Leckagen sind für einen Großteil der Verluste in einem Druckluftsystem verantwortlich – bis zu 30 % der Energie werden durchschnittlich über Leckagen ‚verblasen‘. Bei 60.000 Druckluftanlagen in Deutschland und einem Stromverbrauch von 16,6 TWh pro Jahr könnte allein durch die Beseitigung von Druckluft-Leckagen so viel Strom eingespart werden, wie Hamburg und München zusammen pro Jahr verbrauchen.

Für Prof. Sauer, Bereichsleiter ‚Ressourceneffiziente Produktion‘ am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und Leiter des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart, ist das Grund genug, Druckluft-Leckagen in den Fokus zu rücken. Gemeinsam mit den Forschern des Fraunhofer IPA will er KI dazu nutzen, Leckagen in Druckluftsystemen schnell und gezielt zu ermitteln. Dazu hat das Fraunhofer IPA in Zusammenarbeit mit Mader einen Druckluftdemonstrator konstruiert, der die Datengrundlage hierfür liefert. Er soll die Basis schaffen für die datengetriebene Produktionsforschung des Fraunhofer IPA, etwa durch das Trainieren selbstlernender Algorithmen.

Das undichte System

Alle Mess- und Sensordaten werden zusätzlich mittels OPC UA automatisiert auf die Industrie-4.0-Plattform ‚Virtual Fort Knox‘ des Fraunhofer IPA übertragen und dort für weiterführende Analysen verarbeitet.

© Fraunhofer IPA / Mader

Um zu verstehen, wie sich eine Undichtigkeit im System bemerkbar macht, wurde zunächst ein Handling-System aufgebaut, das eine automatisierte Fertigung simuliert. An vier Stationen – Pressen, Schwenken, Aufnehmen mittels Vakuums und Transportieren – können jeweils maximal vier unterschiedliche Szenarien gewählt werden: alles dicht, Knick im Schlauch, Loch im Schlauch und mechanische Undichtigkeit. Die Messwerte – Volumenstrom und Druck – sind jederzeit auf dem Display ablesbar.  

Ablöse für Ultraschall?

Alle Mess- und Sensordaten werden zusätzlich mittels OPC UA automatisiert auf die Industrie-4.0-Plattform ‚Virtual Fort Knox‘ des Fraunhofer IPA übertragen und dort für weiterführende Analysen verarbeitet. Da allerdings bei solchen IIoT-Projekten in den seltensten Fällen eine komplett unkomplizierte Ausgangslage vorliegt, bei der alle Sensoren und Mess-geräte die gleichen Schnittstellen und Übertragungsprotokolle nutzen, finden sich sowohl analoge als auch digitale Sensoren mit IO-Link-Anbindung im Demonstrator. Die besondere Herausforderung lag in der Synchronisation der Übertragungsgeschwindigkeiten, um eine flüssige Datenübertragung sicherzustellen. 

Die Mess-Ergebnisse zum aktuellen ‚Leckage-Szenario‘ lassen sich auf der zugehörigen Steuerung ablesen. Zudem werden sie in die Fraunhofer-eigene Industrie- 4.0-Plattform ‚Virtual Fort Knox‘ übertragen.

© Mader

Gewöhnlich werden Leckagen im Druckluftsystem noch standardmäßig mit Hilfe von Ultraschall-Technologie geortet, denn Ultraschall macht das ‚Pfeifen‘ der kleinsten Leckage hörbar. Dies ist zwar bei laufendem Produktions-betrieb möglich, erfordert aber einen entsprechenden Aufwand, da die Ortung direkt vor Ort durchzuführen ist. Dennoch ist eine solche Ortung und anschließende Beseitigung rentabel – sowohl wirtschaftlich als auch hinsichtlich  CO2-Einsparung, heißt es seitens Mader. 

Das Fraunhofer IPA hat sich zum Ziel gesetzt, den Prozess weiter zu optimieren. Der Demonstrator schaffe die Basis für die datengetriebene Produktionsforschung, etwa durch das Trainieren selbstlernender Algorithmen. In Zukunft sollen mit deren Hilfe Leckagen nicht nur ermittelt und lokalisiert werden, auch die Bezeichnung und Bestellnummer des betroffenen Bauteils sollen per App ausgespielt werden. So lassen sich insbesondere die Ausfallzeiten minimieren.

Der Artikel entstand nach Unterlagen der Firma Mader, Leinfelden-Echterdingen.