-designs technische Verbesserung, Kundenanforderungen und neue EMV-Aspekte berücksichtigt.
Wir möchten nicht nur „ein Produkt verkaufen“, sondern unsere Kunden bei ihren messtechnischen Aufgaben auch mit Wissen und Erfahrung unterstützen.

Roland Kunze - Systemlösungen vom Sensor bis zur Messanalyse

 

Systemlösungen vom Sensor bis zur Messanalyse

Roland Kunze, Produktspezialist für Datenlogger und Messdatenerfassung


Ich bin seit 2008 bei Althen und zuständig für die Produktlinie Messdatenerfassung und Datenlogger. Dabei decke ich das gesamte vertriebliche Spektrum ab von der Kundenbetreuung mit dem technischen Support für Hard- und Software bis zur Entwicklung von Applikationen beim Kunden vor Ort. Gerade Betreuung und Service nach dem Kauf sind für uns besonders wichtige Aspekte.

Ich bin gelernter Radio- und Fernsehtechniker und habe dann meine Weiterbildung zum staatlich geprüften Elektroniker gemacht. Anschließend habe ich mich zum technischen Betriebswirt weitergebildet und war bei Europas größtem Unternehmen für die Vermietung von elektronischer Messtechnik tätig. Insofern ist Messtechnik von Anfang an ein ganz zentraler Bestandteil meines beruflichen Backgrounds gewesen.
Messtechnik ist ein sehr umfangreicher Bereich, und die Kundenanfragen sind sehr stark applikationsbedingt. Das heißt, man hat nicht immer nur den einfachen Griff ins Regal, und schon kann man dem Kunden ein Gerät anbieten. Für Althen spricht vielmehr, dass wir dem Kunden eine komplette Systemlösung anbieten können. Das heißt für uns: Vom Sensor bis zur eigentlichen Messanalyse können wir dem Kunden alles bieten – konzeptorientierte Systemlösung für den Kunden.

Was die Hersteller betrifft, die Althen vertreibt, so sind in meiner Produktlinie beispielsweise die Produkte der Firma DATAQ Instruments zu nennen, die Stand-alone- und PC-gebundene Datenlogger anbietet, aber auch die Firma Lascar mit einfachen Low-cost-USB-Loggern, die an den PC angeschlossen und dort konfiguriert werden, und dann vor allem die Produkte von Graphtec. Sie spielen eine ganz große Rolle in unserem Produktspektrum. Hier haben wir ein weites Feld an Produkten von der GL-midi-LOGGER-Serie bis zu Thermo-Array-Recordern, also Thermopapierschreibern, die modular aufgebaut sind, oder z.B. ganz neu in unserem Produktportfolio das Modell GL7000 Data Platform.
Alle Geräte von Graphtec haben ein eigenes Display. Das kommt den Wünschen von immer mehr Kunden entgegen, die sofort ein optisch dargestelltes Messergebnis sehen wollen, ohne dass sie erst eine Auswertung am PC machen müssen. Es ist einer der großen Vorteile von Graphtec, dass der Kunde hier sofort ein Ergebnis parat hat. Gerade die GL-Serie ist bei den Kunden auch aufgrund ihrer Handhabung sehr beliebt. Sie hat eine grafische Oberfläche mit deutschsprachiger Benutzerführung, und man kommt auch in die Unterstrukturen der Menüs sehr leicht hinein. Für die Graphtec-Geräte spricht am Markt ganz klar ihre sehr gute Bedienbarkeit, was uns auch durch Feedback von Kunden immer wieder bestätigt wird.
Nicht alle Hersteller haben eine deutsche Benutzerführung und eine deutsche Version der zugehörigen Software, geschweige denn ein deutsches Manual. Bei ALTHEN legen wir darauf aber besonderen Wert. Speziell bei den Graphtec-Geräten haben wir dafür gesorgt, dass allen Geräten ein deutsches Manual beigelegt wird. Die Übersetzung haben wir selbst beauftragt und überwacht. Das ist von großer Bedeutung für unseren Markt. Denn obwohl die Kunden gleich loslegen wollen, gibt es später immer Punkte, die man in der Bedienungsanleitung nachschlagen möchte. Deshalb lassen sich Geräte ohne deutschsprachiges Handbuch auf dem deutschen Markt nur äußerst schwierig verkaufen. Bei der Übersetzung der Menüführung unterstützen wir Graphtec auch in der Wahl der richtigen deutschen Wörter.

