RoHS-konform wird in der Praxis oft mit „bleifrei“ gleichgesetzt. Dies ist jedoch ein weit verbreiteter Irrtum. Die RoHS-Richtlinie 2002/95/EG soll den Einsatz von gefährlichen Stoffen (unter anderem Blei) minimieren, schließt einen geringen Anteil aber nicht gänzlich aus.
Eine der großen Hürden bei der Umsetzung der Richtline war die Umstellung auf bleifreies Lot, da die Grenzwerte (0,1 Gewichtsprozent der untrennbaren Bauteile) ein Bleilot nicht zulassen. Dies ist wohl auch der wichtigste Grund für die immer wieder aufkommende Verwechslunge/Gleichsetzung.
Schon oft wurde ich bei Schulungen gefragt, wie das Verhalten eines Drucksensors außerhalb des spezifizierten Messbereichs, also im Überlastbereich ist, und was passiert, wenn die Überlastgrenze eines Drucksensors überschritten wird.
Dieser Sachverhalt wird in dem Buch „Elektronische Druckmesstechnik“ so dargestellt:
„Drücke im Überlastbereich hinterlassen zwar keine bleibenden Schäden am Sensor, allerdings können die im Datenblatt spezifizierten Fehlergrenzen überschritten werden. Erst Drücke oberhalb der Überlastgrenze, im so genannten Zerstörbereich, können zu irreversiblen Schäden am Messgerät führen. Dabei ist es unerheblich, ob der Druck dauerhaft oder nur kurzzeitig anliegt. Ab dem spezifizierten Berstdruck muss mit der vollständigen Zerstörung der druckbeaufschlagten Teile und dem plötzlichen Austritt des Druckmediums gerechnet werden. Diese Betriebsbedingungen sind deshalb durch sorgfältige Auslegung unbedingt zu vermeiden.“
Die Überlastgrenze und der Berstdruck werden in allen WIKA-Datenblättern für Drucksensoren angegeben.
Quellenangabe: Eugen Gaßmann und Anna Gries: Elektronische Druckmesstechnik, Grundlagen, Anwendungen und Geräteauswahl; Süddeutscher Verlag onpact GmbH; München 2009 (ISBN 978-3-937889-95-5; Band 323 aus der Reihe „Die Bibliothek der Technik“).
Was ist bzw. wie funktioniert eigentlich eine aktive bzw. passive Temperaturkompensation von Drucksensoren? Höherwertige Drucksensoren, vor allem im Präzisionsbereich, sind so gut wie immer mit einer individuellen Temperaturkompensation versehen. Was aber ist der Unterschied zwischen der aktiven bzw. der passiven Kompensation dieser Temperaturfehler?
Passive Temperaturkompensation:
Während des Herstellungsprozesses werden Teile der Kennlinie des Drucksensors bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Anschließend werden durch passive Elemente (Widerstände) in der Elektronik des Sensors oder durch Korrekturen an extra dafür bestimmten Widerstandsstrukturen direkt auf dem Sensorelement selbst (z. B. durch Laser-Trimmen) die zuvor ermittelten Temperaturfehler kompensiert. Da die dazu eingesetzten (passiven) Widerstandselemente ein annähernd lineares Temperaturverhalten haben, lassen sich damit allerdings auch nur Fehler 1. Ordnung kompensieren. Temperaturfehler höherer Ordnung, d. h. starke Krümmung der Kennlinie unter Temperatur, können damit praktisch nicht kompensiert werden.
Als Vertreter von WIKA habe ich an der Erstellung des VDMA-Einheitsblatt für Fluidsensoren 24574-1 Teil 1 Druckschalter mitgearbeitet. Was waren die Ziele dieses VDMA-Arbeitskreises?
Ganz einfach: der VDMA-Standard hat das Ziel der Vereinfachung der Nutzung von Druckschaltern durch Standardisierung von Menüführung, Bedienung und Anzeige. D. h. wichtigstes Ziel war es, dem Anwender den Einsatz von Druckschaltern möglichst einfach zu machen- und zwar herstellerübergreifend. Mit
Kundenunterstützung wurden deshalb im Arbeitskreis die wichtigsten Begriffe und Parameter beschrieben und vereinheitlicht und so eine möglichst intuitive und bedienerfreundliche Menüführung mit drei Tasten definiert.
