Jedem seinen Sensor

Peter Adolphs / Gunther Kegel - Sensor ist nicht gleich Sensor. In der Fabrikautomation gelten andere Gesetze als in der Prozessautomation. Dr. Gunther Kegel und Dr. Peter Adolphs sprechen die Unterschiede ihrer Geschäftsbereiche an. Welche Antworten hält die Sensorik für die einzelnen Anwendungen parat?

11. Oktober 2005

Sensorik wandelt eine physikalische in eine elektrische Größe um. Womit startete Pepperl+Fuchs? Kegel: Pepperl+Fuchs hat hier in Mannheim 1959 den induktiven Näherungsschalter erfunden. BASF wollte damals einen mechanischen Kontakt ersetzen. Gesucht war etwas, was sich wie ein solcher Kontakt verhält, aber nicht die Korrosions- und Abrasionseigenschaften hat - also ohne Verschleiß und berührungslos. Herr Pepperl wusste als Radiotechniker, was passiert, wenn sich ein metallisches Objekt an ein Spu­lensystem annähert. Er hat einen Schwingkreis aufgebaut, der durch ein sich näherndes Metall bedämpft wird. Die Veränderung der Schwingung wurde in ein Schaltsignal umgesetzt, und die Stunde einer der ersten industriellen Sensoren hatte geschlagen.

Was hat sich seither technisch geändert?

Kegel: Am induktiven Näherungsschalter hat sich wenig verändert. Das Basisprinzip ist immer noch dasselbe: ein Schwingkreis, der metallisch bedämpft wird. Der Näherungsschalter ist heute ein klassischer Positionssensor, der Auskunft über An- oder Abwesenheit eines Objektes geben kann. Parallel dazu hat sich im Markt in den 60er-Jahren das zweite positionssensorische Prinzip entwickelt: die Lichtschranke. Die Stückzahlen zeigen heute, dass Näherungsschalter und Lichtschranke die beiden dominanten Elemente der Positionssensorik sind.

Das Prinzip steht, aber wie geht es in der Entwicklung weiter?Adolphs: Die Elemente werden filigraner. Vor allem in der Weiterentwicklung der Optoelektronik sehen wir heute große Potenziale. Beim induktiven Näherungsschalter ist die Technik weitgehend ausgereizt. Hier spielt das Customizing eine größere Rolle als die technische Weiterentwicklung des bewährten Grundprinzips.

Was heißt das konkret?Adolphs: Ein induktiver Näherungsschalter sollte so aufgebaut sein, dass er sich optimal in die Lösung integrieren lässt. Das hat mehr mit Formfaktoren zu tun als mit dem eigentlichen Grundprinzip. Trotz allem gibt es auch noch grundlegende Innovationen: Pepperl+Fuchs selbst hat dem Markt erst kürzlich neue induktive Sensoren zur analogen Positionsmessung vorgestellt.

Besteht die Gefahr, dass eine Cash-cow technisch abgefeiert ist und Optoelektronik sie ersetzt?Adolphs: Seine klassischen Felder hält der induktive Näherungsschalter weiterhin besetzt. Er ist einfach, zuverlässig und unempfindlich. Doch ihm erschließen sich kaum noch neue Applikationen, während es ständig neue Anwendungen in der Sensorik gibt, denn die Sensorik wächst schneller als der Maschinenbau. Optoelektronik wird in vielen neuen Applikationen favorisiert, in denen erstmals Sensorik eingesetzt wird.

Die Sensorik wächst schneller als der Maschinenbau. Was folgern Sie daraus?Adolphs: Zahlen des ZVEI sowie des VDMA verdeutlichen, dass sich dieser Trend sogar verstärkt. Die Sensorik wächst zwischen zwei und vier Prozent schneller als der Maschinenbau. Denn der Automatisierungsgrad in der Maschine nimmt zu, und Qualitätssicherung wird immer ausgeprägter, was die Anzahl der eingesetzten Sensoren steigert.