Als wichtigster Absatzmarkt für Graphtec-Datenlogger kristallisiert sich ganz klar der Automotive-Bereich heraus. Die großen Automobilhersteller nutzen Graphtec-Geräte in ihren Prüfständen. Dasselbe gilt für Fahrversuche und Prüfstände bei vielen Automotive-Zulieferern. Durch die Weiterentwicklung der Motorentechnik und neu aufkommende Technologien wie den Hybridantrieb werden immer neue Prüfstände erforderlich. Auch in den nachgelagerten Zulieferindustrien entstehen dadurch neue Applikationen, die man mit den Graphtec-Geräten gut abdecken kann, z.B. in Bezug auf Batterien. Weitere große Absatzbereiche sind die Pharma- und die Chemieindustrie. Generell sind Datenlogger überall dort von Interesse, wo die Abläufe von Herstellungsprozessen aufgezeichnet werden sollen.

Mit dem GL7000 werden wir aus meiner Sicht noch einen weit größeren Kundenkreis erreichen als mit den bisherigen Graphtec-Geräten. Der große Vorteil des GL7000 ist ganz klar seine modulare Erweiterbarkeit. Ich kann mit dem Gerät bis zu 112 Messkanäle abdecken, da die Möglichkeit besteht, auf ein eigenes SSD-Festplatten-Modul oder eine Standard-SD-Karte aufzuzeichnen. Wenn der Kunde sich einmal ein Modul kauft und seine Applikation sich dann erweitert, hat er die Möglichkeit, Module nachzukaufen. Außerdem hat dieses Gerät die schnellste Abtastrate, die Graphtec bis jetzt auf den Markt gebracht hat: Es kann bis zu einer Mikrosekunde abtasten. Das ist in seiner Klasse schon etwas Besonderes. Dann können die Module bis zu 112 Einzelkanäle aufzeichnen, sodass wir die unterschiedlichsten Arten von Temperatur, Feuchte oder Spannung oder auch Logik- und Impulssignale aufzeichnen können. Der große Vorteil ist auch – ganz neu bei Graphtec – die Touchscreen-Menüführung, über die ich jeden Kanal und jeden Messbereich einzeln konfigurieren kann.

Ein weiterer großer Vorteil des Gerätes ist, dass ich jedem Kanal direkt eine Alarmierung zuweisen kann. Es gibt ein eigenes Alarmmodul, das ich mit bis zu 10 Alarmen belegen kann. Da man alle Graphtec-Geräte auch per USB über eine Master-Slave-Bedienung durch einen PC steuern lassen kann, besteht zudem die Möglichkeit, eine Alarm-E-Mail zu versenden.

Die von Graphtec mitgelieferte Software dient dazu, die erfassten Daten zu analysieren und bis ins Kleinste aufzulösen. Neu ist ihre Schnittstelle zu IPEmotion. IPEmotion ist ein Programm, das sich als Standardsoftware in den Bereichen Automotive, Automatisierung und Prüfstand einen großen Namen gemacht hat. Es wird von verschiedenen Automobilbauern sehr stark in Prüf- und Testständen eingesetzt, aber natürlich auch in Fahrversuchen. In Zusammenarbeit mit der Firma IPETRONIK, die diese Software herstellt, präsentiert ALTHEN auf der Electronica 2012 die Möglichkeit, die sogenannten GBD-Daten, d.h. die grafischen Aufzeichnungsdaten, die von den Graphtec-Datenloggern zur Verfügung gestellt werden, über einen Importfilter in die IPEmotion-Software zu integrieren. Wir sorgen also dafür, dass die bereits vorhandene Software direkt mit unseren Daten arbeiten kann. Mit dieser neuen Anwendungsmöglichkeit wollen wir einen noch größeren Kundenkreis im Automobilbereich, im Prüfstandsbau und in der Testautomation erreichen.

 

 

Joachim Ditthardt - Modernste Druckmesstechnik für kundenspezifische Messaufgaben.

