Druckregler für die Endprüfung von Drucksensoren｜Kürzere Prüftaktzeiten und langfristig stabiler Betrieb

Druckregler für die Endprüfung von Drucksensoren

Drucksensoren sind in den unterschiedlichsten Geräten verbaut, etwa in Fahrzeugen, in Industrieausrüstung und in Medizingeräten. Je nach Messprinzip und Anwendung unterscheiden sie sich in Eigenschaften wie Messbereich, Genauigkeit, Ansprechverhalten und Hysterese. In Serie gefertigte Drucksensoren erfordern daher eine Leistungsbewertung und Endprüfung, die auf ihre jeweiligen Eigenschaften abgestimmt sind.

Der Druckregler MC300 beaufschlagt den zu prüfenden Drucksensor schnell und stabil mit dem vorgegebenen Druck und unterstützt so die Endprüfung in der Serienfertigung. Über den integrierten Sensor lässt sich der Ausgangsdruck in Echtzeit überwachen. In Kombination mit der geteilten Ausgabe und der Auto-Step-Funktion können die Prüfschritte bei Druckerhöhung und Druckminderung automatisiert werden.

Herausforderungen bei der Endprüfung von Drucksensoren

Vor dem Hintergrund der Elektrifizierung von Fahrzeugen, der IoT-Vernetzung von Industrieausrüstung und der zunehmenden Leistungsfähigkeit von Medizingeräten werden Drucksensoren in immer mehr Geräten eingesetzt. In der Serienfertigung gilt es, die Prüfzeit pro Einheit zu verkürzen, dabei die vorgeschriebene Genauigkeit und Wiederholbarkeit sicherzustellen und zugleich einen stabilen Betrieb der Anlagen aufrechtzuerhalten. Leistung und Haltbarkeit des im Prüfprozess eingesetzten Druckerzeugers sind wichtige Faktoren, die Prüftaktzeit, Datenzuverlässigkeit und Instandhaltungskosten maßgeblich beeinflussen.

Zeit bis zum Erreichen des Solldrucks und Stabilität

Bei der Serienprüfung hängt die Taktzeit nicht nur davon ab, wie schnell der Solldruck erreicht wird, sondern auch davon, wie lange es nach Erreichen des Solldrucks dauert, bis sich der Druck stabilisiert hat. Verbleibt ein zu hoher Druck, verlängert sich die Wartezeit bis zur Stabilisierung, was die Prüfeffizienz beeinträchtigt.

Zielkonflikt zwischen Geschwindigkeit und Stabilität

Herkömmliche Druckregler mit Magnetventiltechnik regeln den Druck durch schnelles Öffnen und Schließen des Ventils. Bei dieser Konstruktion entsteht leicht ein Zielkonflikt: Eine höhere Geschwindigkeit verstärkt das Überschwingen, während eine stärkere Gewichtung der Stabilität das Ansprechverhalten verlangsamt. Dies steht einer Verkürzung der Taktzeit im Weg.

Prüfaufwand bei Druckerhöhung und Druckminderung

Bei der Leistungsbewertung von Drucksensoren müssen Hysterese und Ansprechverhalten nicht nur bei Druckerhöhung, sondern auch bei Druckminderung geprüft werden. Werden die einzelnen Schritte der Druckerhöhung und Druckminderung manuell oder in einzelnen Bedienschritten wiederholt, entsteht in der Serienprüfung ein hoher Arbeitsaufwand.

Haltbarkeit und Wartungsaufwand der Magnetventiltechnik

Da das Ventil bei der Magnetventiltechnik wiederholt öffnet und schließt, wird im Langzeitbetrieb der Wartungsaufwand durch Bauteilverschleiß zum Problem. Auf Produktionslinien drohen dadurch steigende Instandhaltungskosten und Beeinträchtigungen der stabilen Produktion.

Lösung mit dem Druckregler MC300

Gleichmäßiger Druckaufbau bis zum Solldruck

Der MC300 verwendet ein Nadelventil-Servoventil, das den Luftdurchfluss über die Position einer motorgetriebenen Nadel kontinuierlich anpasst. Da kein schnelles Öffnen und Schließen des Ventils erforderlich ist, wird der Durchfluss bei Annäherung an den Solldruck fein geregelt. So erreicht er den Solldruck in kurzer Zeit bei geringem Überschwingen. Unter typischen Bedingungen wird eine Ansprechzeit von höchstens 5 Sekunden erreicht. Damit löst er den für die Magnetventiltechnik typischen Zielkonflikt zwischen Geschwindigkeit und Stabilität bereits durch sein Funktionsprinzip auf.

