Az ultrahangos elv a áramlásmérő szenzorokban már több évtizede használatos a fűtési iparban is. A szenzorok magas egységárának köszönhetően a technológia hosszú ideig nem volt vonzó tömegpiaci termékekben a fűtési ipar számára. Egy kiváltságos startup vállalkozás azonban ezt megváltoztatta – További információk az ultrahangos technológiáról
Az Allengra GmbH egy innovatív vállalat a precíziós mérőműszerek területén. 2005 óta, amikor alapítóját, Raul Junker mérnököt (Dipl.-Ing) megalapította, a vállalat az ultrahangos áramlás-mérő technológia vezetőjévé vált. Saját központjából, Ravensteinben működve, Heilbronn gazdasági központjához közel, az Allengra GmbH piacvezetővé vált nagy pontosságú és megbízható ultrahangos áramlásmérő szenzorok gyártásában. Ezek a szenzorok számos iparágban nélkülözhetetlenek, legyen szó gyógyszeriparról vagy petrokémiai iparágakról, biztosítva, hogy az Allengra szakértelme jelentősen hozzájáruljon ügyfelei működési hatékonyságához és sikereihez.
Nagyon pontos és hosszú élettartamú
Amikor Raul Junker 2000-ben kapcsolatba lépett egy Karlsruhában-Stutensee-ben található szenzorchip-gyártóval egy ismert német vízóragyártó céggel való együttműködés során, mindenki számára világossá vált, merre kell haladnia a vízóra piacnak hosszú távon. Bár a mechanikus vízáramlás-mérés ma is az egyik leggyakrabban használt típusú mérő, az ultrahangos áramlásmérés egyre meggyőzőbb előnyöket kínál. Mint nem invazív módszer, különösen alkalmas fűtési rendszerekben és ipari alkalmazásokban való felhasználásra, például a felhasznált térfogat meghatározásához, vagy irányítástechnika segítségével az egész folyamat optimalizálásához.
Az ultrahangos szenzorok nem használnak mechanikus számlálókat. Ennek következtében nincs alkatrészek kopása, és a mérés pontossága megmarad nagyon hosszú élettartam során. Az ezredfordulón azonban a mechanikus mérők tisztán vett gyártási költségeit nem lehetett elérni ultrahangos szenzorral.
Első vázlat egy szalvétára
2005-ben Junker elkezdte az Allengra cég felépítését, amely célja az volt, hogy fejlesszen egy alacsony költségű alternatívát a mechanikus mérőkhöz. Már korábban kialakult képe volt a hidraulikai igényekről, és egy szalvétára vázolta is meg egy találkozón a chipgyártóval. A cég akkori vezetője, Andreas Larsch annyira meggyőződött az ötlet értékéről, hogy mobilizálta a vállalat minden erőforrását, hogy néhány héten belül működő prototípust állítsanak elő.
Az áttörés fejlesztőtől gyártóvá
Ezzel párhuzamosan a globális Viessmann vállalat érdeklődést mutatott egy alkalmas térfogatáram-szenzor iránt, amelyet a premium falra szerelhető gázkészülékeiben használhatna. A Viessmann motivációja az volt, hogy az ultrahangos technológia egyértelmű mérési előnyeit és a térfogatáram-szenzor kompakt kialakítását használja ki.
A magas pontosságú idő-digitális chip, amely a szenzor feldolgozó „szívének” lett volna a szerepe, ideálisan illeszkedett ehhez a felhasználáshoz, és a chipgyártó támogatásával az Allengra rövid időn belül elkészítette a dizájn és elektronika részleteit. A fejlesztés 2010 nyarán kezdődött, és mindössze egy évvel később az Allengra szériatermékként szállította a befejezett térfogatáram-szenzort a Viessmannnak.
Nyomásmérés az áramlásmérés mellett
A szenzorchip új generációjának köszönhetően, valamint a Viessmann sikere inspirálta az Allengrát arra, hogy első projektük után következetesen bővítse a szenzorok funkcióit és így a lehetséges felhasználási területeket is. Amikor egy másik ügyfél a fűtési iparból 2013-ban kombinált nyomásmérést és ultrahangos áramlásmérést fontolgatott, az Allengra új OEM-fejlesztést indított el, és 2016-tól kompakt hidraulikai modulokba integrálható szenzorokat szállított.
Az áramlásmérés és nyomásmérés mellett ez a szenzor tartalmazza a hőmérsékletet és a hőmérsékletkülönbségetáramlás/visszatérés egyetlen modulban.
A megoldás előnyei:
- Egyetlen elektronikai egység: A rendszer csupán egy elektronikai egységet használ, egyszerűsítve a kialakítást és csökkentve a komplexitást.
- Hatékony kommunikáció: Egyetlen buszfelületen keresztül többféle információ kerül továbbításra a kazán vezérlőjéhez.
- Integrált szenzorok: A gyártók mindegyik szükséges szenzort egy forrásból kapják, így egyszerűsödik a gyártási folyamat.
- Nincs külön szenzorház: A berendezés hidraulikai elemeivel való integrálás kiküszöböli a külön szenzorház szükségességét.
Legfeljebb 15%-os energia-megtakarítás hidraulikai kiegyensúlyozással
Az ultrahangos áramlásmérő használata különösen ideális egy másik fontos alkalmazásra a fűtési iparban: hidraulikai kiegyensúlyozás.
Az Allengra áramlásmérői már évek óta sikeresen használatban vannak a Viessmann „Vitoflow” termékében radiátorfűtési rendszerek esetén.