Modernste Druckmesstechnik
für kundenspezifische Messaufgaben

Joachim Ditthardt
Verkaufsgebietsleiter für das Gebiet Süd-West und Schweiz


Als bei Althen 1991 die Stelle frei wurde, die ich dann übernahm, kannte ich den Unternehmensgründer bereits als Mitbewerber im Vertrieb. Wir hatten jahrelang als Mitarbeiter verschiedener Hersteller im Druckmessbereich mit unseren Produkten die Klingen gekreuzt und uns dabei kennen und schätzen gelernt. Als ich mich in seinem Unternehmen bewarb, wurde ich denn auch sofort genommen.

Mein Spezialgebiet ist die Druckmesstechnik. Auch Herr Althen kam aus der Abteilung Druckmesstechnik. Sein Unternehmen startete er zwar 1978 mit Transientenrecordern, aber nur etwa 2 oder 3 Jahre später kam bereits Druckmesstechnik mit dazu. ALTHEN übernahm Anfang der 80er Jahre den Vertrieb der Schaevitz-Gruppe, die Sensoren für Druck, Weg, Drehwinkel, Neigung und Beschleunigung herstellte. Bei den ersten Druckaufnehmern im Portfolio handelte es sich um klassische Lösungen mit ganz normalen, geklebten Dehnmessstreifen. Nach und nach kamen dann andere Hersteller und damit auch andere Technologien hinzu – von piezoelektrischen Verfahren über die Dünnfilmtechnik bis zu den heute sehr beliebten MEMS-Sensoren auf der Basis eines kleinen Halbleiter, die sich vollautomatisiert herstellen lassen.

Althen verkauft Druckmessgeräte in praktisch alle Industriesparten. In meinem Vertriebsgebiet liegt der Schwerpunkt marktbedingt auf den Autobauern rund um Stuttgart und ihren Zulieferern, während der Kollege in Norddeutschland unser Spezialist für Anwendungen im Schiffbau ist.
Eine immer wichtigere Rolle spielen Maschinenbau und Prozessautomation. Mit der Produktion wird Geld verdient. Darum muss in die Sensorik investiert werden. Extrem hohe Umsätze mit teilweise ganz kleinen Stückzahlen machen wir auch im Bereich Luft- und Raumfahrt.

Ein wichtiger Schritt für die Druckmessung bei Althen war es, als wir erstmals mit der völlig neuen S.O.S.-Technologie in Kontakt kamen. Auf diesem Prinzip basiert auch unser aktueller Präzisionsdruckaufnehmer HI2010, der sich sowohl für Industrieanwendungen wie Spezialanwendungen eignet. Das Gerät ist keine Eigenentwicklung von Althen, jedoch konnten wir dem Hersteller aufgrund unserer Analyse des Produkts die Initialzündung für eine Verbesserung geben. Dadurch ist der Druckaufnehmer jetzt mit 0,05 Prozent deutlich genauer als die spezifizierten 0,2 Prozent. Derselbe Prozess vollzieht sich aber immer wieder auch zwischen unseren Kunden und uns. Von diesem Wissenstransfer profitieren alle: der Hersteller, unser Kunde und wir selbst. Das Verfahren heißt „Silicon on Sapphire“, also Silizium auf Saphir. Dabei wird ein Dehnmessstreifen aus Silizium in eine Saphirmembrane eingebettet, was einem Halbleiterdotierungsprozess gleichkommt. Saphir gehört zur Familie der Korunde, hat, wie ein Diamant, eine monokristalline Struktur. Diese molekulare Struktur erlaubt erst die Einbettung von Silizium in den Saphir-Wafer. Die Verwendung von Saphir ist aber auch wirtschaftlicher als die von Diamant, denn Saphir kann man künstlich herstellen – selbst in stattlichen Abmessungen. (Windschutzscheiben von US-Kampfflugzeugen sind zum Teil aus einem Stück Saphir gefertigt!)

