Dosierprozess komplett unter Kontrolle

Neue Hightech-Dosierpumpe für präzise Dosieraufgaben

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09.10.2018 Ventile sind bei Membrandosierpumpen das A und O: Um eine besonders präzise Dosierung zu erreichen, werden bei einer neuen Dosierpumpe zwangsgesteuerte Ventile eingesetzt.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Zwangsgesteuerte Ventilkegel-Membranen ersetzen in der Dosierpumpe Ritmo R15 die in der Dosiertechnik fast ausschließlich eingesetzte Kugelventiltechnik.
  • Die Ventile sind dabei mit der Membranbewegung koordiniert. Der Dosiereingang ist so unabhängig vom Dosierausgang.
  • Die neue Anordnung der Drucksensorik und Hublängenerfassung sorgt für eine hohe Betriebssicherheit.

Der technische Fortschritt von Membrandosierpumpen hat sich in den letzten Jahren in erster Linie auf die Ausschöpfung der rasanten Entwicklung mikroelektronischer Bauteile, geregelter Magnet- und Schrittmotorantriebe sowie sensorüberwachter Volumenströme konzentriert. Gleichmäßige, pulsationsarme Ausstoßvorgänge sind heute z. B. für viele Anwendungen nahezu zum Standard geworden.

Ventiltechnisch sind Membrandosierpumpen weiterhin mit den bewährten saug- und druckseitigen Kugelventilen ausgestattet. Für eine Vielzahl von Anwendungen ist diese Ventiltechnik alternativlos. Nachteile einer eingeschränkten Dosiergenauigkeit bei Klein- und Kleinstdosiermengen oder der Empfindlichkeit gegenüber Gasanteilen im Fluid bzw. Ausgasungseffekten werden mit einer geeigneten Mess- und Regeltechnik minimiert.

Gibt es dazu technische Alternativen ? Als Spezialist zwangsgesteuerter Ventiltechnik hat sich Fink Chem+Tec dieser Fragestellung gewidmet. Das Ergebnis der Entwicklung ist, als Nachfolger der Voll-PTFE-Dosierer Ritmo R05, die neue Pumpengeneration Ritmo 15. Die neuen Dosierpumpen verfügen in ihrer Voll-PTFE-Ausstattung über eine sehr hohe Chemikalienbeständigkeit gegenüber aggressivsten Fluiden, Säuren, Laugen, Lösungsmitteln.

Das Herzstück der Pumpe besteht aus einem kompakten Pumpenkörper mit Pumpenkammer, optimierter Arbeitsmembran und Ventilen und ist aus virginalem, nachverdichtetem PTFE gefertigt. Die PTFE-Ventile schließen gegen den PTFE-Pumpenkörper. Es gibt keinen anderen Werkstoff und keine zusätzlichen Dichtungen, mit denen das Förderfluid in Berührung kommt und dessen Chemikalienbeständigkeit hinterfragt werden muss. Die Voll-PTFE-Ausstattung sorgt zudem für Produktreinheit, FDA-Konformität und ist metallfrei bis in den ppt-Bereich.

Unabhängig vom Dosierausgang: variable Ventilaktorik

Zwangsgesteuerte Ventilkegel-Membranen ersetzen in der Ritmo R15 die in der Dosiertechnik fast ausschließlich eingesetzte Kugelventiltechnik. Die Ventile, koordiniert mit der Membranbewegung, überschneiden sich in ihrer Schließstellung und erreichen hermetisch dichte Arbeitszustände zwischen der Saug- und der Druckseite der Pumpe. Der Dosiereingang ist deshalb vollkommen unabhängig vom Dosierausgang, gleichgültig in welcher Betriebsphase sich der Dosierer befindet. Dosierpumpen mit zwangsgesteuerten Ventilen sind deshalb außerordentlich robust, selbstansaugend und vakuumtauglich. Selbst aus hohem Vakuum können noch Produkte ausgeschleust werden. Externe Druckhalteventile sind nicht erforderlich und sparen Investitionen.

Die variable Ventilaktorik der neuen Dosierpumpe versteht sich nicht nur auf ein pures Öffnen und Schließen der Kegelmembran-Ventile, sondern auf ein aktives Anpassen an die Fluideigenschaften und Druckdifferenzen zwischen der Saug- und Druckseite. Kleine Schrittmotoren, gesteuert durch die Pumpenelektronik, übernehmen die Bewegungsabläufe der Ventile. Der jeweilige Öffnungsgrad des Ventils kann in Abhängigkeit der konkreten Applikation vorgegeben werden. Große Ventilöffnungen tragen z. B. höheren Viskositäten des Fluids Rechnung, indem sie die Füllung der Pumpenkammer in adäquater Zeit erleichtern. Ansaugbedingungen für ausgasende Fluide können verbessert werden.

