Een slimme druksensor met EMC-filter in de Flexcon PA van Flamco bleek de oplossing van een groot probleem voor cv-monteurs: ongeplande storingsbezoeken zonder dat er sprake is van een defect.
Met een slimme druksensor toepassing wilde Flamco twee jaar geleden de levensduur van expansievaten bij cv-installaties voorspellen. Een marktverkenning toonde echter aan dat cv-monteurs daar geen behoefte aan hadden. Ze bleken wel op zoek te zijn naar mogelijkheden om ongeplande storingsbezoeken te verminderen, die de toch al broze winstmarges tenietdeden.
In een open innovatieproces hebben Flamco en de onafhankelijke sensorenleverancier Sentech een revolutionair product ontwikkeld, rondom een slimme en uiterst nauwkeurige druksensor. De Flexcon Pressurisation Assistant met een automatische bijvulunit. De druksensor is geen hogedruksensor, maar ook geen lage druk sensor.
De geavanceerde drukbewaker ligt inmiddels in de schappen van de groothandels en in de bestelauto’s van cv-monteurs.
Rode expansievat naast cv-ketel meestal van Flamco
De meeste consumenten beseffen niet dat ze Flamco-producten in huis hebben. Grote kans dat het rode expansievat bij de cv-ketel van Flamco is. Flamco ontwikkelt en fabriceert installatieproducten en appendages.
Volgens Flamco ligt in elke bus van een monteur wel een Flamco-expansievat. Het zijn de installateurs die Flamco op een revolutionair idee brachten voor de nauwkeurige monitoring van de druk in een verwarmingsinstallatie.
Flamco introduceerde het idee als de Flexcon Pressurisation Assistent (PA) op de grootste installatiebeurs ter wereld, de ISH 2017 in Frankfurt. Met in de hoofdrol een slimme druksensor van Sentech.
R&D voor de installatiebranche
Met een eigen R&D-afdeling werkt Flamco aan de wereld van morgen. Zijn innovaties richten zich op duurzaamheid, efficiëntie en connectivity. Een duurzaam voorbeeld is de ontgasser Vacumat Eco, die schade en storingen in een verwarmingsinstallatie voorkomt.
Uit het brein van Flamco’s R&D-afdeling komt ook de Flexcon PA voort. Een kostenbesparende innovatie waar de installatiebranche volgens Flamco reikhalzend naar uitkeek.
Druksensor toepassing voor expansievaten
Geestelijke vaders Herman Reezigt, teamleider Research & Development, en Erik Hoenderkamp, product developer, vertellen over de sensorontwikkeling en samenwerking met Sentech.
Flamco zocht naar een mogelijkheid om de levensduur van expansievaten te voorspellen. Een expansievat compenseert met een luchtkussen het dynamische volume in de cv-installatie. Maar het luchtkussen verdwijnt in de loop van de levensduur en het membraan van de vaten slijt.
Reezigt: “Een expansievat gaat gemiddeld 7 tot 10 jaar mee. Een Flamco-vat zelfs 15 jaar. Wij dachten vanuit onze open houding naar leveranciers en installateurs dat ze gebaat zouden zijn bij de voorspelling van de levensduur van het expansievat. Met een druksensor toepassing zouden wij kunnen waarschuwen wanneer een expansievat aan vervanging toe is.”
Installatiebranche vraagt oplossing voor onnodige storingsbezoeken
Toen Flamco de markt ging aftasten, bleek de installatiebranche volgens Reezigt minder te zitten wachten op een dergelijke automatische waarschuwing. Reezigt: “De meeste installateurs vervangen een expansievat om de vijf jaar, dus ruim binnen de technische levensduur. We kregen wel waardevolle feedback, waarmee we met dezelfde sensortechnologie een andere weg in konden slaan.”
