MODERATED - Mechatronischer Modulbaukasten für intelligente Druckregelventile

Ausgangssituation

Betreiber von industriellen Großanlagen stehen häufig vor der Herausforderung, dass selbst kleinste Komponenten mit, im Vergleich zur Gesamtanlage, niedrigem Wert teure Stillstandszeiten zur Folge haben können. Eine Vermeidung dieser Ausfallzeitzeiten wird heute vor allem durch geeignete Wartungsstrategien oder aber durch die Bereitstellung geeigneter Messwerte erzielt. Dies stellt bei selbstregelnden Ventilen allerdings eine große Herausforderung dar, da diese keine externe Energie-versorgung aufweisen und daher herkömmliche Sensorik nicht verwendet werden kann. Es fehlen speziell entwickelte Sensorik- und Kommunikationslösungen, welche die benötigte Sensorik um geeignete Energieversorgungskonzepte, wie beispielsweise Energy Harvesting, erweitern. Langfristig könnten solche Lösungen neue Märkte und Absatzmöglichkeiten erschließen und dienstleistungsbasierte Geschäftsmodelle ermöglichen. Der Nachteil zusätzlicher Sensorik ist die steigende Angebotsvielfalt, mit der die Hersteller der Ventile konfrontiert werden. Um diese insbesondere für KMU beherrschbar zu machen und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern, ist die Entwicklung eines Modulbaukasten notwendig, der es ermöglicht, kundenindividuelle Lösungen aufwandsarm zu konfigurieren.

Zielsetzung

Um das langfristige strategische Ziel, die Erschließung neuer Märkte und Absatzmöglichkeiten im Zuge der zunehmenden Digitalisierung, zu erreichen, sollen im Projekt die dafür benötigten technischen Voraussetzungen geschaffen werden. Daraus ergibt sich die Zielsetzung, selbstregelnde, autarke Druckregelventile mit speziell entwickelten Sensorik- und Kommunikationslösungen in einen Modulbaukasten zu überführen. Dieser soll nicht nur die mechanischen Komponenten, sondern auch Elektronik und Software beinhalten, sodass ein mechatronischer Modulbaukasten für intelligente Druckminderer entsteht.

Die innovativen selbstregelnden Druckregelventile mit fremdenergieautarker Sensorik können Informationen über ihren Betriebszustand aufnehmen und weitergeben. Durch den Mehrwert der digitalen Informationen über das Ventil und dessen Betriebszustand können die Wertschöpfung gesteigert und zukünftig neue Märkte u.a. durch das Anbieten von produktbegleitenden und produktbezogenen Dienstleistungen erschlossen werden.

Vorgehen

Um diese Projektziele zu erreichen, arbeiten der Armaturenhersteller Berluto, der Messtechnikhersteller STAC und als Methodenexperte das Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik (PKT) zusammen. Die Projektpartner unterstützen sich mit ihren Kompetenzen gegenseitig und ermöglichen so den benötigen Technologietransfer von der Entwicklung in die industrielle Anwendung. Der Fokus im Projekt wird auf die Entwicklung des mechatronischen Modulbaukastens gelegt. Dazu werden drei wesentliche Arbeitsschwerpunkte bearbeitet:

  1. die Entwicklung des mechatronischen Modulbau-kastens für intelligente Druckregelventile
  2. die Entwicklung von modularer Low-Energy Messtechnik für Industriearmaturen
  3. die Entwicklung der KMU-gerechten methodischen Unterstützung zur Entwicklung mechatronischer Modulbaukästen

Der Projektumfang ist auf die Technologie- und Methodenentwicklung fokussiert. Der Modulbaukasten wird dabei so aufgebaut, dass die Sensorik- und Kommunikationslösungen je nach Bedarf angepasst werden und Kunden auch weiterhin das Ventil ohne Sensorik erhalten können. So kann der Modulbaukasten einerseits technologisch neue Anwendungen für Produkt und Dienstleistung erschließen und andererseits die notwendigen Skaleneffekte unter Berücksichtigung klassischer Anwendungen erzielen.

Projektorganisation

Das Projekt ist in drei Teilprojekte unterteilt:

Entwicklung eines mechatronischen Modulbaukastens
Entwicklung von modularer Low-Energy Messtechnik für Industriearmaturen
Entwicklung der KMU-gerechten methodischen Unterstützung zur Entwicklung mechatronischer Modulbaukästen
Projektleitung (Berluto): Dipl.-Ing. Dipl. Wirt. Ing. Dennis BenderProjektleitung (STAC): Dr.-Ing. Andreas Bender

Projektleitung (PKT): Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause
Projektbearbeitung: Christoph Rennpferdt, M.Sc.


Berluto Armaturen-Gesellschaft mbH (Projektkoordinator)


STAC Elektronische Systeme GmbH


Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik

 

Projektförderung

Das Projekt ist gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Fördermaßnahme KMU-innovativ: Produktionsforschung. Förderkennzeichen: 02K20K502. Betreut wird das Projekt durch den Projektträger Karlsruhe (PTKA). Die Laufzeit des Projekts reicht von Mai 2021 bis April 2023.

Projektposter