Diese Art von Sensor bietet mehrere große Vorteile: Saphir ist praktisch hysteresefrei, dehnt sich also völlig linear aus und hat sehr gute Isolationseigenschaften. Er ist thermisch hoch belastbar und erlaubt dennoch eine recht einfache Temperaturkompensation. Der Temperaturfehler bei der Druckmessung ist also äußerst gering. Allerdings ist Saphir nicht unbedingt medienbeständig gegen korrosive Substanzen. Daher wird die Saphirmembran in ein Druckeinlassteil hinter einer Titanmembran eingebaut. Diese besteht aus einer Titanlegierung, die nicht nur extrem korrosionsbeständig ist, sondern die sich unter Temperatureinfluss ebenso linear ausdehnt wie der Saphir. Die thermische Limitierung des Einsatzbereichs auf maximal +250 °C ist deshalb nur durch den Löt- bzw. Bondprozess bedingt; nicht durch das Membranmaterial.
Aufgrund des Halbleiterkonzepts haben wir einen sehr hohen k-Faktor. Man kann also mit einem recht kleinen Verstärkungsfaktor auf das erforderliche Ausgangssignal von 10 Volt kommen. Dies bietet den Vorteil, dass auch das Grundrauschen nicht sehr verstärkt wird. Wo bei anderen Aufnehmern 20 bis 30 mV herauskommen, haben wir hier schon 100 mV. Zudem hat das Halbleiterkonstrukt von Hause aus schon einen sehr geringen Rauschpegel. Diese Kombination aus hohem Ausgangssignal und vom Grundsatz her niedrigem Rauschpegel gibt uns einen Aufnehmer, aus dem wir hohe Auflösungen herauskitzeln können, die mit normalen Aufnehmern so nicht zu machen sind. Nachweisbar haben wir schon Auflösungsverhalten von bis zu 1:100.000 erreichen können.

Genau wie Diamant ist natürlich auch Saphir extrem spröde. Daraus folgt eine hohe Resonanzfrequenz und damit eine hohe Bandbreite. In den höheren Messbereichen können Druckspitzen bis zu 10 kHz gemessen werden. In jedem Fall misst der Drucksensor dadurch extrem schnell.
Die Firma Althen steuert nun in der Kombination aus Druckaufnehmer und Messwertaufbereitung einen speziell entwickelten 2-Kanal-Messverstärker bei. Dieser entstand als Sonderentwicklung für einen Kunden aus dem Prüfstandbereich. Die Ausgangssituation war folgende: Dem Kunden genügte nach oben ein Messbereich von 0...200 bar, er musste aber auch Messungen im Millibarbereich vornehmen und brauchte daher mehr Auflösung nach unten. Indem wir einen Doppelverstärker einsetzten, war es uns möglich, dem Kunden Signale für beide Messbereiche mit ein und demselben Aufnehmer zu liefern. Wir benutzen dazu zwei ganz normale Verstärkerzüge innerhalb eines Hutschienengehäuses. An diesem Verstärker wird nun ein Druckaufnehmer angeschlossen. Innerhalb des zweizügigen Verstärkers wird das Eingangssignal des Drucksensors auf beide Verstärkereingänge gebrückt. Somit werden gleichzeitig beide Verstärkerzüge angesteuert. Am Ende kommen dann parallel zweimal 0...10 Volt heraus, einmal skaliert auf 0...10 bar und einmal skaliert auf 0...250 bar. Vorteil für den Kunden: Er braucht keinen zweiten Druckaufnehmer und kein Überdruckschutzventil zu kaufen und spart enorm viel Geld. Er muss lediglich seine SPS so programmieren, dass sie bei bestimmten Schwellenwerten auf den jeweils anderen Verstärkerzug umschaltet.
So kann nun mit ein und derselben Anlage in einem einzigen Prozess die Hoch- und Niedrigdruckmessung vorgenommen werden. Der Kunde muss nur einen Druckaufnehmer und einen Messverstärker setzen, erhält aber zwei analoge Ausgänge mit höchster Genauigkeit, denn Althen kalibriert jedes einzelne System mithilfe einer Hochpräzisionsdruckwaage im hauseigenen Kalibrierlabor ein.

