Rund 60.000 Druckluftanlagen sind hierzulande in Betrieb, die zusammen Jahr für Jahr 16,6 Terawattstunden verbrauchen – 7 % des gesamten Stromverbrauchs der heimischen Industrie. Bis zu 30 % der eingesetzten Energie entweicht jedoch ungenutzt aus winzigen Lecks. Diese Löcher, Knicke oder undichten Verbindungsstücke aufzuspüren, ist bisher mit großem Aufwand verbunden.

»Die auf dem Markt verfügbaren Produkte und Methoden zur Erkennung von Leckagen rechnen sich für viele Anwender nicht«, sagt Christian Dierolf von der Abteilung Industrielle Energiesysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA. »Um sie anzuwenden, muss man entweder immer wieder mit einem Ultraschallgerät Leckagen aufspüren oder neue Ventile zur Einzelüberwachung der Pneumatikaktoren nachrüsten.« In vielen Unternehmen lebt man deshalb notgedrungen mit der Verschwendung.

Dieses Problems hat sich Forscher Dierolf in enger Zusammenarbeit mit Sick angenommen und entwickelt einen Leckage-Zusatzservice für einen intelligenten Durchflusssensor von Sick. Dieser Service zeichnet laufend Druck, Temperatur und Durchflussrate auf und generiert daraus lückenlose Kurvenverläufe. Auswerten soll diese Kurven ein selbstlernender Algorithmus. Der Clou dabei? »Das sogenannte Clustering: Leckagen schlagen sich in charakteristischen Kurvenverläufen nieder. Diese erkennt der Algorithmus und schlägt Alarm«, erklärt Dierolf.

Die Implementierung soll einfach werden: Der Sensor, den das Fraunhofer IPA und Sick vom Konzept bis zur Serienreife gemeinsam entwickeln, muss weder mit der Maschinensteuerung der Druckluftanlage noch mit einem Industrie-PC verbunden werden. Stattdessen verfügt der Durchflusssensor selbst über ein kleines Display und weitere Schnittstellen wie MQTT und OPC-UA, die eine automatisierte Benachrichtigung des Anwenders erlauben. Zusätzlich kann der Anwender über ein Web-Interface auf den Sensor zugreifen. Außerdem wird sich der Algorithmus selbstständig einlernen. Bei diesem sogenannten unüberwachten maschinellen Lernen muss ein Mensch am Ende nur überprüfen, ob der Algorithmus die richtigen Schlüsse aus den vorliegenden Informationen gezogen hat.

»Für uns sind die Ergebnisse aus dem gemeinsamen Entwicklungsprojekt Grund genug, in zukünftigen Generationen von Durchflusssensoren unseren Kunden standardmäßig das Clustering als intelligenten Service nutzbar zu machen«, sagt Thomas Weber, Leiter Entwicklung des Bereichs ‚Industrial Instrumentation‘ bei Sick.

Bislang handelt es sich bei dem Leckage-Zusatzservice um einen Prototyp. Am Sick-Unternehmenssitz in Waldkirch wurde kürzlich eine Druckluft-Demonstratoranlage gebaut und ans Fraunhofer IPA nach Stuttgart ausgeliefert. In ihr ist der Sensorprototyp verbaut, der nun erprobt und weiterentwickelt wird.