Twee op de drie ongeplande monteursbezoeken komen volgens Reezigt neer op drukverlies in de cv-installatie. Reezigt: “Installateurs en servicemonteurs werken meestal op basis van servicecontracten, waarin ze niet per storing worden betaald. In de meeste gevallen komt een storing neer op het simpelweg bijvullen van de installatie. Installateurs zochten dus naar een oplossing om onnodige bezoeken terug te dringen en installaties automatisch bij te vullen.”
Nauwkeurige druksensor monitort druk cv-installatie
Hoenderkamp heeft als product developer de ontwikkeling in eigen huis gecoördineerd. Hoenkerkamp: “De Flexcon PA is een uiterst handige tool geworden, die zeer nauwkeurig de druk in de installatie meet. Daar hebben we een automatische bijvulinrichting aan gekoppeld. Deze leveren we optioneel bij de sensor.”
De meetgegevens van de sensor worden gebruikt voor een mobiele app die klanten in de Apple Store en Google Play Store downloaden. “Bij de eerste installatie screent het apparaat zelfs het hele verwarmingssysteem. Hij leert de installatie kennen op basis van subtiele drukverschillen tijdens de verwarmingscyclus. Daaruit berekent hij de ‘hardheid van de installatie’, anders gezegd: het specifieke gedrag”, aldus de product developer.
Dat getal gebruikt de sensor vervolgens als referentiegetal tijdens zijn totale levensduur. Hoenderkamp: “De druksensor moet altijd stabiel en betrouwbaar blijven. Hij meet alleen subtiele drukverschillen. Maar het apparaat is zo slim dat het op basis daarvan heel veel kan meten en voorspellen.”
Preventieve e-assistent monteurs cv-installaties
De Flexcon PA stelt installateurs in staat om druk in een cv-installatie langdurig te monitoren en op tijd preventief in te grijpen. De gegevens uit de app bieden monteurs een schat aan informatie.
De app laat onder andere zien:
- of het expansievat het dreigt te begeven
- of het veiligheidsventiel water uitstoot
- of er een lekkage in het systeem zit
- en of de installatie moet worden bijgevuld
De automatische bijvulunit maakt het de installateurs en klanten helemaal gemakkelijk. Volgens Reezigt kunnen installateurs het cv-onderhoud met de Flexcon PA veel efficiënter organiseren.
Productontwikkeling rondom sensortechnologie
Reezigt en Hoenderkamp wisten in het begin nog niet exact welke eisen ze aan het product moesten stellen en tot welke sensorspecificaties dat zou moeten leiden. De hulp van Sentech kwam als geroepen.
Hoenderkamp kwam op een beurs een accountmanager van Sentech tegen. Al snel volgde een afspraak bij Sentech voor een presentatie. Reezigt: “Voordat we in contact kwamen met Sentech dachten we: hoe moeilijk kan het zijn? Tijdens die presentatie kwamen dingen naar voren waar wij nog nooit over hadden nagedacht. Dan merk je dat we die kennis gewoon missen.” Volgens Hoenderkamp is Sentech als onafhankelijke sensorenleverancier “een echte kennispartner” geworden, die Flamco aan de hand heeft genomen.
Hoenderkamp vervolgt: “We hebben de behuizing, interface, elektronica en software om de druksensor heen ontwikkeld. De Flexcon PA moest productiegereed zijn voor de ISH 2017.”
“Tijdens dit open innovatieproces zijn Sentech en Flamco dicht naar elkaar toegegroeid”, zegt Reezigt. “Wij zagen dat Sentech een partij is die echt weet waar het over gaat. Ondanks onze positie in de markt zijn we toch redelijk klein. Je hebt dan een flexibele, maar doortastende partner nodig”, aldus Reezigt.
Sensoruitdaging: levensduur, betrouwbaarheid en prijs
Sentech maakt na het eerste contact met Flamco een schets van de sensoroplossing. Die schets is door Hoenderkamp geperfectioneerd. De belangrijkste uitdagingen voor de sensorontwikkeling waren:
- een zeer nauwe constante meetresolutie
- de betrouwbaarheid tijdens de levensduur van minimaal 15 jaar
- en de kostprijs
Reezigt: “De groothandel koopt onze producten en ziet ons brede programma als groot logistiek voordeel. Daarmee kunnen ze installateurs en bouwbedrijven optimaal bedienen. Maar een zo laag mogelijke prijs is wel een belangrijke voorwaarde voor de verkoopbaarheid van de Flexcon PA. Bovendien was de regelmatige bijstelling van de scope een uitdaging. Dat moet een partner maar kunnen!”
