Aus der Ferne steuerbar

Karsten Lauterbach

Die KNF-Membranpumpen mit elektronischer Temperaturregelung (Abb. 1) werden ab sofort mit RS232-Schnittstelle ausgestattet und mit einer eigens entwickelten Regelungssoftware geliefert, um eine Regelung der Pumpenkopfheizung über den PC zu ermöglichen. Wahlweise am PC oder – wie bisher – direkt an der Pumpe können Werte für folgende Variablen eingeben werden:

• Heizzyklusdauer,

• Startzeit,

• Soll- sowie

• Hysteresetemperatur; sie gibt an, um wie viel Grad die Solltemperatur unterschritten werden soll, bis die Heizpatrone wieder zu heizen beginnt.

Besonders praktisch ist eine Funktion, die höhere Prozesssicherheit bei den Analyseergebnissen sowie geringeren Energieverbrauch ermöglicht: Wird in der Software der Vorheiz-Modus aktiviert, startet die Pumpe erst dann, wenn der Pumpenkopf die gewünschte Betriebstemperatur erreicht hat. Somit ist ausgeschlossen, dass das zu analysierende Medium versehentlich gefördert wird, solange Bestandteile im Pumpenkopf möglicherweise auskondensieren können.

Sowohl in der Messtechnik und Produktion als auch in der Forschung kommen der Qualitätssicherung und der Dokumentation heute eine hohe Bedeutung zu. Hier unterstützt die Software den Anwender. Sie speichert für jeden Heizzyklus die eingegebenen Werte für Dauer, Startzeit, Soll- und Hysteresetemperatur zusammen mit den Ist-Temperaturen, die während der Zyklen im Pumpenkopf über den eingebauten Pt100-Messfühler gemessen wurden. Die Temperaturwerte werden über die Zeit als Verlauf in einem Diagramm dargestellt (Abb. 2) und können jederzeit aufgerufen und eingesehen werden. Die in der Eingabemaske der Abbildung 2 angezeigten Felder für Solltemperatur 2 und Hysteresetemperatur 2 sind Optionen für zweiköpfige Pumpen, an denen die Temperaturregelung der Köpfe unabhängig voneinander erfolgen soll.

Die aufgezeigten Funktionen, die die Regelung der Pumpenkopfheizung über den PC bieten, haben für den Anwender bedeutende Vorteile:

• Es lässt sich flexible auf unterschiedliche zu fördernde Gase und Förderbedingungen reagieren.

• Auch wenn aufgrund sich ändernder Bedingungen wechselnde Kopftemperaturen notwendig sind, kann die Pumpe ohne Eingriffe und Kontrolle betrieben werden, da die eingegebenen Heizzyklen automatisch abgearbeitet werden.

• Die Beheizung des Pumpenkopfes ist aus der Ferne steuerbar; dies ist beispielsweise dann bedeutsam, wenn die Pumpe in einem kontaminierten Raum steht.

• Jederzeit lässt sich für zurückliegende Zyklen nachvollziehen, zu welchem Zeitpunkt welche Temperatur im Pumpenkopf geherrscht hat.

Die Software wird von einer CD über einen einfachen Setup-Ablauf installiert und gestattet sowohl deutsche als auch englische Benutzerführung. Direkt nach Aufrufen des Fensters für die Dateneingabe spricht der PC die Temperatursteuerung der Pumpe an und meldet den Status: „Temperatursteuerung angeschlossen“ oder „Keine Temperatursteuerung angeschlossen“. Im letzteren Falle müssen der Anschluss vom PC zur Pumpe und die gewählte Schnittstelle überprüft werden. Die Temperaturen lassen sich in °C oder °F anzeigen und eingeben.

Die Pumpenelektronik ist nicht allein für den Anschluss an den PC vorbereitet, sondern bietet zusätzlich auf Wunsch die Option einer CAN-Schnittstelle. Sie erlaubt es, die Temperaturregelung in komplexe Prozessketten einzubinden und die Heizung des Pumpenkopfes von einer zentralen Leitstelle aus anzusteuern.

Zur Auswahl stehen drei Pumpenversionen mit Förderleistungen zwischen 10,5 und 30 l/min (bei atmosphärischem Druck). Die Pumpen erreichen Endvakua von 240 bzw. 233 mbar abs. und sind für einen maximalen Überdruck von 1,5 bar ausgelegt. Alle medienberührten Teile werden aus Aluminium oder Edelstahl – je nach Ausführung – und PTFE gefertigt; in der Werkstoffkombination Edelstahl-PTFE sind die Pumpen korrosionsbeständig. Wie alle Membranpumpen arbeiten auch diese Geräte wartungsfrei.

Großen Wert legten die KNF-Konstrukteure auf eine sehr gute Homogenität der Wärmeverteilung im Pumpenkopf. Sie ist Voraussetzung, um die Kondensation von Medienbestandteilen sicher zu verhindern. Deshalb ist der Pumpenkopf durch eine abnehmbare, aus vier Lagen bestehende Haube vollständig gekapselt (Abb. 3): Direkt am Pumpenkopf erfolgt die Isolation durch Luft, daran schließt sich eine innere Haube aus Edelstahl an, die die auftretende Strahlungswärme reflektiert. Es folgen ein Vlies aus Glasfasern und eine Schutzhaube aus Kunststoff. Zum Kurbeltrieb hin sorgen ein weiteres Vlies sowie eine Edelstahlplatte für Isolation. Diese patentierte Gestaltung der Kopfisolation wurde durch Finite-Elemente-Berechnungen optimiert.

Die aufwändige Isolierung des Pumpenkopfes sorgt zusätzlich dafür, dass sich die Pumpenumgebung kaum noch aufheizt. Somit werden sowohl Systembauteile etwa in einem Analysenschrank als auch die Antriebsteile der Pumpe vor thermischer Schädigung wirkungsvoll geschützt. Darüber hinaus bleibt der Energiebedarf der Kopfbeheizung gering, weil die Wärme im und am Pumpenkopf gespeichert wird. Schließlich schützt die Gestaltung der Kopfisolation vor Berührung heißer Oberflächen und gewährleistet die Abnehmbarkeit der Isolationshaube. Um eine lange Lebensdauer der Pumpen zu gewährleisten, müssen die Lager vor den im Pumpenkopf herrschenden Temperaturen geschützt werden. Dies gilt um so mehr, je näher die Lager am Pumpenkopf sitzen, mit anderen Worten: je kleiner die Pumpe ist. Die Membrane aus PTFE isoliert optimal und übernimmt diesen Schutz in hohem Maß.

Allerdings erfolgt eine Wärmeübertragung über die Verschraubung der Membrane mit dem Pleuel, der die Rotationsbewegung des Motors in die Auf- und Abwärtsbewegung der Membrane umwandelt. Für die kleinste der vorgestellten Pumpen wird deshalb zusätzlich zur aufwändigen Isolierung des Pumpenkopfes eine patentierte Geometrie des Pleuels genutzt. Das Besondere daran sind Kühlrippen, zu denen die durch die Membranverschraubung auf das Pleuel übertragene Wärme aus dem Pumpenkopf geleitet wird. Da sich der Pleuel ständig (oszillierend) bewegt, werden die Kühlrippen luftgekühlt.

Halle 8.0, Stand H 10-H11