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SAMSON: Rolf Sandvoss Innovation Center eröffnet

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Autor: Jonas Völker

SAMSON: Rolf Sandvoss Innovation Center eröffnet

Mit dem neuen, integrierten Entwicklungsprüfzentrum können zukünftige Anforderungen hinsichtlich der Prüf- und Entwicklungstätigkeiten des gesamten SAMSON-Konzerns abgedeckt werden.
Gleichzeitig wird das Innovation Center als Forschungs- und Zertifizierungsplattform für SAMSON-Kunden und -Partner zur Verfügung stehen und in diesem Sinne als Profit Center betrieben werden. Auf einer Gesamtfläche von über 7000 m² können neben dem Prototypenbau Simulationen und Prüfungen in den verschiedensten Bereichen durchgeführt werden. Zusätzlich zu den klassischen Forschungsbereichen wie Werkstofftechnologie, Strömungstechnik, Kryotechnologie, Akustik, Regelungstechnik, Gerätesicherheit und Systemintegration werden im Innovation Center auch zukunftsweisende Themen wie Datenanalytik und Cloud-Technologie aufgegriffen.
Der Fokus des Innovation Centers liegt auf der digitalen Transformation der SAMSON-Produkte. Wichtige Bausteine hierfür sind die komplexe Anlagentechnik sowie die digitale Infrastruktur. Mit ihnen werden die Diversität der Prüfaufgaben, Medien, Prozessbedingungen und industriellen Einsatzgebiete ermöglicht. Zusätzlich bieten sie die optimale Grundlage für das Forschen, Entwickeln und Testen von SAMSON-Produkten für alle Industrie-4.0-Umgebungen. Die gesamte Infrastruktur bietet mit ihren mehr als 200 Prüfeinrichtungen die ideale Basis für eine schnelle und qualitätsorientierte Entwicklung von neuen Produkten, die bereits zur Markteinführung mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit in den verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden können. |||Die komplexe Anlagentechnik ist das Herzstück des Innovation Centers. Mit ihr wird die Diversität hinsichtlich der Prüfaufgaben, Medien, Prozessbedingungen und hinsichtlich der industriellen Einsatzgebiete ermöglicht.
Mit einer installierten Leistung von ungefähr 220 durchschnittlichen Haushalten werden Pumpen mit entsprechenden Frequenzumrichtern, Kompressoren, Werkzeugmaschinen sowie viele weitere Prüfeinrichtungen betrieben. Ein Großteil der installierten Leistung wird für 18 Pumpen mit unterschiedlichen Druckniveaus bis zu 120 bar, Durchflüssen bis zu 9000 m³/h und diversen Medien benötigt.
Die komplexe Infrastruktur erstreckt sich über ein weit verzweigtes Rohrleitungsnetz, um in der maximalen Ausbaustufe bis zu 26 Prüfstrecken mit den entsprechenden Medien zu versorgen. Eine zentrale Ressource ist das 80 t schwere Wasserreservoir mit einem Füllvolumen von 400 m³. Im Innovation Center sind mehr als zwei Kilometer Rohrleitungen mit Nennweiten bis DN 1000 installiert. Zum Absperren und Regeln der Anlage sind mehr als 250 Ventile von SAMSON und von SAMSON-Tochtergesellschaften in den unterschiedlichsten Nennweiten und Druckstufen verbaut.
Die Hochdruckanlage gehört zu den wenigen Prüfanlagen weltweit, mit der feststoffbeladene Flüssigkeiten simuliert und somit Grundlagenuntersuchungen insbesondere für den Öl- und Gasbereich durchgeführt werden können. Die Anlage ist so konzipiert, dass die Feststoffkonzentration einstellbar ist und die Feststoffe bis zu einer Partikelgröße von 1 mm in die Prüfstrecke eingeschleust und aus dem Kreislauf wieder herausgefiltert werden.