Op maat gemaakte sensoren uit de automotive hoek
Er was nog geen helder beeld van wat Flamco zocht. Op basis van de doelstellingen heb ik nagedacht over de richting voor de sensorontwikkeling. Wat heb ik nodig en waar haal ik iets vandaan dat past in het concept? Als je erover nadenkt, kom je automatisch bij de automotive branche uit. Daar is sprake van grote volumes, betrouwbare producten, en het zijn ISO TS-gecertificeerde bedrijven. Die snappen wat kwaliteit is.
Alle specs, alle plussen en minnen zijn op een rij gezet. Zo viel er tijdens de rit steeds meer af. Ik kwam ten slotte uit in China bij een bedrijf dat sensoren maakt voor koelwatersystemen in auto’s. Drukmeting in zo’n systeem is bijna vergelijkbaar met een verwarmingssysteem.
Kennispartner sensortechnologie
Reezigt: “We hebben in Sentech een betrouwbare kennispartner gevonden. Sentech is heel flexibel. Het is prettig om te merken dat Sentech er vol voor gaat. Ook het enthousiasme van directeur Marcel Figge werkt aanstekelijk.”
Hoenderkamp vult aan: “Afspraken nakomen is heel belangrijk in zo’n ontwikkeling. Je moet geen verrassingen hebben richting een deadline. Voor de ISH moest het product gewoon beschikbaar zijn. We hadden de hele rit het vertrouwen dat het goed zou komen.”
Je kunt iets moois verzinnen, maar het eindproduct moet je wel in de markt kunnen verkopen. Bovendien vergt de communicatie via bluetooth met een app veel integratiekunde. Ondanks de hoge eisen hebben we toch een goede businesscase kunnen opstellen.
Finetunen Electro Magnetic Compatibility met EMC filter
Tijdens de ontwikkeling verfijnden Sentech en Flamco de sensorspecificaties tot een Proof of Concept. Je loopt dan toch nog wel tegen een aantal uitdagingen aan, zoals bijvoorbeeld het bijstellen van de EMC-gevoeligheid van de sensor.
Interferentie van elektromagnetische straling leverde te veel fluctuatie op bij de meting van de subtiele drukverschillen. Het is ons gelukt om de elektromagnetische interferentie met een redesign van het sensorcircuit en extra softwarematige filtering te minimaliseren. De demoversie kwam vervolgens feilloos door de test.
Op naar de volgende sensorontwikkeling
De Flexcon PA ligt nu in de schappen van de groothandels en vindt zijn weg naar de installateurs en hun klanten. Reezigt: “Hij is geschikt voor verwarmingsinstallaties tot 45 kW. Die vind je in woningen en kleine kantoren. Er komt echter steeds meer vraag naar grotere systemen in grotere gebouwen.”
Er liggen plannen voor de doorontwikkeling richting toepassing in de grotere installaties, maar ook in hybride verwarmingssystemen. “Wat dat betreft ligt er nog veel in het verschiet voor onze samenwerking met Sentech,” sluit Reezigt af.
Voorkom met innovatie
Flamco startte een open innovatieproces en kwam met Sentech tot de beste oplossing. Ben jij ook op zoek naar goede sensorhulpmiddelen om onderhoud en serviceverlening te verbeteren? Of heb je veel last van ongeplande storingsbezoeken?
Voorkom deze direct en leg ons jouw challenge voor!
Met een vacuüm sensor van Sentech verovert de SECOM 2.0 van Delmic de internationale microscopiewereld. Dit is het enige apparaat ter wereld, dat fluorescentie- en elektronenmicroscopie in één geïntegreerde opstelling mogelijk maakt. De unieke microscoop is compatibel met alle typen SEM-elektronenmicroscopen.
