Klein en duurzaam

Innovaties door gebruik simulatie-software

Op WoTS 2026 presenteert Endress+Hauser diverse innovaties. Innovaties die onder andere het resultaat zijn van vergaande ontwerpoptimalisatie, het gebruik van digitale tweelingen of het werken met simulatie-software.

Endress+Hauser zet eco-design en simulatie in als motor voor haar nieuwe generatie meetinstrumenten. De verduurzaming bij Endress+Hauser draait niet alleen meer om het energiezuiniger maken van de eigen productie of het gebruik van hernieuwbare energie. Ook het ontwerp van industriële meetinstrumenten speelt een steeds grotere rol. Endress+Hauser kiest daarom voor het eco-design: nieuwe en bestaande producten worden opnieuw ontworpen met minder materiaal, compactere componenten en een lager energiegebruik. Door hiervoor simulatiesoftware en digitale modellen in te zetten, kunnen ze al vóór de bouw van een prototype vaststellen hoeveel materiaal er werkelijk nodig is en waar de technische grenzen liggen. Endress+Hauser kan inmiddels talloze voorbeelden aanwijzen van duurzame productontwikkeling via eco-design. Eén van die voorbeelden is de Cerabar PMC43 druktransmitter, die speciaal is ontwikkeld voor gebruik in veeleisende hygiënische toepassingen (Afbeelding 1).

Duurzaamheid

Volgens Hans Joachim Fröhlich, Directeur Technology & Portfolio bij Endress+Hauser, wordt duurzaamheid steeds eerder in het innovatieproces meegenomen. De onderneming heeft hiervoor een groepsbrede eco-designrichtlijn uitgerold. Meer dan 1.300 medewerkers in onderzoek en ontwikkeling gaan hiermee werken. Het doel is niet alleen de milieu-impact van producten te verlagen, maar ook om economische voordelen te realiseren. Minder materiaal betekent immers niet alleen een kleinere ecologische voetafdruk, maar het leidt ook tot lagere transport- en productiekosten en uiteindelijk een aantrekkelijker product voor de klant.

Dezelfde prestaties

Paul Borggreve, Corporate Directeur Marketing bij Endress+ Hauser: “Het eco-design bij onze organisatie draait niet simpelweg om het kleiner maken van een instrument. De uitdaging is om materiaal en energie te besparen, zonder concessies te doen aan veiligheid, nauwkeurigheid en levensduur. Vooral bij drukmeetapparatuur is dit een complexe opgave. Een druktransmitter moet immers ook na een re-design bestand zijn tegen extreme omstandigheden en gedurende tientallen jaren veilig blijven functioneren. Daarom worden alle mechanische en elektronische eigenschappen vooraf uitgebreid doorgerekend bij duizenden varianten. Met behulp van simulatiesoftware kunnen onder andere alle mechanische, thermische en elektromagnetische effecten worden onderzocht. Pas als virtueel blijkt dat het daadwerkelijk bijdraagt aan een productoptimalisatie, wordt het ontwerp aangepast. Op bovengenoemde wijze kunnen de fysieke grenzen van een product dus veel nauwkeuriger worden vastgesteld, dan toen uitsluitend met een veel kleiner aantal, fysieke prototypes werd gewerkt.

De resultaten tot nu toe zijn opmerkelijk. Zo is een nieuwe generatie drukmeetapparatuur, de serie Compact Line, aanzienlijk kleiner en compacter geworden dan de vorige generaties. Omdat de elektronica, de printplaten en de microchips zijn verkleind, en de diameter van de sensor is gereduceerd, is dus ook de behuizing van deze drukmeetapparaten aanzienlijk kleiner geworden. Bij het re-designen zijn met behulp van de simulatiesoftware situaties gesimuleerd waarin warmte ontstaat of waarin een instrument bij zeer hoge omgevingstemperaturen moet functioneren. De nieuwe drukmeetapparatuur, waaronder de Cerabar PMC43 (afbeelding 1), komt naar verwachting binnenkort op de markt. Deze apparatuur is in het bijzonder geschikt voor hygiënische processen in de voedingsmiddelen- en drankenindustrie en de wereld van ‘life sciences’.

Compacte radarsensor

Een ander voorbeeld uit de Compact Line-familie is de Micropilot FMR43, een compacte radarsensor voor continue, contactloze niveaumeting. Het instrument wordt boven op tanks gemonteerd en meet de vloeistofhoogte met radartechnologie. De nieuwste uitvoering is ontwikkeld met het oog op kleinere procestanks. Eveneens een ontwikkeling die vooral relevant is voor de voedingsmiddelen-, dranken- en life-sciencesector. De FMR43 (afbeelding 2) maakt gebruik van hoogfrequente radartechnologie. Dankzij de 180-GHz-optie is een procesaansluiting van slechts een halve inch mogelijk. Daarmee kan de sensor ook worden toegepast op kleinere tanks, waar conventionele meetinstrumenten relatief veel ruimte en materiaal vragen. De compacte procesaansluiting betekent tegelijkertijd dat minder materiaal nodig is. “Ook hier is eco-design dus gekoppeld aan functionaliteit. Het doel was niet alleen een kleinere behuizing, maar een meetinstrument dat met minder materiaal dezelfde of betere prestaties levert. Bij het compacter maken van deze producten is gestreefd naar een materiaalbesparing van ongeveer een 1/3 tot een 1/4. Dit is te vertalen in een CO₂-voetafdruk die, afhankelijk van het type product, tot 40 procent lager ligt”, zo legt Fröhlich uit.