Pro Maschine wird mehr Sensorik eingesetzt. Auch in der Prozesstechnik?Kegel: Prozess- und Fabrikautomation entsprechen zwei gänzlich unterschiedlichen Märkten. In der Fabrikautomation ist, wie gesagt, Positionssensorik gefragt, denn Objekte werden von einem Bearbeitungsort zum nächsten bewegt. Sensorisch wichtig ist, in welcher Position sich das Werkstück oder seine Elemente befinden, und wo welche Bearbeitungsschritte anfallen. Ein Roboter z.B. misst keinen Druck, er braucht die Information zu der Position der Teile, die er zusammenfügen soll. In der Prozessautomation gibt es kaum Positionssensorik. Allenfalls an einem Stellventil wird die Auf- und Zustellung des Stellhahns durch induktive Näherungsschalter erfasst. Ansonsten werden in der Regel die vier Messgrößen Temperatur, Druck, Durchfluss und Füllstand gemessen.

Was unterscheidet die jeweiligen Märkte?Kegel: Zum Ersten sind die Risiken, die mittels Automation minimiert werden sollen, unterschiedlich. Während in der Fabrikautomation Fehler zunächst nur Auswirkungen auf das einzelne Produkt haben, ist in der Prozessautomation immer ein ganzer Prozess betroffen. Ein Fehler in der automatischen Dosierung kann das Produkt so verändern, dass nur noch eine aufwändige Entsorgung als Sondermüll möglich ist. Der zweite gravierende Unterschied liegt in der Laufzeit der Anlage. Während Fertigungsstraßen in der Fabrikautomation häufig auf Lebenszyklen von fünf bis sieben Jahren ausgelegt werden können, sind die Standzeiten verfahrenstechnischer Prozessanlagen nicht selten 20 Jahre oder mehr.

Wie stellen Sie sich auf diese Unterschiede ein?Kegel: In der Regel gehören unsere Außendienstmitarbeiter immer nur einer ›Community‹ an und wir konnten eine weitergehende Divergenz der Fertigungs- und der Prozessindustrien feststellen. Deshalb haben wir schon 1991 die Bereiche Entwicklung, Vertrieb und Marketing jeweils in die Geschäftsbereiche ›Fabrikautomation‹ und ›Prozessautomation‹ aufgeteilt. Wer Probleme der Kunden lösen will, muss eng mit der Branche verbunden sein. Einer für alle wäre eine schlechte Lösung.

Maschinenbauer wünschen sich für die Sensorik meist einen Komplettpartner. Gilt das auch für die Prozessautomation?Kegel: Sensorik ist dort fast ausschließlich auftragsspezifisch ausgerichtet. Für den Durchflussmesser ist entscheidend, welche Flanschmaße vorliegen, wie das Rohrsystem beschaffen ist, welche Materialien verwendet werden und welches Medium das System durchströmt. Das Messsystem ist also vom Messplatz abhängig. Es wäre reiner Zufall, wenn ein Sensorikhersteller im Lager ein Produkt vorhält, das genau diese Flanschmaße und die passende Strömungsgeometrie aufweist. Deshalb werden häufig einzelne Sensorik-Lieferanten für bestimmte Prozessgrößen definiert. Es gibt Standardlieferanten für Temperatur, Druck, Füllstand und Durchfluss. Nur wenige Lieferanten können wirklich alles aus einer Hand wettbewerbsfähig anbieten. Wir konzentrieren uns in der Prozessautomation ganz auf die Füllstandsmessung und bieten hier bevorzugt Standardprodukte wie z.?B. ›Schwinggabel‹-Füllstandssensoren an.

Gilt das gleiche für Sensoren der Fabrikautomation?Adolphs: Für die Sensorik in der Fabrikautomation sind wir wesentlich breiter aufgestellt. Auf der einen Seite gibt es die Standardlösungen als Katalogware, die wir ab Lager liefern, auf der anderen bieten wir viele kundenspezifisch entwickelte Komponenten. Diese werden in der Regel auftragsbezogen produziert. Unser Angebot umfasst rund 10.000 verschiedene Sensoren. Diese Vielfalt ist ein Muss für den Erfolg in der Fabrik­automation. Der Kunde verlangt zwar Katalogware, er braucht für einige Applikationen allerdings auch spezielle Lösungen mit besonderem Support.

