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Kleinstmengen-Dosierung 4.0

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07.11.2016 Das präzise Dosieren kleiner Flüssigkeits- und Gasmengen stellt in der Produktion und im Technikum immer wieder ein Problem dar. Mit einer Kombination aus Kleinstmengenpumpen und Coriolis-Durchflussmessgeräten lässt sich dieses lösen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Je kleiner die zu dosierende Menge, desto größer die Herausforderung: Gerade bei der Kleinstmengen-Dosierung stehen Betreiber häufig vor dem Problem, dass ihnen kein adäquates Equipment zur Verfügung steht.
  • Dies war der Ausgangspunkt für die Entwicklung einer speziellen Pumpen-Baureihe, die der Anwender einfach mit einem Coriolis-Durchflussmesser kombinieren kann. Eine auf diese Art automatisierte Dosierung ist dem manuellen Handling überlegen, da die Ergebnisse reproduzierbar sind und sich hierdurch die Prozesssicherheit erhöht.

Die Dosis macht das Produkt: In Produktionsbetrieben müssen Betreiber neben Feststoffen und Gasen oft große Mengen Flüssigkeiten zwecks Batchprozessen mittels Pumpen fördern und die Mengen über geeignete elektronische Messgeräte – beispielsweise Turbinenzähler oder Coriolis-Messgeräte – kontrollieren, regeln und überwachen. Diese Messwerte protokollieren und dokumentieren sie auch; nicht zuletzt zur Qualitätssicherung und Rückführbarkeit. Für diese Aufgabenstellung gibt es etablierte Verfahren und Methoden. Geht es hingegen darum, Kleinstmengen, beispielsweise Aroma- und Farbstoffe in der Lebensmittelindustrie, Additive in der chemischen und petrochemischen Industrie oder Wirkstoffe in der Pharma- und Kosmetikindustrie, präzise und sicher zu dosieren, mangelt es oft an geeigneten Gerätschaften. Denn da es sich ja nur um Klein- und Kleinstmengen handelt, schenkt die Industrie dieser Anwendung entsprechend wenig Beachtung. Mit der Pumpenfamilie WA Dose Lite gibt es nun aber eine flexible und präzise Dosierlösung. Lite heißt hier nicht abgespeckt und hinsichtlich Funktionen reduziert, sondern einfach funktionell und unkompliziert in der Anwendung.

Präzision und Reproduzierbarkeit ist gefragt

Gerade bei Klein- und Kleinstmengen ist es besonders wichtig, sehr genau zu dosieren – denn wer möchte schon gerne ein mit Wirkstoff unterdosiertes Kosmetikum oder Medikament, hellgraue Gummibärchen mit neutralem Geschmack, Speiseeis in Vanille-Cola oder ein durch Überdosierung materialschädigendes, ätzendes Spülmittel produzieren? Ein weiterer Aspekt hinsichtlich der Präzision von Dosierungen ist der Kostenfaktor von manchen Additiven oder Rohstoffen. Denkt man beispielsweise an das Dosieren von Rosenöl bei der Parfümherstellung, muss der Betreiber tunlichst auf jedes Milligramm dieses Additivs achten, um die Kosten des Endproduktes sicher kalkulierbar zu halten. Genauigkeit und Präzision ist also gerade bei kleinen Flüssigkeitsdosierungen eine der wichtigen Säulen in der Produktion.

Dosierlösung Version 0.1 beta

In vielen Fällen dosieren Anwender bei Kleinstmengen manuell, das heißt, sie wiegen oder messen von Hand die benötigte Flüssigkeitsmenge ab und geben diese anschließend dem Batchprozess zu. Dieses Verfahren ist nicht zuverlässig: Qualitätsmängel können mangels fehlender Überwachung entstehen, und dem Prozess versehentlich falsch zugefügte Mengen oder unpassende Additive können eine komplette Produktionscharge unbrauchbar machen. Neben einer möglichen Fehldosierung wird ein weiterer Aspekt gerne vergessen: In manchen Fällen sind die zu dosierenden Flüssigkeiten nicht nur teuer und hochkonzentriert, sondern auch toxisch und/oder ätzend. Als Beispiele seien hier Säuren beziehungsweise Laugen genannt. Neben den toxischen Gefahren ist auch die Gefahr von Brand beziehungsweise Explosion bei Lösemitteln gegeben, wodurch das manuelle Hantieren mit diesen Flüssigkeiten mit äußerster Vorsicht und entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen zum Schutz von Personal und Anlage erfolgen muss. Und nicht zuletzt ist der Punkt der Reinheit und Sauberkeit der dem Prozess zuzuführenden Flüssigkeiten zu betrachten. Ein manuelles Handling (Abfüllen, Wiegen, Umfüllen, Zudosieren) ist anfällig für Kontamination oder Verschmutzung der Additive, was wiederum zur Unbrauchbarkeit eines kompletten Batches führen kann. Abgeschlossene Dosiersysteme mindern das Kontaminierungssrisiko oder schließen es sogar gänzlich aus.