Vagy a kazánba épített ultrahangos áramlásmérő vagy a mérőkészletbe épített szenzor használható az egész radiátorfűtési kör ellenállásának meghatározásához, majd végül a radiátor szelepek előbeállításait kiszámítva azokat az installátorhoz juttatja. Az ultrahangos áramlásmérők integrálása a fűtési kör kollektorába lehetővé teszi a mérés kiterjesztését felületfűtési körökre, például padlófűtés esetén. Így állandó hidraulikai kiegyensúlyozás végezhető el egy vezérlőszelepkel kombinálva.
Ezáltal a rendszer minden felületfűtési köre állandóan összehangolható egymással. Ez megkönnyíti a hevítési körök közötti eltérések kezelését, amikor egy adott körnek ideiglenesen magasabb vagy alacsonyabb a fűtési igénye. Ha a fűtési kör pumpája is részt vesz a szabályozásban, akkor a legalacsonyabb lehetséges sebességen működtethető, így energiát spórolva.
Mivel új rendszerek esetén, valamint meglévő rendszerek bővítése vagy módosítása esetén is kötelező hidraulikai kiegyensúlyozást megvalósítani, az Allengra már most fontos hozzájárulást tesz a legfeljebb 15%-os energia-megtakarítással.
Ultra-kompakt áramlásmérés ipari és adagolórendszerek számára is
Az integrált interfészek és kibővített funkcionalitás új lehetőségeket enged meg az ultrahangos áramlásmérésben; ennek az egy-chipes megoldásnak a fő előnye a mérés megbízhatóságának és pontosságának jelentős növekedése. 2015-ben az Allengra egy új, nagyon kompakt és költséghatékony szenzorvariáns fejlesztését kezdte meg ezen az új chipen alapulva különféle felhasználási területekre, mint fűtési rendszerek, ipari üzemek és adagolórendszerek, amelyek minden folyékony, vízszerű közegre alkalmazhatók adalékanyag nélkül vagy azzal együtt.
A tapasztalatok és megfigyelések útja a Smart Valve felé
Az Allengra számos projekt során bevezetett különböző próbapadokon bizonyos alapelemek kristályosodtak ki a áramlásmérők berendezésében, amelyeket újra és újra használtak; egy szenzor a csőnyomáshoz, egy a differenciálnyomáshoz, kombinálva statikus nyomás szenzorral, egy hőmérsékletmérő és egy szenzor a közeg áramlásához és térfogatához, valamint egy aktuátor és szelep az áramlás szabályozásához. Ez a követelményrendszer szolgáltatta az ötletet a „Smart Valve” (Okos szelep) kifejlesztéséhez.
Az Allengra 2015-ben elkezdte egy egyszerű és kompakt szenzor tervezését, amelyhez egy jól kiértékelt és tesztelt aktuátort kapcsoltak, kerámia szelepszabályozási rendszerrel kombinálva. Néhány meglévő ügyfél az Allengrától részt vett az Okos szelep fejlesztésében, és az évek során egyre több vállalat érdeklődött az OEM-termék iránt, hogy fűtési és adagoló rendszereiket frissítsék. Három év intenzív tesztelés és értékelés után az Allengra teljes integrációt ért el az Okos szeleppel, amelyet 2017-ben mutattak be a frankfurti ISH kiállításon.
„Az Okos szelep több fontos előnnyel bír. Csak egyetlen lapkártya található rajta, amelyen minden fontos interfész megtalálható, plusz egy csatlakozókábel, és csak egy házból áll, amelyben mind az öt szenzor egy kis helyen van elhelyezve anélkül, hogy az OEM-nek kezelnie kellene további tömítési pontokat. Mindössze néhány évvel ezelőtt ez az alkalmazás még csupán álomnak tűnt.” – mondta Raul Junker, az Allengra GmbH alapítója és tulajdonosa.
Saját prototípusgyártósor kerámia technológiához
Az Okos szelephez az Allengra saját prototípusgyártósort is fejlesztett kerámia technológiához, amelynek előnye az alacsony nyomatékigény és a magas sűrűség. Az aktuátorokat egy tapasztalt fogaskerékszakértő közreműködésével fejlesztették ki, értékelték és optimalizálták. A mechanikai kialakításra és gyártásra vonatkozó összes követelmény teljesítéséhez az Allengra befektetett egy új marógépbe, amely közvetlen CAD/CAM kapcsolattal rendelkezik, és bővítette gépparkját több műanyag fröccsöntőgéppel.
Gáz- és levegővezérlő szelep tervezése is
Az ultrahangos vezérlő szelep 5–100 °C hőmérséklet-tartományban és 0–6 bar nyomáson dolgozhat, kommunikáció UART-on, PWM-en, impulzuskimeneten vagy más módon történhet. Egy több évre elegendő lítium elemmel ellátva, az Okos szelep szinte teljesen műanyagból készült (ha szükséges, sárgaréz). Mivel a szenzorokban nincsenek mechanikus mozgó alkatrészek, apró lebegő részecskék, kosz vagy homok nem befolyásolják a hosszú távú stabilitást vagy a mérés pontosságát.
A vezérlő szelep különösen alkalmas a élelmiszeripari felhasználásra, mivel a higiéniai követelmények könnyen teljesíthetők a halott tér elkerülésével. Az Allengra tervezi, hogy a következő években kidolgoz egy másik vezérlő szelepet is, amely ugyanezen az elven gáznál és levegőnél is használható lesz.
Az innovatív ügyfelekkel, partnerekkel és kitűnő csapatunkkal elért szinergiák tették lehetővé a megvalósítást. A 2017-ben megnyitott új gyártóépületünkkel megerősíthetjük, hogy az Okos szelep már sorozatgyártásra is kész.