Unterscheidet sich die Sicherheitstechnik in der Fabrikautomation und der Prozessautomation?Kegel: Man muss hier mehrere Aspekte unterscheiden, die in Deutschland häufig durch denselben Begriff Sicherheit bezeichnet werden. Zum einen gibt es die Frage nach der da­tentechnischen Sicherheit einer Automatisierungsanlage. Können Daten und Abläufe durch manipulierte Programme, Viren etc. beeinträchtigt werden? In der jüngeren Vergangenheit hat sich hier der Begriff »Security in Automation« durchzusetzen begonnen, und es ist damit zu rechnen, dass die Anforderungen aus den Bereichen Prozess- und Fabrikautomation hier ähnlich sein werden. Der zweite Aspekt ist die so genannte funktionale Sicherheit oder »Safety in Automation« für den Schutz der Personen, die in der Umgebung der Anlage arbeiten. Hier beziehen sich heute beide Industrien immer mehr auf die in der Fachgrundnorm IEC 61508 beschriebenen Sicherheitsstandards SIL. Insofern ist auch hier eine Annäherung zu beobachten. Letztendlich spielt in der Prozessautomation die Prozesssicherheit selbst eine übergeordnete Rolle. Die Automatisierung muss sicherstellen, dass alle Prozessrisiken bezüglich Personenschutz, Umweltschutz und Explosionsschutz etc. beherrscht werden. Insofern ist die Sicherheitsanforderung in der Prozessindustrie komplexer.

Arbeiten Sie an robusteren Sensoren?Adolphs: Auch im Maschinenbau steigt die Anforderung an Zuverlässigkeit bzw. Robustheit. Kein Kunde verzeiht es, wenn ein Sensor gelegentlich ausfällt. Wir werden heute von unseren Maschinenbaukunden auch nach ppM-Raten gemessen. Wir liegen hier in der Region von ca. 2.000 ppm, was für den Kunden eine sehr gute Rate ist.

Also wenig Neugeschäft durch robuste Sensoren?Adolphs: Ich möchte nicht wissen, wie viel Näherungsschalter noch nach 30 Jahren ihre Aufgaben erfüllen. Nur, über solch einen langen Zeitraum können wir bei aller Robustheit keine Garantie geben.

Robustheit und Reduktionsfaktor 1 sind Argumente, die Wettbewerber gerne anbringen?Adolphs: Reduktionsfaktor 1, also gleicher Schaltabstand auf verschiedenen Metallen, ist nichts Neues. Fast jeder Hersteller bietet dazu eine Produktlinie. Solch ein Sensor ergänzt eigentlich nur bestehende Produktlinien, ersetzt sie aber nicht. Dieser auf Anwendungen im Automobil- und Schweißbereich für Alu- und Edelstahlbleche ausgerichtete Sensor ist aufwändig und nicht unbedingt als Standardsensor geeignet. Er geht näher als andere an die Grenzen der physikalischen Leis­tungsfähigkeit heran und ist daher elektrisch kritischer ausgelegt, um dieses Schaltverhalten auf verschiedenen Metallen zu erreichen. Werden diese Eigenschaften nicht gebraucht, ist dieser aufwändige Sensor nicht notwendig.

Kegel: Man kann nicht sagen, ein Sensor löse alle Probleme. Der Kunde erwartet, dass es für jede Applikation eine spezielle Lösung gibt. Der Erfolg von Pepperl+Fuchs liegt darin, dass wir angemessen auf unterschiedliche Kundenbedürfnisse reagieren.

Peter Schäfer

ZUR PERSON

Dr. Peter Adolphs (42) studierte Elektrotechnik und promovierte über Kollisionsvermeidung bei Industrierobotern. 1992 begann er bei Pepperl+Fuchs als Leiter der Vorentwicklung, 1993 wurde er Leiter der Entwicklung im Bereich Fabrikautomation. Seit 1997 ist er für den Geschäftsbereich Fabrikautomation verantwortlich. Seit 2000 leitet er als Geschäftsführer der Pepperl+Fuchs-Gruppe alle Aktivitäten des Geschäftsbereichs weltweit.

Dr. Gunther Kegel (45) hat Elektrotechnik studiert und im Fachbereich Regelungstechnik promoviert. Er trat 1990 bei Pepperl+Fuchs ein. Heute ist er Vorsitzender der Geschäftsführung der Pepperl+Fuchs-Gruppe und im Unternehmen für den Geschäfts­bereich Prozessautomation zuständig. Er ist Mitglied des Gesamtvorstandes und des Vorstandes des Fachverbandes Automation im ZVEI und amtierender Interkama-Präsident.

Erschienen in Ausgabe: 07/2005