Die digitale Infrastruktur umfasst ungefähr 1700 Signale und bindet sowohl die Aktoren als auch die Sensoren in die vernetzte Struktur zur Messwerterfassung und Automatisierung ein. Die Sensorik erfasst unter anderem Größen wie Druck, Durchfluss, Temperatur, Füllstand, Wegänderung, Kraft, Drehmoment, Leitfähigkeit und akustische Signale. Ungefähr 40 % der Signale gehören zur Festinstallation.
Durch Größe und Vielfalt der eingesetzten Ventile und Pumpen werden Anlagen abgebildet, die in ihrer Komplexität den Kundenanlagen ähneln. Mit der Anlageninfrastruktur können klassische Ventilprüfungen durchgeführt und zukunftsorientierte, vernetzte Szenarien simuliert werden. |||Die digitale Infrastruktur des Innovation Centers bildet die optimale Grundlage für das Forschen, Entwickeln und Testen von SAMSON-Produkten für alle künftigen Industrie-4.0-Umgebungen.
Im Innovation Center werden mehr als 200 Prüfeinrichtungen basierend auf einem vollintegrierten System zur Messwerterfassung und Automatisierung betrieben. Die digitale Infrastruktur ermöglicht mit den entsprechenden Anlagen Echtzeitprüfungen bis hin zu Simulationen unterschiedlichster Anlagen- und Betriebszustände. Basierend auf Hardware-in-the-Loop-Simulationen (HIL) können verschiedenste Anlagen zusammen mit den Stellventilen von SAMSON getestet werden.
Die Auswertung von Sensor- und Aktordaten sowie von Instandhaltungsdaten aus dem Innovation Center in der digitalen Infrastruktur ermöglicht eine vollständige Datenaggregation zur Datenanalyse und – visualisierung. Damit werden neue Konzepte für Regelungs-, Überwachungs-, Diagnose- und Sicherheitsaufgaben umgesetzt. Zudem richtet SAMSON den Fokus auf die Entwicklung von Algorithmen im Bereich der Diagnostik bzw. der präventiven Wartung von Stellventilen, Prozessen, ventilnahen Anlagenbereichen und kompletten Anlagensystemen.
Die durchgängige Kommunikationsinfrastruktur im Innovation Center ermöglicht neben der klassischen Archivierung von Prüfdaten auch die Erfassung von Echtzeitdaten durch Anbindung an Cloud-Plattformen. Eine dieser Plattformen ist der SAM DIGITAL HUB. Darüber hinaus gewährleistet die Kommunikationsinfrastruktur die Kompatibilität der intelligenten Produkte von SAMSON mit allen gängigen Leit-, Engineering- und Asset-Management-Systemen. Das Innovation Center bietet hierzu mit dem Smart Valve Integration Center eine Einrichtung, in der beispielsweise die Integration von Stellungsreglern in die entsprechenden aktuellen Leitsysteme untersucht werden kann.
Zudem kann SAMSON seinen Kunden den Umgang unter anderem mit den Protokollen HART®, PROFIBUS® PA und FOUNDATION™ fieldbus demonstrieren. Der Fokus liegt jedoch in der Anwendung neuer Integrationskonzepte wie FDI/UPC-UA und der Einbindung von zukunftsorientierten Kommunikationswegen. Insbesondere die Realisierung von Cloud-Anbindungen, wie sie beispielsweise mit SAM DIGITAL HUB bereits erfolgt ist, ist wesentlicher Bestandteil der digitalen Infrastruktur. |||Mit der Symbiose von Simulationen und Prüfungen hat SAMSON im Innovation Center eine optimale Infrastruktur für den Entwicklungsprozess geschaffen. Durch die frühe Einbindung von Simulationstools in den Entwicklungsprozess können detaillierte Einblicke in das Produktverhalten gewonnen werden. Dies spart zum einen Kosten durch die Verringerung der Anzahl an Iterationen in der Vorentwicklung, zum anderen kann die Funktion des Produkts in einem hohen Detailgrad auf die unterschiedlichsten physikalischen Phänomene hin analysiert werden. Der Entwicklungsprozess wird durch reale Funktions- und Verschleißprüfungen an einem weitestgehend auf Simulationsbasis entwickelten Prototyp fortgeführt. Somit werden neue SAMSON-Produkte sehr schnell entwickelt und können bereits bei der Markteinführung mit einem hohen Grad an Zuverlässigkeit in den verschiedensten Anwendungen eingesetzt werden.