Für die Kalibrierung mussten wir zunächst unsere eigene messtechnische Ausstattung stark aufrüsten. Eine Genauigkeit bis drei Stellen hinter dem Komma reichte nicht mehr aus – jetzt müssen es schon vier oder fünf sein. Die Entwicklung dieses Produkts ist insofern typisch für Althen, weil sie gemeinsam mit dem Kunden erfolgte. Oft wissen die Kunden zunächst nicht, was genau sie brauchen. Deshalb ist es für uns als Unternehmen so wichtig, dem Kunden erst einmal gut zuzuhören. Erst dann kann eine optimale Lösung vorgeschlagen werden.

Stefan Kunisch - Vibromatrix: Komplexe Schwingungen einfach messen

 

 

VibroMatrix: Komplexe Schwingungen einfach messen

Stefan Kunisch, Produktspezialist für Schwingungsmesstechnik und VibroMatrix


Ich bin seit Frühjahr 2012 bei der Firma Althen und war vorher im Automatisierungsbereich tätig, sozusagen in der Position eines Kunden von Althen. Da jedoch auch die Unternehmen, in denen ich vorher gearbeitet habe, selbst Lösungen für Kunden entwickelt haben, ist mir die Arbeitsphilosophie, die auch Althen prägt, im Grundsatz schon seit Langem vertraut.


Nach meinem Start bei Althen habe ich mich speziell in den Bereich Vibrationsmesstechnik eingearbeitet und mir dazu einiges an neuem Fachwissen angeeignet. Zwei ganz wichtige Anwendungszweige sind hier die Analyse von Schwingungen und Vibrationen an Gebäuden und Bauteilen sowie alles, was in mechanischer Hinsicht mit Maschinen, Anlagen und Lagern zu tun hat. Wenn man beide Anwendungen miteinander verbindet, ergibt sich daraus das Anforderungsprofil für Messungen an Windkraftanlagen, denn hier hat man einmal das Gebäude, also den Turm und die Gondel, sowie oben Getriebe, Generator und Rotorblätter.
Windkraft ist für Althen ein sehr großes Thema, zu dem wir aufgrund unserer breiten Erfahrung auch Vorträge bei Weiterbildungsseminaren des Sensorik-Fachverbandes AMA halten. Im Bereich Windkraft zählen alle Akteure zu unseren Kunden, von Errichtern bis zu Anlagenbetreibern. Sehr wichtig ist der intensive Kontakt zum Markt über die spezialisierten Windkraft-Messen. Durch unsere gute Vernetzung sind wir auch in der Lage, die Entwicklung der einschlägigen Normen sehr frühzeitig mit in die Entwicklung unserer Lösungen einzubeziehen. Nicht zuletzt dank der engen Partnerschaft mit der Firma IDS, die die VibroMatrix-Software für uns entwickelt, werden wir hier in Zukunft noch einiges für unsere Kunden bewegen können. Wir geben uns auch gegenseitig Kundenwünsche weiter und versuchen regelmäßig wiederkehrende Anforderungen zu identifizieren, damit wir sie in der Software, der Messtechnik und den organisatorischen Prozessen von vornherein berücksichtigen können.


