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Für die Magnet-Membrandosierpumpen Gamma/ X und XL wurde eine modellbasierte Magnetregelung entwickelt. Bild: Prominent

  • Herkömmliche Pumpen erreichen bei Lufteinschlüssen im Dosierkopf nicht die geforderte Menge.
  • Eine modellbasierte Regelung für Membranpumpen erkennt eingeschlossene Luftblasen und kompensiert diese kurzfristig.
  • Das System stellt einen unterbrechungsfreien Betrieb und die exakte Dosierung sicher.

Gasblasen können sich in Dosierprozessen in der Saugleitung oder im Dosierkopf bilden. Das gilt vor allem dann, wenn ausgasende Medien, wie beispielsweise Natriumhypochlorit, dosiert werden. Das wirkt sich insbesondere bei der Kleinstmengendosierung auf die Dosiergenauigkeit aus, wenn nur wenige Milliliter oder wenige Liter pro Stunde dosiert werden. Ebenso können auch längere Dosierpausen zum Beispiel am Wochenende oder ein Wechsel des Flüssigkeitsgebindes im laufenden Prozess zu Luftblasen in der Saugleitung führen.

Befindet sich zu viel Gas im Dosierkopf einer oszillierenden Verdrängerpumpe, kann der Dosiervorgang gestört werden. Im häufigsten Fall fördert die Pumpe überhaupt nicht mehr und es kommt zum Air-Lock: Bei zu großem Verhältnis von Gas zu Flüssigkeit im Dosierraum wird beim Druckhub das Gas komprimiert, und der Druckanstieg reicht nicht mehr aus, um das druckseitige Rückschlagventil gegen den Systemdruck zu öffnen. Um das zu vermeiden, gilt es, den Gaseinschluss rechtzeitig zu erkennen, und Maßnahmen einzuleiten.

Gasblasen am Druckverlauf erkennen

Voraussetzung für eine intelligente, automatische Entlüftung ist eine zuverlässige Luftblasenerkennung. Bei den Magnetmembrandosierpumpen Gamma/ X und XL wird dazu der geregelte Magnetantrieb genutzt. Die Stromaufnahme der Magnetspule gibt Aufschluss über den Druck im Dosierkopf. In Kombination mit der Position der Membran kann zu jedem Zeitpunkt des Druck- und Saughubes ein direkter Rückschluss auf das Dosierverhalten gezogen werden. Durch Abgleich von Soll-Werten mit den gemessenen Ist-Werten können auftretende Probleme wie Kavitation zum Beispiel bei höher viskosen Medien, Über- oder Unterdruck in der Systemleitung oder auch Luftblasen präzise erkannt und selektiv ausgegeben werden. Weil Gase im Gegensatz zu Flüssigkeiten komprimierbar sind, werden diese im Dosierraum zuerst komprimiert. Dadurch steigt der Druck im Dosierkopf langsamer an und das druckseitige Rückschlagventil öffnet später. Am verlangsamten Druckanstieg lassen sich also Luft- und Gasblasen qualitativ und quantitativ detektieren.

Allgemeine Lösungen bei ausgasenden Medien

In der Praxis werden verschiedene Lösungen eingesetzt, um die negative Beeinflussung des Prozesses durch Gaseinschlüsse zu beseitigen. Alle mit dem Ziel, Gasblasen vorab aus dem Dosierkopf zu entfernen und/oder die Kompressionsfähigkeit des Flüssigkeit-Luft-Gemisches wiederherzustellen.

Mit aktiven Entlüftungssystemen werden Flüssigkeiten über einen Bypass entfernt. Dazu wird ein Teil des Flüssigkeit-Gas-Gemisches zuerst in den Bypass entlassen, während die übrige Flüssigkeit anschließend in die Dosierleitung gefördert wird. Weitverbreitet sind auch elektromagnetisch angesteuerte Ventile, die, ausgelöst durch ein Steuersignal, einen Bypass öffnen. Wieder andere Systeme sorgen durch ein direkt vorgelagertes Flüssigkeitsvolumen dafür, dass Gase vor dem eigentlichen Dosierraum zurückgehalten werden.

Zusätzliche Systemkomponenten wie zum Beispiel störanfällige Magnetventile erhöhen die Ausfallwahrscheinlichkeit und verursachen zusätzliche Kosten zum Teil durch aufwendige Wartungsarbeiten. Auch bei Systemen mit kontinuierlichem Bypass kann die Dosiergenauigkeit häufig nicht mehr sichergestellt werden.

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Die Membrandosierpumpe erkennt Luftblasen und reagiert auf diese durch eine angepasste Förderleistung. Bild: Prominent

Genau Dosieren trotz ausgasender Medien

Herkömmliche Pumpen erreichen bei Lufteinschlüssen im Dosierkopf nicht die geforderte Menge. Um dies zu vermeiden, wurde für die Magnetmembrandosierpumpen Gamma/ X und XL eine modellbasierte Magnetregelung entwickelt. Diese erkennt eingeschlossene Luftblasen und kompensiert sie kurzfristig durch eine höhere Anzahl an Hüben pro Minute. Mit der erhöhten Hubfrequenz wird das durch Luftblasen reduzierte Flüssigkeitsvolumen präzise ausgeglichen. Ein wesentlicher Punkt dabei ist, dass sowohl die Anzahl an Hüben als auch die Dauer der Kompensation genau auf das Volumen der Gasblase abgestimmt sind. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Medium genau in der geforderten Menge dosiert wird.

Intelligente Kompensation mit einfacher Mechanik

Eine weitere Verbesserung der Dosierqualität bei ausgasenden Medien erzielt der Heidelberger Hersteller in Kombination mit einem speziellen druckseitigen Rückschlagventil. Der Clou dieser einfachen und effektiven Lösung: eine fast unscheinbare Rille im Ventilsitz. Die in ihren Abmessungen genau definierte Nut ermöglicht es, den Druck im Dosierkopf durch geringen Rückfluss anzupassen. Somit werden gegebenenfalls vorhandene Luftblasen bereits vor dem eigentlich Druckhub durch den Systemdruck vorkomprimiert und während des Druckhubs in die Dosierleitung abgegeben.

Mit Hilfe der integrierten Überwachung gleicht die Dosierpumpe den minimalen Rückfluss aus, indem die Hubfrequenz entsprechend des vorherrschenden Systemdrucks angepasst wird. Somit bietet das System eine doppelte Sicherheit: Um einen Air-Lock der Dosierpumpe zu verhindern, schafft das Rillenventil eine effektive Möglichkeit, Luftblasen frühzeitig zu komprimieren und auszustoßen. Kombiniert mit der Luftblasenerkennung und -kompensation wird darüber hinaus noch die Dosiergenauigkeit sichergestellt. Das System funktioniert auch bei Gegendrücken bis 10 bar und stellt so insbesondere beim Dosieren ausgasender Medien einen zuverlässigen, unterbrechungsfreien Dosierprozess mit exakt den geforderten Mengen sicher.

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