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Für kompakte volumetrische Füllanlagen

Magnetisch-induktive Durchflussmesser aus Edelstahl
Für kompakte volumetrische Füllanlagen

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Die magnetisch-induktiven Durchflussmesser der Baureihen Batchflux und Batchcontrol wurden für den Einsatz in volumetrischen Abfüllmaschinen entwickelt. Sie haben Nennweiten von 2,5 bis 40 mm. Dieser Nennweitenbereich erlaubt eine optimale Anpassung an Füllmengen von weniger als 20 ml bis weit über 50 l. Beispielsweise können die kompakt gebauten Durchflussmesser in Abfüllmaschinen für kohlen-säurehaltige und -freie Getränke sowie für Milchprodukte eingesetzt werden.

Friedrich Hofmann

PET-Flaschen sind in der Getränkeindustrie auf dem Vormarsch. Sie sind bruchsicher, haben ein niedriges Gewicht und führen so zu niedrigen Transportkosten. Allerdings machen PET-Flaschen neue Füllmethoden notwendig. Bei präzise gleicher Füllhöhe beinhalten sie individuell unterschiedliche Füllvolumen. Ursachen dafür sind die unterschiedliche Ausdehnung durch die Druckbeaufschlagung beim Abfüllen kohlensäurehaltiger Getränke und Form-änderungen durch Reinigungsprozesse bei Mehrweg-PET-Flaschen. Die klassische Höhen-Füllmethode stellt daher nicht sicher, dass immer das gleiche Volumen in jede Flasche gefüllt wird. Das erreicht man nur mit volumetrischer Abfüllung.
In volumetrischen Abfüllprozessen bewährt
Magnetisch-induktive Durchflussmesser (MID) haben ihre Eignung für die volumetrische Abfüllung elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten in vielen tausend Einsätzen auf Füllmaschinen bewiesen. Folgende Vorteile sprechen für ihren Einsatz in volumetrischen Füllanlagen:
• linear, genau, langzeitstabil, reproduzierbar,
• arbeiten weitestgehend unabhängig von Viskosität und Dichte,
• sehr gute hygienische Eigenschaften durch glatten Durchgang und Fehlen von Spalten und Toträumen,
• einfache sichere Reinigbarkeit, CIP-/SIP-fest,
• keine bewegten Teile, damit kein Verschleiß und keine Wartung.
Die magnetisch-induktiven Durchflussmesser verursachen keinen zusätzlichen Druckverlust. Ferner gibt es im Messrohr keine inneren Dichtungen.
Robust und kompakt
Vom Gehäuse- bis zum Leiterkartendesign orientiert sich die gesamte Gerätekonzeption der Batchflux- und Batchcontrol-Durchflussmesser an den Anforderungen, die der Einsatz in Füllmaschinen stellt. Abbildung 2 zeigt den Aufbau einer volumetrischen Füllstelle mit einem magnetisch-induktiven Batchflux-Durchflussmesser. Die robusten, kompakt gebauten Geräte haben ein 50 mm breites Edelstahl-Feingussgehäuse. Ihre kleine Bauform spart Platz und erlaubt die Konstruktion von kompakten Abfüllmaschinen für kleine Gebinde.
Die Durchflussmessgeräte der Baureihen Batchflux und Batchcontrol – letztere sind in Kürze erhältlich – stehen in Nennweiten von 2,5 bis 40 mm zur Verfügung. Dieser Nennweitenbereich erlaubt eine optimale Anpassung an Füllmengen von weniger als 20 ml bis weit über 50 l. Der Zusammenhang zwischen der Nennweite und dem empfohlenen Durchfluss im Abfüllprozess ist in der Tabelle dargestellt.
Die Batchflux-Geräte besitzen einen fein skalierbaren Pulsausgang. Er kann bis maximal 10 000 Impulse pro Sekunde programmiert werden, beispielsweise auf einen Impuls für jedes durchgeflossene Volumen von 0,1 ml (10 000 Impulse pro Liter). Diese Impulse werden an den Batchcomputer übertragen. Ist dort die voreingestellte Impulszahl eingetroffen und somit die gewünschte Menge abgefüllt, schließt er das Ventil (Abb. 2).
In die Batchcontrol-Durchflussmesser ist ein intelligenter Batchcontroller integriert. Dieser steuert direkt über einen Hauptkontakt und zwei einstellbare Vorkontakte direkt und ohne externen Batchcomputer bis zu drei Ventile an einer Füllstelle und erlaubt damit eine sehr feine Dosierung. Auch die Nachlaufkorrektur wird von dem integrierten Batchcontroller automatisch und genau durchgeführt. Volumenvorgaben können zentral ohne Öffnen der Gehäuse über eine als Standard vorhandene Profibus-Schnittstelle geändert werden.