Extrem kleine Ventilöffnungen sind in vielfältigen Vakuumanwendungen hilfreich. Geringste Ventilübergänge reduzieren eine schwallartige Entleerung der Pumpenkammer in das anliegende Vakuum und ermöglichen gleichmäßige, pulsationsarme Dosierungen auf Trennflächen in Destillationskolonnen. Geringste Ventilöffnungen ermöglichen zudem gleichmäßige Gasdosierungen und Gasverdünnungen unter Vordruckbedingungen bis in den ppb-Bereich. Durch die zwangsgesteuerte Ventiltechnik wird zudem eine Return- und Clean-Funktionalität erreicht: Mit einer Rückförderung wird der Anwender nicht zwingend mit der Handhabung aggressiver und gesundheitsschädigender Restmengen konfrontiert. Die Clean-Funktion, ebenfalls ein Novum in der Membrandosiertechnik, erlaubt ein Spülen oder Durchblasen und somit das Reinigen des Pumpenkopfes, indem beide Ventile gleichzeitig geöffnet und ein freier Durchgang durch den Pumpenkopf geschaffen wird. Beide Funktionen tragen daher neben ihren praktischen Vorteilen auch zu einer hohen Prozess-Sicherheit und Kostenersparnis bei.

Die Druckerfassung erfolgt weder durch einen Drucksensor unmittelbar in der Pumpenkammer noch durch einen separat im Pumpengehäuse installierten Drucksensor, verbunden mit einer Kapillare zum Pumpenkopf. Stattdessen wurde der Drucksensor in die Antriebsachse der Dosierpumpe verlagert. Die Druckerfassung ist so vor Korrosion geschützt, störunempfindlich und betriebssicher gegenüber Verunreinigungen und Schmelzen. Dennoch wird der Druckverlauf vollständig überwacht.

Der Anwender muss sich keine Gedanken zum Korrosionsschutz mehr machen und die Gefahr der Verblockung einer Kapillare zum Drucksensor, beispielhaft durch Kältebrücken einer erstarrten Schmelze, bedarf keiner separaten Sicherheitsbewertung.

Präziser Hubweg wird in Echtzeit erfasst

Geregelte Magnet- und Schrittmotorantriebe sind in den letzten Jahren mehr oder weniger zum Stand der Technik geworden. Die Membranauslenkung erfolgt stets in voller Hublänge. Die Vorteile für den Anwender sind gravierend, beschränken sich aber nicht nur auf die direkte Vorgabe der gewünschten Dosierrate. Ein stets konstanter, maximaler Hubweg stellt sicher, dass nun wenig Totvolumen verbleibt. Zudem steigt die Genauigkeit – auch im Kleinstdosierbereich erreicht die Pumpe Genauigkeiten unter 1 %. Die dem Volumenstrom angepasste Hubfrequenz mit zugeordneter Ausstoßgeschwindigkeit führt zu extrem langen Ausstoßzeiten und auf diesem Wege zu quasi kontinuierlichen Dosierabläufen. Der Dosierhub ist stoßfrei, ohne Druckspitzen, verschleißarm und nahezu pulsationsfrei. Die Pumpe verfügt über eine elektronische Hubwegerfassung, welche eine Echtzeitüberwachung des gesamten linearen Hubweges ermöglicht.

Die Messwerterfassung ist in die Antriebsachse der Dosierpumpe integriert und unterliegt keinen korrosiven Einflüssen. Mechanische oder elektronische Störungen in der Übertragung der Bewegungsabläufe zur Membran werden sofort detektiert. Der interne, elektronische Abgleich einer lückenlosen Positionserfassung mit einer Endlagenüberwachung, einer Druckerfassung und interner Temperaturkompensationen macht die Dosierpumpe zu einer selbstdiagnosefähigen Dosiereinheit. Das intelligente Vernetzen trägt zur Prozess-Sicherheit der Dosierpumpe und somit der gesamten Versuchsapparatur bzw. Technika-Anlage bei.

Die Dosierpumpe ist kompakt und wartungsfrei. Mit drei Baugrößen deckt sie ein Spektrum von 35 µl/min bis 500 ml/min bei Gegendrücken bis 18 bar ab. Die Pumpe ist vielseitig einsetzbar und kann in spezieller Anpassung als Abfüll-, Probenahme-, Misch- oder Verdünnungspumpe eingesetzt und mit heiz- bzw. kühlbaren Pumpenköpfen nachgerüstet werden.

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Heftausgabe: Oktober/2018

Über den Autor

Dieter Fink ist Geschäftsführer von Fink Chem+Tec
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