Sentech heeft voor de positionering van het sample in de vacuümruimte een vacuümbestendige optische encoderoplossing ontwikkeld. De onafhankelijke sensor integrator levert de oplossing als sensorassemblage, waardoor Delmic deze eenvoudig in de SECOM 2.0 kan assembleren.
Combinatie fluorescentie- en elektronenmicroscopie
Bij Delmic werken 13 mensen aan de ontwikkeling en fabricage van hoogwaardige microscopietechnologie. Zijn productassortiment biedt onder andere met SPARC-oplossingen voor materiaalonderzoek, en met SECOM-oplossingen voor biomedisch onderzoek.
“Delmic combineert in het SECOM-systeem fluorescentie- en elektronenmicroscopie”, begint Andries Effting, CTO en medeoprichter van Delmic. De correlatieve licht- en elektronenmicroscoop (CLEM) is als module te integreren in bijna elke scanning electron microscope (SEM), ook wel rasterelektronenmicroscoop genoemd.
De technisch natuurkundige bouwt met zijn compagnon Sander den Hoedt voort op onderzoek van de TU Delft en AMOLF. In 2011 resulteerde dat onderzoek in het prototype SECOM 1.0.
“Wij hebben ongeveer 2 jaar nodig gehad om uit het prototype een geschikte microscoop op de markt te brengen. De SECOM 2.0 ziet er heel anders uit dan het prototype, maar het concept is hetzelfde gebleven”, aldus Effting.
Met de hightech-microscopietechnologieën in Delmic’s systeem doen wetenschappers baanbrekend biomedisch onderzoek.
Fluorescentiemicroscopie
Fluorescentiemicroscopie, uitgevonden in de jaren ’70 van de vorige eeuw, is een optische methode om de functie van cellen te onderzoeken. Onderzoekers voegen chemische markers toe aan een preparaat, die zich binden aan specifieke eiwitten.
In het door de microscoop geproduceerde beeld lichten de gemarkeerde eiwitten in diverse kleuren op. Eiwitten zorgen voor alle processen in levende cellen. Met fluorescentiemicroscopie krijgen wetenschappers een beeld van processen die tot ziekte leiden.
Elektronenmicroscopie – TEM en SEM
Een elektronenmicroscoop schiet een bundel elektronen richting het te onderzoeken preparaat. Versnelde elektronen hebben een veel kleinere golflengte dan fotonen (licht), waardoor de resolutie een factor 2000 hoger kan zijn dan een optische microscoop.
Een transmissie-elektronenmicroscoop (TEM) schiet een elektronenbundel door het preparaat, zodat een soort diaprojectie ontstaat. De methode maakt vergrotingen tot een miljoen keer mogelijk: 0,1 nanometer.
Een rasterelektronenmicroscoop of scanning electron microscope (SEM) bundelt de elektronen richting het materiaal en legt de teruggekaatste elektronen punt voor punt vast in een beeld. SEM maakt vergrotingen tot 100.000 keer en zeer scherpe 3D-beelden mogelijk.
Voordelen CLEM voor de medische wetenschap.
Volgens Effting heeft de CLEM van Delmic een aantal voordelen ten opzichte van afzonderlijke systemen:
- Gebruiksgemak
De onderzoeker hoeft niet meer twee opnames met afzonderlijke apparaten te maken en deze vervolgens softwarematig te laten verwerken. - Nieuwe onderzoeksmogelijkheden
Kort houdbare preparaten kunnen onderzocht worden. De daadwerkelijke opname van een preparaat kost slechts 1 minuut. - Technische kwaliteit van de opnames
De opnames bieden ongelofelijke detailniveaus, die met andere apparaten niet mogelijk zijn. - Tijdwinst
Wanneer onderzoekstijd een rol speelt, biedt het systeem enorme tijdwinst. De korte machinetijd maakt bijvoorbeeld snel populatieonderzoek mogelijk.