Waterstof

Bij de FLOWSIC610 (afbeelding 3) is bestaande meettechnologie aangepast aan de nieuwe energiedrager. Deze ultrasone flowmeter is speciaal ontwikkeld voor het meten van 100 procent waterstof en gecertificeerd voor ijkwaardige metingen. Waterstof stelt bijzondere eisen aan flowmeting. Het molecuul is namelijk veel kleiner dan aardgas, waterstof diffundeert sterker en de geluidssnelheid ligt ongeveer drie keer hoger dan bij aardgas. Daardoor kan bestaande gasmeettechnologie niet zonder meer worden overgenomen. Borggreve vertelt: “Voor de, inmiddels commercieel vrijgegeven, FLOWSIC610 zijn daarom nieuwe ultrasoontransducers met een werkfrequentie van 1 MHz en een nieuwe elektronica ontwikkeld.” Deze flowmeter kan waterstof meten bij gassnelheden tot 60 meter per seconde en is geschikt voor nominale diameters van DN50 tot DN400 toegelaten in nauwkeurigheidsklasse 1. Dit instrument wordt klantspecifiek gebouwd en geproduceerd volgens een ‘one-piece-flow’-concept. Daarmee past het product in een bredere ontwikkeling waarin meetoplossingen steeds meer worden afgestemd op specifieke toepassingen in de energietransitie. Interessant te melden is dat meetwaarden en diagnosegegevens online of offline kunnen worden geraadpleegd met behulp van FLOWgate. Een speciale optie voor ‘purity indication’ kan veranderingen in de waterstofzuiverheid ‘real-time’ signaleren. Zo levert dit instrument informatie die operators kunnen gebruiken voor procesbewaking en het beheer van waterstofnetwerken.

Simulatiesoftware

Fröhlich: “Ons bedrijf gebruikt computersimulaties niet alleen om een bestaand ontwerp te controleren, maar ook om verschillende ontwerpvarianten virtueel met elkaar te vergelijken. Hierdoor kunnen ontwikkelaars sneller bepalen welke combinatie van materiaal, geometrie en componenten technisch en economisch optimaal is. Dat is vooral belangrijk wanneer minder materiaal wordt toegepast. Zeker voorheen werden vaak extra veiligheidsmarges ingebouwd, om te kunnen voldoen aan de geldende veiligheids- en betrouwbaarheidseisen. Met behulp van simulatiesoftware is het nu mogelijk om veel nauwkeuriger vast te stellen waar die marge werkelijk nodig is. De prestaties, economische haalbaarheid en milieueffecten van componenten, modules en complete meetinstrumenten kunnen immers nu in een vroeg stadium worden beoordeeld en dat leidt dan weer tot kortere ontwikkeltijden.”

Digital Twin

Vermeldenswaardig is ook dat Endress+Hauser werkt aan gestandaardiseerde digitale twins op basis van de Asset Administration Shell (AAS), zoals ontwikkeld in de Industrial Digital Twin Association. De AAS brengt een fysiek product digitaal in kaart in een gestandaardiseerde en machineleesbare vorm en levert relevante informatie gedurende de gehele levenscyclus. Denk aan technische specificaties, parameters, documentatie, kalibratiegegevens en onderhoudsinformatie. Betrouwbare data als deze maken het mogelijk om te zien waar energie wordt gebruikt, welke componenten onderhoud nodig hebben en waar potentiële emissies ontstaan. Een ‘Digital Twin’ kan zo dus bijdragen aan het inrichten van een efficiënter proces en het reduceren van het gebruik van energie en grondstoffen.

Ten slotte

De voorbeelden tonen aan dat het eco-design bij Endress+Hauser een steeds crucialer onderdeel is van het totale productontwikkelingsproces. Minder materiaalgebruik, efficiëntere elektronica en een compacte constructie worden gecombineerd met simulaties die vooraf inzicht geven in prestaties en betrouwbaarheid. Daarbij verschuift de aandacht nu van het product alleen naar de volledige levenscyclus. Daarom worden ook leveranciers betrokken bij het terugbrengen van de ecologische voetafdruk door minder materialen te gebruiken en in te zetten op productieprocessen met een lagere emissie. Dat kan weer leiden tot sterkere materialen, waardoor een instrument nog compacter kan worden ontworpen. Het instrument van de toekomst wordt dus niet alleen nauwkeuriger en slimmer, maar ook kleiner, materiaalzuiniger en digitaal beter verbonden. Met simulatiesoftware kunnen ontwerpers die ontwikkeling versnellen, terwijl ‘digital twins’ ervoor zorgen dat de waarde van de verzamelde data gedurende de gehele levensduur van een installatie behouden blijft. Zo wordt eco-design meer dan een ontwerpprincipe.

Auteur: Henriëtte van Norel