Wir beziehen die VibroMatrix-Software von der Firma IDS und verbinden sie mit Sensoren von renommierten Herstellern aus den USA und England, mit denen uns eine langjährige Zusammenarbeit verbindet. Das Ganze verbinden wir zu einem System, das wir sehr flexibel und sehr modular dem Kunden anbieten können. Die Vibromatrix-Software selbst besteht ebenfalls aus verschiedenen Modulen wie InnoAnalyzer, InnoScope und InnoLogger, die der Kunde selbstständig oder aufgrund unserer Beratung zusammenstellen kann. Sie lassen sich verbinden und greifen immer wieder auf denselben Sensor bzw. dieselbe Auswerteelektronik zu. Je nach Anwendung, sei es die Messung von Gebäudeschwingungen oder das Auswuchten eines Lagers, kann er auch Module dazukaufen. Im besten Fall ist es so, dass er kein neues System kaufen muss, wenn er eine andere Art von Messung vornehmen will, sondern das ursprüngliche System mit einer anderen Kombination von Modulen immer wieder nutzen kann, was enorm viel an Kosten spart. Und während im Maschinenbereich hohe Vibrationsfrequenzen dominieren, kann man bei niederfrequenten, sogenannten seismischen Messungen im Gebäudebereich sogar mit ein und demselben Sensor immer wieder arbeiten. Man kann das System aber auch splitten und damit über einen zusätzlichen einaxialen Sensor auch solche Messungen erfassen. Ein entscheidendes Problem bei Messungen in Gebäuden ist die Anbringung des Sensors, der idealerweise formschlüssig mit dem Gebäude sein sollte. Dafür bieten wir eine große Auswahl an Zubehör an, beispielsweise eine Bodenplatte mit runden Füßen, um den Sensor direkt auf dem Betonboden zu platzieren. Teppichböden verhindern eine formschlüssige Platzierung und verfälschen die Messergebnisse, deshalb gibt es optional auch spitze Füße, die sich durch den Teppich hindurchdrücken. Für Messungen an magnetischen Teilen gibt es auch eine Magnetform, auf die der Sensor aufgebracht wird. Für formschlüssige Verbindungen mit Wänden und Decken bieten wir ein System an, bei dem der Sensor mittels eines Dübels und einer Überwurfmutter am Mauerwerk angebracht wird. Adapter mit verschiedenen Durchmessern für Fälle, in denen keine dieser Methoden funktioniert, fertigen wir in unserem eigenen Haus, auch nach individuellen Vorgaben. Die Ideen entstehen letztendlich aus den Kundenwünschen, denn kein Auftrag ähnelt dem letzten.


Der Vibrationssensor selbst ist aus Piezokeramik, vergleichbar mit einem Feuerzeug, bei dem der Schlag des Hämmerchens auf das piezokeramische Zündelement eine gewisse Ladung verursacht, die wiederum den Funken auslöst. Wir dagegen machen uns diese Ladung zunutze, indem wir sie messen. Denn jede Schwingung, jede Vibration entspricht einer eigenen Ladungsstärke. Diese wird über die InnoBeamer-Box aufgenommen und elektronisch ausgewertet. Dass man dabei drei Achsen in einen Sensor packt, ist eine Frage der Kosten und des Aufwands: Ich habe nur ein Kabel und einen Sensor, den ich an einer Stelle platzieren kann. Das Ganze ist dadurch kompakt und einfach im Handling. In der Gebäudemesstechnik messen wir nämlich auf drei Achsen. Der speziell dafür konzipierte Sensor ist mit einem Messverstärker versehen, der ihn auch speist und das Messsignal übermittelt. Das Ergebnis wird über eine USB-Schnittstelle live auf einem Notebook in der Vibromatrix-Software angezeigt, in der wir uns alle drei Achsen ansehen können. Die farblichen Umschläge der Schwingdaten von grün über gelb zu rot zeigen an, ob man sich noch im Bereich der Grenzwerte befindet, die die jeweils hinterlegte DIN-Norm vorgibt.

Der Vorteil für den Kunden ist, dass wir die Grenzwerte der DIN für ihn in die Software implementieren. Er kann also seine Messungen vornehmen, ohne sich im Vorfeld mit den Normwerten auseinandersetzen zu müssen. Von besonderer Bedeutung ist das z.B. bei der Norm DIN 3834 für Schwingungen an Windkraftanlagen und deren Komponenten, weil sie empfiehlt,dass bei stabilen Betriebsbedingungen gemessen werden soll. Wer möchte entscheiden, wann diese vorliegen? Dies aus der Norm herauszulesen, kostet sehr viel Zeit. Meistens ist es aber so, dass der Kunde seine Messung ziemlich schnell über die Bühne bringen muss. Genau dafür hat IDS die Vibromatrix-Software InnoMeter 3834 entwickelt: Der Kunde muss sich keinerlei Gedanken darüber machen, wie er diese stabilen Betriebsbedingungen umsetzen kann oder muss, sondern sie sind bereits in der Software hinterlegt. Die Software wertet die vorgefundenen Bedingungen aus, gleicht sie mit den hinterlegten Anforderungen ab, filtert das Grundrauschen heraus und informiert den Benutzer darüber, ob stabile Betriebsbedingungen vorliegen. Aufgezeichnet werden die Messergebnisse als Rohdaten, d.h. wenn ich in der Software Filter setze oder Grenzen anlege, werden diese zwar auf der Benutzeroberfläche angezeigt. Die Rohdaten werden aber abgelegt, sodass ich im Nachhinein noch eine genauere Analyse der Daten vornehmen kann.