SAMSON setzt im Entwicklungsprozess in verschiedenen Bereichen Simulationstools ein. Im Bereich der Ventilkonstruktion sind Simulationen hinsichtlich Festkörpermechanik (FEM) und Strömung (CFD) sehr wichtige Hilfsmittel. Mithilfe von FEM-Simulationen werden unter anderem elastische und bleibende Verformungen durch äußere Kräfte sowie durch thermische Einwirkungen vorhergesagt, sodass Rückschlüsse auf Druckfestigkeit und Ermüdungsversagen für alle Komponenten gezogen werden können. Mit Strömungssimulationen werden sämtliche Bauteile innerhalb eines Ventils auf ihre strömungsmechanischen Eigenschaften untersucht. Hierbei sind beispielsweise die Minimierung von Druckverlusten und resultierenden Strömungskräften sowie die Vermeidung von Totzonen und hoher Turbulenzintensität Parameter für die Optimierung des Strömungskerns.
Weitere Simulationstools kommen beispielsweise bei der Optimierung von Kunststoffbauteilen auf Basis von Spritzgusssimulationen zur Anwendung. Aber auch in der Elektronikentwicklung sind unter anderem Schaltungssimulationen sowie Simulationen von Regelkreisen fester Bestandteil des Entwicklungsprozesses. Basierend auf der digitalen Infrastruktur im Innovation Center können zukünftig auch verschiedenste Anlagen zusammen mit SAMSON-Stellventilen getestet werden. |||Im Innovation Center können alle Mediumszustände – flüssig, gasförmig, dampfförmig und mehrphasig bis hin zu feststoffbeladenen Flüssigkeiten – an verschiedenen Prüfstrecken simuliert werden. Die Flow Labs ermöglichen für Ventile bis Nennweite DN 500 (optional bis DN 1000) unter anderem strömungstechnische und akustische Untersuchungen, Funktionsprüfungen, Gerätekalibrierungen sowie Simulationen von Anlagenzuständen. Somit können alle strömungstechnisch relevanten Kennwerte ermittelt werden, die die Funktionalität der SAMSON-Produkte sowie die Übertragbarkeit auf die Medien unserer Kunden gewährleisten.
Im Innovation Center sind in der finalen Ausbaustufe bis zu 26 Strömungsprüfstrecken enthalten, die hinsichtlich Medium, Druckniveau und industrieller Anwendungen in entsprechende Flow Labs zusammengefasst sind. Die Strömungsprüfstrecken sind modular aufgebaut, sodass unterschiedliche Ventilbauformen – beispielsweise Durchgangs-, Dreiwege- oder Eckventile – und verschiedene Ventiltypen mit ihren unterschiedlichen Baulängen getestet werden können.
In den Flow Labs kommen verschiedene Medien zum Einsatz. Für die Prüfstrecken mit dem Medium Wasser steht insgesamt ein Durchfluss von 9000 m³/h zur Verfügung. Im Hochdruckbereich können kritische Prozessbedingungen bei einem Druckniveau bis zu 120 bar simuliert werden. Optional kann an dieser Prüfstrecke eine Feststoffkonzentration bis zu einer Partikelgröße von 1 mm eingestellt werden. Dadurch können Produkte hinsichtlich Robustheit und Verschleißfestigkeit für anspruchsvolle Anwendungen, wie sie beispielsweise im Bereich Öl und Gas oder auch im Bergbau vorkommen, optimiert werden. Im kompressiblen Bereich stehen überhitzter Wasserdampf und Luft mit einem maximalen Durchfluss von 70 t/h zur Verfügung.