Relative Ausgangsgenauigkeit von ±0,04 %

Durch die Kombination aus der Messung mit dem Silizium-Resonanzsensor und der Nadelventilregelung erreicht der MC300 eine relative Ausgangsgenauigkeit von ±0,04 %. Dank geringer Hysterese sowie Linearität und Wiederholbarkeit liefert er eine stabile Druckreferenz, mit der sich Leistungsunterschiede zwischen einzelnen Sensoren auch bei wiederholten Prüfungen unter identischen Bedingungen in der Serienfertigung korrekt bewerten lassen. Diese Genauigkeit bleibt für die gesamte Dauer der Genauigkeitsgarantie von 12 Monaten erhalten.

Geteilte Ausgabe und Auto-Step-Funktion

Der Zieldruck wird entsprechend dem Vollausschlag des Prüflings festgelegt und eine beliebige Teilungsanzahl vorgegeben. Aufwärts- und Abwärtsschritte lassen sich anschließend mit einem einzigen Tastendruck ausführen. Mit der Auto-Step-Funktion wird die schrittweise Druckausgabe nach Vorgabe einer Intervallzeit automatisch fortgesetzt. Da sich so der Prüfprozess bei Druckerhöhung und Druckminderung automatisieren lässt, trägt die Funktion dazu bei, den Arbeitsaufwand durch manuelle Tätigkeiten und einzelne Bedienschritte zu verringern.

Langlebige Nadelventilkonstruktion

Da das Nadelventilprinzip auf einer kontinuierlichen Positionsanpassung ohne schnelle Öffnungs- und Schließvorgänge beruht, ist der Bauteilverschleiß konstruktionsbedingt gering, und der Betrieb bleibt über lange Zeit stabil. Auch in Umgebungen mit langen Betriebszeiten wie Serienproduktionslinien lässt sich die Häufigkeit von Reparaturen und Wartungsarbeiten infolge von Ventilverschleiß leichter begrenzen. Das trägt zur Senkung der Lebenszykluskosten bei.

Erwartete Vorteile durch den Einsatz des MC300

Durch den Einsatz des MC300 lassen sich folgende Vorteile erwarten.

Kürzere Prüftaktzeiten

Da das Nadelventilprinzip schnelle Druckbeaufschlagung mit geringem Überschwingen vereint, verkürzt sich die Zeit vom Erreichen des Solldrucks bis zur Stabilisierung. Eine kürzere Prüfzeit pro Einheit ist zu erwarten. Dieser Effekt kann unmittelbar zur Steigerung der Produktivität der Produktionslinie beitragen.

Effizientere Prüfungen bei steigendem und fallendem Druck

Mit der geteilten Ausgabe und der Auto-Step-Funktion lassen sich beliebige Druckpunkte automatisch nacheinander anfahren. Durch die Automatisierung der Prüfung bei Druckerhöhung und Druckminderung sinken der Aufwand für einzelne Bedienschritte und die Belastung der Bediener. Dadurch dürfte die Prüfeffizienz steigen.

Sofortige Stabilitätsbeurteilung

Dank der Echtzeitanzeige des Ausgangsdrucks über den integrierten Sensor und der Komparatorausgabe erkennen Bediener und Prüfeinrichtungen sofort, wann der Solldruck erreicht und stabil ist. Schwankungen der Wartezeit bis zur Stabilisierung werden verringert, was die Zuverlässigkeit der Prüfergebnisse erhöhen kann.

Langfristig stabiler Betrieb und geringerer Wartungsaufwand

Mit der langlebigen Konstruktion nach dem Nadelventilprinzip und der stabilen Genauigkeit über die gesamte Dauer der Genauigkeitsgarantie von 12 Monaten kann der MC300 die Anforderungen an einen langfristig stabilen Betrieb in der Serienfertigung erfüllen. Bei regelmäßiger Kalibrierung ist ein dauerhaft stabiler Einsatz möglich, was eine Senkung der Lebenszykluskosten erwarten lässt.