Voordeel uitgelicht: opensource software
Effting noemt zijn bedrijf gekscherend “een fotobedrijf”. Dat verklaart Delmic’s keuze om zijn klanten opensourcesoftware voor de beeldverwerking te bieden. “De software moet gewoon goed zijn”, vindt hij.
“Excellente software zorgt voor een betere productervaring. Wij zien onze software als het visitekaartje van het instrument. Concurrenten laten daarin gaten vallen. Wanneer onze klanten een fout of probleem ontdekken, dan repareren wij het gewoon. Ze hoeven niet te wachten op releases en updates, en betalen geen licentiekosten, wel voor de daadwerkelijk geleverde support. Open source biedt transparantie naar de gebruiker. De code staat gewoon online”, aldus de CTO.
Integratie in bijna alle SEM-typen
“Wij leveren de optische microscoop en software”, legt Effting uit. “Er zijn genoeg bedrijven die uitstekende SEM’s leveren. Ons systeem past op de SEM’s van de vijf grote leveranciers, zoals ZEISS, Tescan, Hitachi, Fei en JEOL.”
De SECOM-stage vervangt de SEM-stage. Effting vervolgt: “Daarvoor hebben we microscoopspecifieke interfaces ontwikkeld. De software hebben we geoptimaliseerd voor elk SEM-type. Onze klanten kunnen de SECOM als optie bij de SEM-leverancier bestellen, of rechtstreeks bij Delmic.”
Baanbrekende biowetenschappelijke onderzoeken
De CLEM-microscopen van Delmic vinden inmiddels hun weg naar diverse universiteiten en onderzoeksinstituten in de hele wereld.
Dr. Ben Giepmans past de microscoop bijvoorbeeld toe bij diabetesonderzoek door zijn celbiologische onderzoeksgroep aan de Universiteit Groningen.
Hij en zijn wetenschappers focussen daarbij op de Eilandjes van Langerhans in de alvleesklier. Zo onderzoeken zij de triggers en nieuwe behandelmethoden voor type 1 diabetes.
Het Francis Crick Institute past, onder leiding van microbiologe Lucy Collinson, de SECOM toe voor onder andere kankeronderzoek.
Vacuümsensorontwikkeling voor de vacuümruimte
De SECOM 2.0 dankt zijn extreme nauwkeurigheid en hoge resolutie aan een unieke optische vacuümsensor. Sentech levert de aangepaste MicroE optische sensoren in een volledig geteste en gekalibreerde assembly.
Delmic ontvangt per CLEM-systeem drie sensorassemblages, één voor elke bewegingsas, die snel en eenvoudig geassembleerd kunnen worden.
Encoder sensor MicroE voor nauwkeurige positionering
Delmic zocht naar een betrouwbare sensoroplossing voor het nauwkeurig positioneren van het preparaat in de vacuümkamer. Sentech kwam bij Delmic in het vizier na een zoekopdracht via Google.
Dat leidde tot een gezamenlijke zoektocht naar een geschikte sensoplossing op basis van de nauwkeurigheidseisen en omstandigheden in de stage.
Peter Verstappen, accountmanager bij Sentech, licht het ontwikkelproces toe. “De uitdagingen waren: de nauwkeurigheid, vacuümomstandigheden en het beperkte inbouwvolume. Het gaat om nanometers en een extreem nauwkeurig focuspunt van de optische microscoop.”
Nauwkeurige positiesensor – materiaalgebruik en laag energieverbruik
Het vacuüm beperkte het zoekspectrum voor de positiesensor in het materiaalgebruik en energieverbruik. In het vacuüm vindt uitgassing plaats bij diverse materialen zoals plastics, wat het preparaat en omgeving ‘vervuilt’.
Een ander probleem is het ontbreken van een koelingsmogelijkheid via de lucht. Daarom was een sensor nodig die zo weinig mogelijk warmte genereert.
“We hebben de hele MicroE-lijn met positiesensor laten passeren en ook nog een aantal concurrenten. Vanwege de specificaties viel 90% meteen af”, aldus Verstappen.