Im Bereich der industriellen Anwendungen können in entsprechenden Flow Labs die Produkte beispielsweise als Einzelkomponenten sowie auch anwendungsbezogen als Knoten im Fernwärme- oder -kältenetz simuliert werden. Spezielle Prüfbereiche erlauben es zudem, die bei der Luftzerlegung eingesetzten Coldbox-Anwendungen mit tiefkaltem, flüssigem Stickstoff zu untersuchen. |||SAMSON-Produkte zeichnen sich durch ihre lange Lebensdauer, auch unter widrigsten Prozess- und Umweltbedingungen, aus. Hierzu werden im Innovation Center umfassende Lebenszyklusuntersuchungen an Einzelkomponenten und kompletten Stellventilen durchgeführt.
Die Lebensdauer eines Stellventils hängt von vielen Einflussfaktoren ab. Neben der Bewertung der chemischen, thermischen, mechanischen und klimatischen Belastbarkeit der eingesetzten Werkstoffe gilt es, den Einfluss verschiedener Prozess- und Anlagenbedingungen, wie beispielsweise die Kavitationserosion oder auch strömungsinduzierte Schwingungen von Drosselelementen, zu berücksichtigen. Die genaue Kenntnis der zustandsabhängigen Lebensdauer ist ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Basierend auf einer umfassenden Datenbank ist SAMSON in der Lage anwendungsspezifisch die entsprechenden Wartungsintervalle vorherzusagen.
Im Innovation Center stehen für die Ermittlung der zustandsabhängigen Lebensdauerkennwerte zahlreiche Prüfeinrichtungen zur Verfügung, mit denen sowohl einzelne Komponenten als auch Baugruppen und komplette Stellventile getestet werden. Mithilfe von Temperierschränken, Klimaschränken und Simulationseinrichtungen für verschiedeneatmosphärische Belastungen werden Werkstoffe und Bauteile bezüglich ihrer maximal zulässigen Einsatzbedingungen bewertet.
Die Funktionalität wird hingegen mit speziellen Komponentenprüfeinrichtungen, beispielsweise zur Ermittlung der inneren und äußeren Dichtheit von Stellventilen, überprüft. Darüber hinaus werden die Auswirkungen von Schwingungen, die beim Betrieb und Transport von Geräten entstehen, an Schwingungsprüfeinrichtungen getestet. |||Der Einsatz geeigneter Werkstoffe ist wichtig für die dauerhafte Zuverlässigkeit eines Produkts. Hauptaufgabe der Werkstofftechnologie ist somit die Bewertung von Werkstoffen und Bauteilen bezüglich ihrer maximal zulässigen Einsatzbedingungen. Die Untersuchungen erstrecken sich über die Bewertung der chemischen, thermischen, mechanischen und klimatischen Belastbarkeit.
Da am Einsatzort nicht immer moderate Bedingungen herrschen, bietet das Innovation Center Einrichtungen, die weltweit vorherrschenden atmosphärischen Belastungen zu simulieren. Mithilfe beschleunigter Simulationen kann die Beständigkeit von metallischen und nicht metallischen Bauteilen sowie von kompletten Geräten in Meerwasseratmosphäre, Industrieatmosphäre oder in einer Atmosphäre mit anhaltend hoher Luftfeuchte sowie bei unterschiedlichen Witterungsverhältnissen ermittelt werden. Somit wird sichergestellt, dass alle Produkte für einen langjährigen, weltweiten Außeneinsatz geeignet sind.
Zusätzlich werden im Chemielabor alle eingesetzten Werkstoffe auf ihre Beständigkeit gegenüber gängigen Chemikalien überprüft. Dies ist besonders wichtig bei Geräten, die unter anspruchsvollen Prozessbedingungen eingesetzt werden, beispielsweise bei korrosiven Durchflussmedien. SAMSON ermittelt die Korrosionsbeständigkeit von Metallen und die Medienbeständigkeit von organischen Werkstoffen wie Kunststoffe, Elastomere, Schmier- und Klebstoffe.