Digitale Aufzeichnung des Füllvorganges
Die Elektronikmodule im Batchflux und Batchcontrol sind durch den internen IMoCom-Bus (Internal Modular Communication) verbunden. Dieser Bus überträgt alle Mess- und Betriebsdaten. Mit einem Handterminal oder PC kann darüber die Einstellung von Pulsskalierung, Messbereichsendwert usw. erfolgen. Der IMoCom-Bus erlaubt auch die Aufzeichnung des Füllvorganges mit hoher Zeitauflösung auf dem PC. Durch dieses Feature lassen sich das dynamische Verhalten des Ventils und der Durchfluss während der Abfüllung untersuchen und dokumentieren (Abb. 3). Damit kann der Füllmaschinen-Hersteller seine Anlage und den Abfüllvorgang hinsichtlich Leistung, Produktschonung und Reproduzierbarkeit der Füllmengen optimieren.
Messrohr aus Aluminiumoxid-Keramik
Die Batchflux- und Batchcontrol-Geräte haben Messrohre aus feinkornstabilisierter Al2O3-Keramik, die Platinelektroden sind spalt- und totraumfrei eingesintert. Das äußerst formstabile Messrohr hat eine Oberflächenrauigkeit Ra 0,8µm und ist beständig gegenüber allen CIP-Medien, Heißdampf sowie Säuren und Basen wie Salpetersäure oder Natronlauge. Im Gegensatz zu Rohren, die mit Kunststoff ausgekleidet sind, fließt dieses Messrohr nicht. Es zeigt keinerlei Dampfdiffusion und gewährleistet auf diese Weise eine hohe Langzeitstabilität.
Bis auf die Deckeldichtung sind alle Komponenten aus Edelstahl gefertigt und voll verschweißt. Das gilt auch für die Gewindestutzen der M12 x 1-Stecker. Das Elektronikmodul ist ohne Einstellarbeiten leicht austauschbar. Bei Störungen muss der Bediener nur den Deckel öffnen und das Elektronikmodul ohne Lösen von Schrauben oder Steckern austauschen. Ein Neuabgleich des Gerätes ist nicht notwendig. Hervorzuheben ist außerdem, dass die Batchflux-Geräte sehr energiesparend arbeiten; sie ziehen bei 24 V nur eine Leistung von 3 W.
Hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit
Bei der Konzeption des Batchflux IFM 5012 K berücksichtigten die Konstrukteure alle Stärken und Schwächen der Vorgängergeräte: Während in der Vergangenheit Kunststoff-Steckergehäuse mit O-Ring-Abdichtung verwendet wurden, die bei der Montage oder Wartung leicht zerstört werden konnten, ist der IFM 5012 K mit einem Stecker-gehäuse aus Edelstahl ausgestattet. Es wird direkt auf das Gehäuse des Batchflux geschweißt und ist daher bruch- und verdrehsicher und absolut dicht. Auch der Deckel und die Deckeldichtung weisen interessante Details auf: Der steife Deckel aus Edelstahlfeinguss komprimiert die Dichtung gleichmäßig über ihre gesamte Fläche. Die so realisierte Dichtungslösung ist beständig gegen Schaum- und Reinigungsmittel, mit denen Füllmaschinen im Sterilbereich von außen gereinigt werden.
Die magnetisch-induktiven Durchflussmessgeräte Batchflux und Batchcontrol werden Stück für Stück im direkten Vergleich mit eichamtlich überwachten Volumen kalibriert (Unsicherheit u003E 0,03%). Auf diese Weise lässt sich eine Messabweichung von maximal 0,3% sicherstellen. Bei Nennweite kleiner 10 mm liegt dieser Wert bei 0,5%. Aufgrund dieser hohen Genauigkeit lassen sich die Geräte problemlos austauschen, ohne dass die betroffene Füllstelle kalibriert bzw. korrigiert werden muss. Für hohe Prozesssicherheit sorgt auch der Umstand, dass sämtliche Elektronikeinsätze im Klimaschrank hinsichtlich Zuverlässigkeit und Temperaturstabilität geprüft werden. Man setzt die Elektronikeinsätze hierbei zyklischen Temperaturwechseln zwischen -20 und 60 °C aus.
Auslieferung mit voreingestellten Betriebsparametern
Der Füllmaschinen-Hersteller ermittelt bei der Entwicklung seiner Anlage mit Hilfe der IMoCom-Schnittstelle die optimalen Betriebsparameter. Diese werden dann vor der Auslieferung in den Batchflux-Durchflussmessgeräten eingestellt. Der Füllmaschinen-Hersteller muss die vorkonfigurierten Messgeräte nur noch einbauen.
Halle 9.2, Stand H31-J36
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