Nur wer misst, hat Präzision mit Sicherheit

Alle Systeme der Pumpenfamilie bringen im Standard die Unterstützung für eine einfache Anbindung eines Coriolis-Durchflussmessers der Baureihe Mini-Coriflow mit sich, wodurch ein geregeltes Dosieren mit Genauigkeiten bis 0,2 % möglich ist, ohne dass weitere externe und regelungstechnische Komponenten notwendig wären. Die Durchflussmenge überwacht das System ständig und regelt die Pumpe bei Bedarf entsprechend nach. Einflüsse von Störgrößen – wie Lufteinschlüsse im Medium, Druck- und Temperaturschwankungen – gehören damit der Vergangenheit an. Funktionen zur automatischen Batchdosierung sind integriert. Diese lassen sich problemlos an übergeordnete Prozessleitsysteme wie eine SPS anbinden. Außerdem sind neben diversen digitalen Schnittstellen auch klassische Analogsignale (4…20 mA, 0…10 V) erhältlich. Auch eine PC-Anbindung oder die autarke Bedienung über die integrierte Tastatur ist generell möglich. Neben der Batchfunktion können Betreiber Alarme wie obere und untere Grenzwerte zur weiteren Überwachung der Dosierung nutzen. Allen Pumpen aus der Baureihe sind ein leuchtstarkes LC-Display, Folientastatur und Bedienung gemein. Kann der Anwender also eine Pumpe bedienen, kennt er auch die anderen, denn die Benutzerführung ist bei allen Aggregaten identisch. Nicht nur die Pumpe kann der Betreiber mit diesen Mitteln anpassen; auch der angeschlossene Coriolis-Durchflusssensor lässt sich damit bequem und ohne weitere Hilfsmittel konfigurieren und einstellen.

Partner für genaue Kleinstmengen-Dosierung

Die pulsationsarme Hochdruck-Dosierpumpe der Produktfamilie arbeitet präzise: Je nach Pumpenkopf zwischen 0,001 und 40 ml/min und das bei Drücken von Atmosphäre bis 400 bar. In einer speziellen Ausführung, bei der der Antrieb mittels Schrittmotor erfolgt, sind auch Bereiche ab 0,02 µl/min möglich. Je nach Fluid und Materialbeständigkeit kann eine Pumpenkopfvariante aus Edelstahl oder auch Peek zum Einsatz kommen. Ein integrierter Drucksensor dient der Sicherheit und findet bei Bedarf auch für eine druckgeregelte Dosierung Verwendung. Maximale und minimale Druckgrenzen sind zum Schutz des Systems (Überdruck sowie Trockenlauf) vom Anwender einzustellen.

Pulsationsarmer Allrounder

Ist der Durchfluss der Kolbenpumpe zu klein oder die Viskosität der Flüssigkeit groß, greifen Anwender gerne zur Zahnradpumpe. Fördermengen bis 8.000 ml/min und Drücke bis 17 bar bei Viskositäten von 0,3 bis 10.000 mPas sind damit möglich. Der als Antrieb fungierende bürstenlose Gleichstrommotor ermöglicht dabei eine pulsationsarme Förderung der Flüssigkeit über den gesamten Dosierbereich. Die Zahnradpumpe ist selbstansaugend und für Systemdrücke bis 34 bar geeignet und ermöglicht – je nach Pumpenkopf – eine Dynamik zwischen 1:5 und 1:10. Höhere Dynamiken sind unkompliziert durch einen zur jeweiligen Anwendung entsprechend passenden und gegebenenfalls sogar gesteuerten Bypass zur Pumpe zu erreichen. Mittels einem extern anschließbarem Drucksensor mit Standardsignal 4…20 mA kann der Betreiber – wie bei der Kolbenpumpe auch – den minimalen und maximalen Druck einstellen und überwachen.

Flexibilität und Service großgeschrieben

Sowohl die Hochdruck-Kolbenpumpe als auch die kompakte Zahnradpumpe ermöglichen anwenderseitig den Pumpenkopf-Wechsel, was nicht nur im Servicefall interessant sein kann. Denn oftmals ändern sich während Anlagenoptimierungen oder aus verfahrenstechnischen Gründen die notwendigen Durchflussmengen. In solchen Fällen kann der Anwender den Pumpenkopf mit wenigen Handgriffen tauschen und den Bereich des neuen Pumpenkopfes über das Bedienmenü der Pumpe eingeben – und damit die Förder- und Druckraten entsprechend anpassen.

Hier finden Sie einen Link zum Anbieter.

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Heftausgabe: November 2016
Ralf Kunath, Produktmanager Pumpen und Dosiersysteme bei Flusys

Über den Autor

Ralf Kunath, Produktmanager Pumpen und Dosiersysteme bei Flusys
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