Effting reageert: “Over de toepassing van een MicroE optische encoder waren we het dan ook snel eens. Het was prettig om op een makkelijke manier te kunnen praten over onze wensen en de specificaties.”
Werking optische encoder
De optische sensoren bepalen hun positie op de bewegingsas met behulp van een leeskop en een hele fijne liniaal, waarop met een periode van 20 µm een patroon van strepen is geplaatst.
De lineaire optische encoder bevat geen led als lichtbron, maar een VCSEL-gestuurd element dat veel minder energie nodig heeft. Ook het ontbreken van een lens draagt bij aan een zo compact mogelijke positiesensor.
“De liniaal hebben we nog aangepast op de nauwkeurigheidseisen”, aldus Verstappen. De lichtbron schijnt op een patroon van reflecterende en niet reflecterende strepen, waarbij in het reflectiepatroon ‘knooppunten’ ontstaan.
Dit zijn samenvallende golven en dalen van de specifieke golflengte en worden door de ontvanger van de sensor opgevangen. Vergelijkbaar met het principe van het licht dat door een tralienetwerk valt. Zo is in een beweging per periode een verplaatsing zichtbaar te maken.
Incrementieel meetsysteem met interpolatie
Het incrementele meetsysteem zet de beweging om in telpulsen. De beweging wordt nauwkeurig bestuurd ten opzichte van een vast uniek punt op de liniaal: de index.
Verstappen over de nauwkeurigheid: “De sensor interpoleert de intrinsieke periode van 20 micrometer naar stapjes van 1,2 nanometer, of een veelvoud daarvan. De hoogste nauwkeurigheid hadden we nodig voor de z-beweging.”
Hij vervolgt: “Uit kosten- en handlingsoverwegingen hebben we besloten om de optische nanosensor voor elke as toe te passen.”
Hoogwaardige materialen in optische sensorassemblage
Sentech en Delmic hebben, naast de specifieke sensor, veel aandacht besteed aan de kwaliteit van de andere componenten. Effting wilde discussie met verschillende leveranciers over sensorcomponenten voorkomen.
“We bieden een hightechsysteem. Dan moet je niet beknibbelen op de kosten met goedkope connectoren en bekabeling bijvoorbeeld. Je wilt achteraf geen gedoe over aansprakelijkheid.”
Ervaring in de halfgeleiderindustrie
Sentech maakte gebruik van zijn ervaring in de halfgeleiderindustrie. “Daarom kozen we voor de standaarden en hoge kwaliteit uit de semiconductor-industrie en adviseerden we Delmic om verbindingen niet te schroeven, maar te solderen”, verklaart Verstappen.
De halfgeleiderervaring leidde ook tot de logische keuze om de sensorassemblage in Sentech’s cleanroom te produceren en te verpakken.
“Sentech maakt het ons zo erg gemakkelijk, omdat we zeker weten dat de complete sensortoepassing is getest. In onze assemblagefaciliteit hoeven we de sensoren alleen maar uit de verpakking te halen en kunnen we ze direct en snel assembleren”, vertelt de tevreden Delmic-oprichter.
Met betrouwbare sensoren de wereld veroveren
Volgens Effting komt de tevredenheid over Sentech niet alleen voort uit de prettige samenwerking in een open ontwikkelomgeving. “De SECOM 2.0 is sinds 2013 op de markt. Tot nu toe werken alle sensoren feilloos. De beloofde specificaties en prestaties zijn waargemaakt.”
Het SECOM-platform heeft zijn waarde bewezen, en verovert langzaam maar zeker de microscopie wereld.
Ook jouw uitkomst?
Voor de betrouwbare positionering van een sample in een vacuümruimte was een vacuümbestendige optische encoder de uitkomst voor Delmic. Zoek jij ook naar een betrouwbare sensoroplossing voor jouw positionerings- en besturingsvraagstuk?
Leg ons jouw challenge voor en wij helpen je!