Thomas Richter - Seitenlastkompensierter Sensor für anspruchsvolle Kraftmessung

Seitenlastkompensierter Sensor für anspruchsvolle Kraftmessung

Thomas Richter, Verkaufsgebietsleiter für das Gebiet Süd-Ost und Österreich

 

Ich bin seit 03.01.2001 bei Althen und arbeitete zunächst im Innendienst. Später übernahm ich das Verkaufsgebiet Südost, also Bayern, Thüringen, Sachsen und Österreich. Dieses Gebiet betreue ich seither unter allen vertrieblichen Aspekten – von der Kundenakquise über die Angebotserstellung bis zur Entwicklung neuer Lösungen im Gespräch mit Bestandskunden. Unser Kundenkreis umfasst praktisch alle Branchen, in denen Messtechnik eine Rolle spielt. Ich selbst habe Kunden aus der Medizintechnik, bin aber auch in Stahlwerken unterwegs. Viele unserer Kunden sind Sondermaschinenbauer, die Prüfstände bauen und wieder mit anderen großen Unternehmen als deren Teilzulieferer zusammenarbeiten. Aber im Prinzip sind wir in allen Bereichen der Industrie vertreten und beliefern auch viele Hochschulen, Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen.

Als ich bei Althen eingearbeitet wurde, bekam ich einen Berg Kataloge auf den Schreibtisch, der so groß war, dass ich zunächst dachte: Das kann kein Mensch behalten! Kann man aber doch, wie sich herausstellte. Und eben dieses extrem weit gefächerte Programm ist ein großer Vorteil von Althen. So können wir im Grunde genommen auf jeden Kundenwunsch eingehen. Vieles können wir direkt aus dem Katalogprogramm machen. Sollte das nicht funktionieren, dann können wir Sonderlösungen anbieten. Und da, denke ich, ist ein ganz großer Vorteil von Althen, dass wir das auch sehr schnell realisieren können.

In meiner persönlichen Arbeit hat sich im Laufe der Jahre herauskristallisiert, dass ich ganz gut in Kraftmesstechnik bin. Gerade, was Lösungen für den Bereich Kraft angeht, sind wir bei Althen extrem flexibel. Möglich ist das durch die enge Partnerschaft mit unseren Zulieferern, die viele ihrer Standardprodukte in kurzer Zeit nach unseren Vorgaben anpassen können.

Für Kraftmessgeräte verfügen wir in Großbritannien über ein eigenes Werk. Dessen Stärke liegt vor allem in den kundenspezifischen Entwicklungen für besondere Anwendungen. Dasselbe gilt für einen amerikanischen Hersteller in unserem Portfolio, mit dem Althen eine Lösung für die schnelle und einfache Messung der Schließkräfte von Fensterhebern in Automobil-Prüfständen und -Fertigungsanlagen entwickelt hat.

Ein weiterer britischer Hersteller in unserem Portfolio ist der einzige Hersteller in England, der Messbolzen für Lasten bis zu 1500 Tonnen nicht nur herstellen, sondern im eigenen Labor auch durchkalibrieren kann. Diese Komponenten werden in Auftragsfertigung komplett kundenspezifisch gefertigt, beispielsweise für Anwendungen im Schiffbau.

Für einfache Industrieapplikationen im Kraftmessbereich, die nicht viel kosten dürfen, haben wir einen sehr guten Kontakt zu einem koreanischen Lieferanten, der unter anderem Lastmessbolzen und Biegebalkenaufnehmer fertigt. Wenn wir große Stückzahlen abnehmen, können wir auch hier Änderungen an Standardprodukten veranlassen. Ich mache mit diesem Hersteller derzeit ein Projekt zur dynamometrischen Messung an Sprungschanzen. Dabei werden im Absprungradius bis zum Rand des Schanzentisches Kraftaufnehmer in der Spur angebracht. Dadurch können die Sportwissenschaftler das Absprungverhalten der Athleten genau bestimmen. In eine Spur werden bis zu 80 Aufnehmer eingebaut, die natürlich kein Vermögen kosten sollen. Deshalb setzen wir hier diese günstigeren Produkte ein. Unsere Lösung hat sich hierfür etabliert. Beide Hersteller, die die entsprechenden Spuren herstellen, setzen unsere Aufnehmer ein.