Das Ergebnis dieser Arbeit – eine einfache und selbsterklärende 3-Tastenbedienung ohne Hilfsmittel – können Sie am WIKA Druckschalter PSD-30 gerne selbst testen.
Der Druckschalter PSD-30 von WIKA wurde übrigens für sein klares Design mit dem begehrten iF product design award ausgezeichnet.
Weitere interessante Details zum PSD-30 finden Sie unter www.wika.de/psd-30, sowie Informationen zu den VDMA-Einheitsblättern unter www.vdma.org
Die Funktionsweise eines resistiven Drucksensors ist denkbar einfach. Der Drucksensor wandelt die mechanische Größe Druck in ein proportionales elektrisches Signal um. Dazu besteht der Drucksensor typischerweise aus einem stabilen Grundkörper und einer (dünnen) Membran. Die Membran ist dabei das wichtigste Element zur Messung des Drucks und ist mit auf Dehnung und Stauchung empfindlichen Widerstandsstrukturen, sog. Dehnungsmessstreifen (DMS) ausgerüstet.
Unter dem Einfluss des Drucks verformt sich nämlich die Membran. Dadurch werden die auf ihr aufgebrachten Dehnungsmessstreifen gedehnt bzw. gestaucht und ihr elektrischer Widerstand ändert sich. Diese Widerstandsänderung ist direkt proportional zum Druck. Werden die Widerstände z. B. in einer Wheatstone’schen Messbrücke zusammengeschaltet, kann das sich ergebende elektrische Signal abgegriffen und an eine Auswerteeinheit weitergeleitet werden.
Mehr Informationen dazu gibt es auch in diesem Buch: Eugen Gaßmann und Anna Gries: Elektronische Druckmesstechnik, Grundlagen, Anwendungen und Geräteauswahl; Süddeutscher Verlag onpact GmbH; München 2009 (ISBN 978-3-937889-95-5; Band 323 aus der Reihe „Die Bibliothek der Technik“).
Möchte man den Füllstand einer Flüssigkeit wie z. B. Wasser oder Öl messen, kann man das indirekt über den hydrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule tun. Denn der hydrostatische Druck unter einer ruhenden Flüssigkeitssäule nimmt proportional mit der Höhe der Flüssigkeitssäule zu. So ist z. B. der Druck in einem Wassertank mit jedem Meter Wassertiefe um ca. 100 mbar höher als der Druck an der Wasseroberfläche. Um den hydrostatischen Druck zu messen, wurden speziell zu diesem Zweck sogenannte Tauch- oder Pegelsonden entwickelt. Tauch- oder Pegelsonden sind Druckmessgeräte, die in eine Flüssigkeit (ein-)getaucht werden um den am Boden des Tanks herrschenden Druck zu messen. Eine Alternative dazu ist es, ein konventionelles Druckmessgerät möglichst nahe am Boden des Tanks von außen einzuschrauben. Auch so lässt sich leicht der dort herrschende hydrostatische Druck- und daraus abgeleitet der Füllstand bzw. der Inhalt eines Tanks ermitteln.
Mehr zu diesem Thema kann in diesem Büchlein nachgelesen werden: Quellenangabe: Eugen Gaßmann und Anna Gries: Elektronische Druckmesstechnik, Grundlagen, Anwendungen und Geräteauswahl; Süddeutscher Verlag onpact GmbH; München 2009 (ISBN 978-3-937889-95-5; Band 323 aus der Reihe „Die Bibliothek der Technik“).
Häufig werde ich im Zusammenhang mit dem Druckschalter PSD-30 gefragt, was IO-Link ist, bzw. wie es definiert ist. IO-Link ist eine neue Kommunikationsschnittstelle im Bereich Factory Automation/ Maschinenbau. Führende Anbieter aus der Automatisierungstechnik haben sich dabei zum „IO-Link Konsortium“ zusammengeschlossen und diese neue Schnittstelle spezifiziert. Unabhängig vom verwendeten (Feld-) Bussystem können damit über ein serielles Protokoll auf der schon vorhandenen Signalleitung Informationen bis hinunter in die Feldebene ausgetauscht werden. Der Vorteil liegt dabei z. B. bei einem Druckschalter in einer bidirektionalen Kommunikation über die bereits vorhandene 3-Leiter Verdrahtung. Über das standardisierte Protokoll können folgende Daten ausgetauscht werden:
Messwerte: analog oder digital
Konfigurationsparameter: zentral von der Steuerung in den Sensor/Aktor
Diagnose- Informationen: vom Gerät an die Steuerung
Bestimmt haben Sie sich auch schon einmal gefragt, warum es weltweit so viele verschiedene Druckeinheiten gibt: wann werden diese verwendet bzw. wo kommen welche Einheiten am häufigsten vor?