Die thermische Belastbarkeit von Werkstoffen wird mit Temperier- und Klimaschränken ermittelt. In einem Temperaturbereich von –70 bis 300 °C werden unter anderem Alterungsuntersuchungen an organischen Werkstoffen und Temperaturwechseltests an Werkstoffverbunden durchgeführt. Im Bereich der Werkstoffanalyse stehen diverse Prüfmaschinen und Analysegeräte zur Verfügung. So werden mit einer Universalprüfmaschine, verschiedensten Härteprüfeinrichtungen und weiteren Prüfmaschinen die mechanischen Kennwerte und Eigenschaften von Materialproben, Bauteilen und Geräten ermittelt. Moderne thermische Analyseverfahren helfen, die thermischen Materialeigenschaften, die Verarbeitungszustände und die Zusammensetzungen von organischen Werkstoffen und Bauteilen zu bestimmen. |||Die elektromagnetische Verträglichkeit und Gerätesicherheit für die Produkte von SAMSON wird im CE Lab sichergestellt. Als Grundlage gelten die Vorgaben der EU-Richtlinien zum europäischen Binnenmarkt, die durch den Hersteller vor Inverkehrbringen eines Produkts erfüllt werden müssen. Die elektromagnetische Verträglichkeit ist die Fähigkeit eines Geräts, einer Anlage oder eines Systems, in der elektromagnetischen Umwelt zufriedenstellend zu arbeiten, ohne dabei selbst elektromagnetische Störungen zu verursachen, die andere in dieser Umwelt vorhandene Geräte, Anlagen oder Systeme beeinflussen würden.
Unter Gerätesicherheit versteht man, dass die von einem Produkt ausgehende Gefahr bezogen auf Mensch und Umwelt auf ein vertretbares Maß begrenzt ist. Dies können zum einen mechanische Gefahren und zum anderen elektrische Gefahren sein. Bei der Prüfung zur elektromagnetischen Verträglichkeit werden die Störgrößen auf den Anschlussleitungen und die gestrahlten Störgrößen betrachtet.
Für die leitungsgeführten Störgrößen werden im CE Lab alle vorgeschriebenen Prüfungen durchgeführt:

  • Störfestigkeit gegen Spannungseinbrüche und Kurzzeitunterbrechungen der Stromversorgung, wie sie zum Beispiel durch das Ab- oder Zuschalten großer Lasten oder bei Höchstbelastungen in der Wechsel- und Gleichspannungsenergieversorgung entstehen können.
  • Störfestigkeit gegen schnelle impulsgruppenförmige Störgrößen (Burst)
  • Störfestigkeit gegenüber energiereichen impulsartigen Störgrößen (Surge): Diese werden zum Beispiel durch direkte oder indirekte Blitzeinschläge bzw. Blitzentladungen außerhalb von Gebäuden oder durch das Ab- bzw. Zuschalten großer Lasten und Kurzschlüsse in Stromversorgungsnetzen verursacht.
  • Störfestigkeit gegenüber elektrischen oder magnetischen Feldern mit induzierten Störgrößen auf Netz-, Daten-, Signal-, Prozess- und Steuerleitungen

|||Die Industrie in Deutschland befindet sich in einem tiefgreifenden Wandel. Motor des Wandels ist die rasant zunehmende digitale Vernetzung. Sie stellt klassische Industrieunternehmen zum einen vor große Herausforderungen, sie bietet andererseits aber auch völlig neue Wachstumsmöglichkeiten. Im Interview mit „atp plus“ skizzieren Dr. Andreas Widl (Vorstandsvorsitzender), Raul Fuchs (Vorstand Vertrieb und Marketing), Dr. Thomas Steckenreiter (Vorstand Forschung & Entwicklung) und Peter Knapp (Chief Digital Officer) die Roadmap von SAMSON und wie das Unternehmen die Digitale Transformation meistern will.
Erste Erkenntnis: Alles muss auf den Prüfstand, das klassische Geschäftsmodell und die tradierten Beziehungen zwischen Hersteller und Anwender ebenso wie das Selbstverständnis als Hardware-Lieferant und Technologieprovider. Hier bekommen Sie das ganze Interview als PDF-Download…->

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