Wie viele Produkte aus unserem britischen Werk ist auch der Kraftaufnehmer ALF300 mit Seitenlastunterdrückung aus einer Sonderversion entstanden. Ich hatte vor einigen Jahren bei einem Kunden eine Applikation, bei der in einer Getränkeabfüllanlage mit rotierenden Flaschen das Gewicht der Flaschen gemessen werden sollte. Bei einer solchen Applikation werden bis zu 300 PET-Flaschen in ein Karussell eingehängt und während einer Rotation befüllt. Die Rotation ist so schnell, dass die Fliehkraft die Flaschen aus der Vertikalen nach außen lenkt. Diese zur Seite wirkende Kraft stört, wenn man das Gewicht bestimmen will, also die Kraft, die nach unten wirkt. Mit den meisten Kraftaufnehmern ist diese Messung nicht umsetzbar. Denn wenn ein Kraftaufnehmer eines nicht mag, sind es Seitenkräfte. Er möchte seine Kraft axial eingeleitet haben und ist deshalb in der Regel so konstruiert, dass er sich immer wieder axial ausrichtet.

Als wir über die Applikation des Kunden nachdachten, fanden wir heraus, dass es doppelseitige Biegebalkenaufnehmer gibt, die aufgrund ihrer Parallelogrammform seitenlastunempfindlich sind und ein sehr gutes Ausgangssignal sowie eine extrem gute Genauigkeit aufweisen, allerdings sehr viel teurer sind als normale ringförmige Kraftaufnehmer. Also sagten wir uns: Warum können wir nicht die Vorteile des Biegebalkens mit denen des ringförmigen Aufnehmers verbinden? Wir haben also im Grunde genommen den ringförmigen Aufnehmer in eine Hülse verpackt und daran acht Biegebalken angebracht. Das daraus entstandene System ALF300 kann nun sehr hohe Seitenlasten kompensieren und beispielsweise in Junkerstestmaschinen eingesetzt werden, mit denen man etwa die Haltbarkeit von Bolzen und Lagern testet.

Sehr geeignet wäre der Aufnehmer auch für Fahrkörbe in Hochregallagern, wie sie bei vielen meiner Kunden anzutreffen sind. Der Gesetzgeber gibt für solche Anlagen, in denen auch Personen mitfahren, eine Sicherheitsabschaltung vor, wenn eine bestimmte Last überschritten wird. Da die Hebelverhältnisse für die Erfassung dieser Last oft ungünstig sind, würde sich der seitenlastkompensierte Kraftaufnehmer anbieten.

Der Aufnehmer ist preislich in einem Bereich angesiedelt, der ihn nicht für jede Applikation erschwinglich macht. Aufgrund seiner Abmessungen kann man ihn bei sehr begrenzten Platzverhältnissen nicht einsetzen. Man muss also genau überlegen, wo sein Einsatz sinnvoll ist. Üblicherweise ruft der Kunde ja an und schildert zunächst sein Problem, das man dann mit ihm bespricht. Meist hat der Kunde schon eine Idee für die Lösung, man selbst entwickelt im Gespräch ebenfalls erste Ideen. Damit man nicht aneinander vorbei redet, ist es wichtig, sich frühzeitig ins Auto zu setzen und dann vor Ort anhand von Zeichnungen zusammen mit dem Kunden eine Systemlösung auszuarbeiten.

Was wohl jeder bei uns im Haus praktiziert, ist, dass wir einen Kunden nie fortschicken, sondern immer versuchen, für jedes Problem des Kunden eine Lösung zu finden, und zwar so schnell es in unserer Kraft liegt. Dabei versuchen wir unsere Kunden gut und fair zu beraten. Unter fair verstehe ich, dass man versucht, dem Kunden das für seine Applikation am besten passende Produkt zu verkaufen – und das muss nicht immer unbedingt das teuerste sein. Ich glaube, das ist bei den Kunden auch bekannt, und ich denke, dafür werden wir im Kundenkreis auch geschätzt.