Digital Dosing

Dipl.-Ing. Bernd Eggert

Insbesondere bei kleinen Mengen und aggressiven Medien haben sich Membranpumpen bewährt. Die Dosierpumpen DME und DMS (Abb. 1) zeichnen sich im Wesentlichen durch den harmonischen, oszillierenden Antrieb über ein Schubkurbelgetriebe mit Exzenter und die feste Membrananlenkung aus. Während viele herkömmliche Kompakt-Dosierpumpen mit einem Magnetantrieb und einer federbelasteten Rückholeinrichtung ausgerüstet sind, ist beim Digital Dosing-Konzept der Baureihen DME/DMS die Bewegung der Membran über die gesamte Druck- und Saugphase zwangsgesteuert, also formschlüssig.

Die DME/DMS-Aggregate arbeiten stets mit voller Hublänge. Die Veränderung der Dosiermenge erfolgt allein über die Hubfrequenz und Variation der Hubgeschwindigkeit (DME). Insbesondere im kontinuierlichen Betrieb bietet die Frequenzsteuerung mit konstanter Hublänge ein nahezu pulsationsfreies Dosieren ohne Druckspitzen. Dadurch wird nicht nur eine hohe Dosiergenauigkeit, sondern aufgrund der geringeren mechanischen Belastung auch eine erhöhte Lebensdauer der Membran und der gesamten Dosieranlage erzielt. Herkömmliche Dosierpumpen hingegen produzieren Druckstöße bis zum 2,5fachen der Grundeinstellung, was den Membranverschleiß erhöht. Zudem lässt sich durch das kontinuierliche Dosieren eine Reaktionsüberhitzung vermeiden oder auf nachgeschaltete, statische Mischer verzichten.

Da die Baureihen DME/DMS mit konstanter Hublänge arbeiten, ist das Totraumverhältnis über den gesamten Leistungsbereich konstant. So können selbst auskristallisierende Medien zu einem gewissen Grad störungsfrei gefördert werden. Der entscheidende Vorteil der Pumpen liegt aber beim Dosieren von ausgasenden Medien wie Natriumhypochlorit oder Wasserstoffperoxid. Das Medium wird bei jedem Druckhub wieder aus dem Pumpenkopf verdrängt und sammelt sich nicht in den verbleibenden Toträumen als Gas an. Dadurch lässt sich auch bei kleinem Dosiervolumen eine hohe Dosiergenauigkeit erreichen. Speziell für die in der industriellen Praxis häufig genutzte impulsgesteuerte Dosierung bietet diese Technologie gute Voraussetzungen. Sobald die gewünschte Dosiermenge pro Impuls eingestellt ist, sorgt die Pumpe für eine nahezu gleichmäßige Zufuhr des Additivs über den gesamten Zeitraum zwischen zwei Impulsen. Dadurch wird eine quasi-kontinuierliche Dosierung erzielt, im Gegensatz zu der sonst üblichen Stoßdosierung bei magnetangetriebenen Membranpumpen. Aufgrund dieser kontinuierlichen Dosierung wird auch bei kleinsten Dosiermengen das Additiv an der Impfstelle gleichmäßig mit dem zu beaufschlagenden Medium vermischt.

Der grundlegende Unterschied zwischen DME- und DMS-Pumpen besteht in der Art ihres elektronisch geregelten Antriebsmotors. Im Gegensatz zur traditionellen Dosiermengeneinstellung über die Variation der Hublänge und Hubfrequenz wird bei den DME-Pumpen über einen mikroprozessorgesteuerten Schrittmotor die Hubgeschwindigkeit während des Druckhubes gesteuert (Abb. 2). Dabei läuft der Schrittmotor im kontinuierlichen Betrieb, sodass sich die Förderphase bei kleinen Mengen über einen sehr langen Zeitraum erstrecken kann. Der Schrittmotor und die Prozessorsteuerung in den DME-Pumpen bieten darüber hinaus eine Reihe weiterer Funktionen, die den Betrieb erleichtern und den jeweiligen Prozess optimieren. Manuelle Betriebsarten sind ebenso möglich wie Impulssteuerung, Chargendosierung, Steuerung per Analogsignal (4-20 mA), über Timer oder über eine Bus-Schnittstelle. Der weite Einstellbereich von 1:1000 und ermöglicht es, mit nur fünf verschiedenen Pumpen den Fördermengenbereich von 0,002 bis 48 l/h und Drücke bis 18 bar abzudecken. Motor, Antriebseinheit und Elektronik sind gegen Überlast und gegen Überhitzung intern geschützt. Ein automatisiertes Kalibrierungsprogramm und eine 100%-Funktion zur schnellen Entlüftung und Spülung runden die Eigenschaften ab.