Diese Fragen lassen sich ganz einfach beantworten: die seit vielen Jahren festgelegte (und in vielen Ländern gesetzliche) SI-Einheit für die physikalische Größe Druck ist das Pascal. In der Druckmesstechnik findet das Pascal jedoch dennoch kaum Verwendung, sondern es wird typischerweise das (auch erlaubte) bar verwendet.
Was durchaus verständlich ist, denn für die meisten technischen Anwendungen ist 1 Pascal viel zu klein, um in der Praxis sinnvoll genutzt zu werden. Beispiel: Eine normale Hauswasserleitung wird bei 400.000 – 600.000 Pa betrieben (4 – 6 bar). D. h. selbst bei relativ kleinen Drücken werden die „Zahlen“ bereits recht groß und unhandlich.
In Westeuropa ist daher immer noch die SI-konforme Einheit bar am weitesten verbreitet. In Australien und China dagegen haben sich die Einheiten Kilopascal und Megapascal etabliert.
In Nordamerika bevorzugt man die Druckeinheit PSI (Pounds per Square Inch). Und in vielen asiatischen Ländern wie z. B. Indien und Korea trifft man recht häufig auf die Einheit Kilogramm pro Quadratzentimeter.
Um die Verwendung von Drucksensoren der Firma WIKA in vielen Regionen möglichst einfach und an den Gewohnheiten und Präferenzen der lokalen Nutzer zu orientieren, werden WIKA Drucksensoren in der Regel in fast allen international üblichen Einheiten angeboten.
Bei der gelegentlich auch als Tauchsonde bezeichneten Pegelsonde handelt es sich um eine spezielle Bauform eines Drucksensors, der für die Messung von Füllständen in Tanks, Brunnen, Schächten und Bohrlöchern eingesetzt wird. Für die Füllstandsmessung wird dazu die Pegelsonde direkt in die zu erfassende Flüssigkeit eingetaucht und möglichst nahe an den Boden des Tank/ Behälter, Schacht/ Bohrloch geführt. Dort erfasst die Pegelsonde den herrschenden hydrostatischen Druck, der einen direkten Rückschluss auf den aktuellen Füllstand, d. h. die Höhe der darüber stehenden Flüssigkeitssäule ermöglicht.
Praktisch geschieht dies meist einfach durch „Reinhängen“ am Anschlusskabel. Die Anwendung ist also denkbar einfach. Wichtigstes Qualitätsmerkmal ist die Beständigkeit und Dichtigkeit der Pegelsonde bzw. des Anschlusskabels gegenüber dem Medium sowie dem herrschenden Druck bzw. der mechanischen Beanspruchung von Gehäuse und Kabel.
Mit Inkrafttreten der neuen Sicherheitsrichtlinie für den Maschinen- und Anlagenbau 2006/42/EG müssen elektrische Steuerungen nach dem Grad ihrer Zuverlässigkeit bewertet werden. Nach der DIN EN ISO 13849 werden sicherheitsrelevanten Maschinensteuerungen in verschiedene „Performance Level“ (PL) eingeteilt- und genau dazu werden die MTTFd-Werte (mittlere Zeit bis zum gefährlichen Ausfall) der einzelnen Komponenten/ Bauteile der Maschine benötigt.
(Eine ähnliche Aufteilung wird übrigens in IEC 62061 und IEC 61508 vorgenommen. Hier werden Komponenten von Steuerungen aufgrund ihrer durchschnittlichen Ausfallwahrscheinlichkeit pro Stunde (PFDa) mittels „Safety Integrity Level“ (SIL) kategorisiert. Diese Normen finden vor allem in der Prozessindustrie Anwendung.)
RoHS-konform wird in der Praxis oft mit „bleifrei“ gleichgesetzt. Dies ist jedoch ein weit verbreiteter Irrtum. Die RoHS-Richtlinie 2002/95/EG soll den Einsatz von gefährlichen Stoffen (unter anderem Blei) minimieren, schließt einen geringen Anteil aber nicht gänzlich aus.