In der DMS-Serie variiert ein Synchronmotor die Hubfrequenz entsprechend der eingestellten Dosiermenge. Der DMS-Motor arbeitet getaktet mit konstanter Drehzahl über einen vollen Hub und stoppt zwischen den Zyklen, falls erforderlich. Durch automatisches Erhöhen oder Verringern der Hubfrequenz stimmt die DMS die Dosiermenge auf die Anforderungen ab. Die Pumpen decken mit nur vier verschiedenen Typen und zwei Steuerungsvarianten einen Fördermengenbereich von 0 bis 12 l/h gegen maximal 11 bar ab. Der Einstellbereich liegt hier bei 1:100. Die Typen DMS-A können extern über einen Impuls-, 4…20-mA-Analog- und Niveausensoreingang angesteuert werden, die Basisversion DMS-B besitzt keine externe Ansteuermöglichkeit. Motor, Antriebseinheit und Elektronik sind gegen Überlast und gegen Überhitzung intern geschützt.

Die Pumpen der Baureihen DME/DMS dosieren Chemikalienlösungen für die Behandlung von Betriebs-, Prozess-, Heizungs-, Kesselspeise- und Kühlwasser. Darunter fallen alkalisch und sauer reagierende Flockungshilfsmittel, Phosphate und Silikate sowie Aluminiumchlorid, Chloramin und Schwefelsäure. Für die verschiedenen Fördermedien sind sowohl Pumpenköpfe als auch Ventile in unterschiedlichsten Materialvarianten verfügbar. Die textilverstärkte EPDM-Membran ist mit PTFE beschichtet. Die DME-Pumpen verfügen zusätzlich über einen Betriebsmodus, der die Dauer des Saughubes verlängert und damit besonders bei der Dosierung von Medien höherer Viskosität (bis zu 500 mPas) und geringer Zulaufhöhe das Kavitationsrisiko begrenzt.

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cav Herr Eggert, warum nimmt der traditionelle Kreiselpumpenhersteller Grundfos nun auch Dosierpumpen, also Verdrängerpumpen in das Produktportfolio auf?

Eggert Grundfos hat bereits in den 40er Jahren mit einer Kolbenpumpe, also einer klassischen Verdrängerpumpe begonnen und hat auch heute noch Kolbenpumpen für die Wasserversorgung im Programm. Hintergrund der Entscheidung für die Dosierpumpe ist, dass wir in vielen Anwendungen mit unseren Kreiselpumpen stark vertreten sind und mit den Dosierpumpen das Produktprogramm für unsere Kunden abrunden können. Mit den Kreiselpumpenbaureihen und den neuen Dosierpumpen erhält der Anwender, beispielsweise im Bereich Wasseraufbereitung, alle notwendigen Pumpen aus einer Hand. Und als weltweit vertretenes Unternehmen gewährleisten wir auch für unsere Dosierpumpen einen entsprechenden Service.

cav Es gibt bereits eine ganze Reihe etablierter Dosierpumpenanbieter. Was unterscheidet Ihr Angebot vom Wettbewerb?

Eggert Grundfos hat sich zum Ziel gesetzt, Technologie-Marktführer zu sein. Das gilt selbstverständlich auch für die neuen Dosierpumpen. Ein intensives Benchmarking und Kundenbedarfsanalysen im Vorfeld haben ergeben, dass leicht und sicher bedienbare Pumpen mit hoher Dosiergenauigkeit auch im unteren Förderbereich und mit einer möglichst hohen Leistungsbreite gefragt sind. Die aus unserer Sicht logische Konsequenz war ein komplett neues Antriebskonzept zu realisieren das diesen Anforderungen gerecht wurde. Das Resultat ist ein Exzenter-Schubkurbelgetriebe mit oszillierender, festangelenkter Membran, angetrieben über einen mikroprozessorgesteuerten Motor. Durch die Realisierung der festen Membrananlenkung, sowohl die Saug- als auch die Druckphase sind zwangsgesteuert, in Verbindung mit der Steuerungselektronik schaffen wir die Voraussetzungen für Dosierpräzision und Bedienerfreundlichkeit.

cav Welche Vorteile bietet diese Technologie nun dem Anwender?

Eggert Die Zwangsteuerung bedeutet, dass die Position der Membran und damit die geförderte Dosiermenge jederzeit exakt definiert sind. Als Resultat gewährleisten unsere Pumpen sehr sanfte, kontrollierte Dosierzyklen in einem weiten Leistungsbereich von etwa 1:1000 – das gab es bislang in dieser Klasse nicht, der Anwender musste für eine solche Leistungsbreite stets mehrere Pumpen bereithalten. Der Betreiber muss sich zudem nicht mehr mit indirekten Parametern wie Hublängen oder Hubfrequenzen herumschlagen, er stellt bei unseren Aggregaten einfach die Dosiermenge in Liter oder Milliliter pro Zeiteinheit ein. Und schließlich bieten unsere Dosierpumpen dem Anwender durch die höhere Dosierpräzision eine deutlich bessere Prozesskontrolle, er spart dadurch Chemikalien und somit Kosten ein und letztendlich schont er damit auch die Umwelt.