Mikroprozessorgesteuerte Membrandosierpumpen für die Prozesstechnik

Intelligent eingebunden

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Die mikroprozessorgesteuerten Dosierpumpen gamma/L und Sigma lassen sich universell auch in komplexe Produktionsabläufe einbinden. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch sicheren und zuverlässigen Betrieb aus.

Dipl.-Ing. Bernd Freissler, Michael Rummer

Für die kontrollierte Zuführung flüssiger Chemikalien in chemische Prozesse haben sich Membranpumpen, die nach dem oszillierenden Verdrängerprinzip arbeiten, weitgehend durchgesetzt. Da diese Pumpentypen keine bewegten Dichtflächen haben, ist der Dosierraum nach außen vollkommen dicht. Gefahren für die Umwelt lassen sich so minimieren.
Die Mengenregulierung kann bei oszillierenden Verdrängerpumpen sowohl über die Änderung des Hubvolumens als auch über die Änderung der Hubfrequenz erfolgen, da zu diesen beiden Parametern ein lineares Verhältnis besteht. Interessant ist dabei neben der manuellen besonders die automatische Verstellmöglichkeit. Für die Integration in einen vollautomatischen Arbeitsprozess ist entscheidend, dass die Dosierpumpen über entsprechende Schnittstellen zur Verarbeitung vorhandener Steuersignale verfügen. Erst durch den Einsatz modernster Mikroprozessortechnik, wie bei der ProMinent gamma/L und Sigma, ist es ohne zusätzliche Signalverarbeitungs- bzw. -transformationsgeräte möglich, alle Standardsignale wie z. B. Kontakt- und Analogsignale direkt für die Pumpensteuerung zu nutzen.
Die Baureihen gamma/L und Sigma bieten die Möglichkeit der Kalibrierung, d. h. anstatt wie bisher die Dosiermenge mittels einzustellender Hublänge und Hubfrequenz zu berechnen, besteht nun die Möglichkeit, sich die Dosiermenge direkt in l/h anzeigen zu lassen. Das große hinterleuchtete LC-Display gewährleistet eine gute Lesbarkeit aller angezeigten Größen in einem Blickwinkel bis 45°. Durch (wiederholten) Druck auf die i-Taste können alle zur jeweiligen Betriebsart gehörenden Informationen abgerufen werden. Dies schafft eine große Sicherheit vor Fehlern beim Programmieren der Pumpe und bei der Kontrolle während des Betriebs in einer der vier möglichen Betriebsarten Manual, Extern-Contact, Batch und Analog. Um einen Pumpenstillstand wegen Chemikalienmangels zu vermeiden, verfügt die Pumpe über einen Eingang für einen zweistufigen Niveauschalter mit Vorwarnung. Zur Überwachung jedes einzelnen Pumpenhubes kann druckseitig ein Strömungswächter angeschlossen werden. Die Anzahl der Fehlhübe, nach denen die Pumpe auf Störung geht, ist einstellbar und lässt sich so an die Prozessanforderungen anpassen. Über ein optionales Relais können diese Störmeldungen an die Leitstelle weitergeleitet werden.
Bedien- und Ansteuerungsmöglichkeiten
Wie oben erwähnt, wird die Dosierleistung im Manualbetrieb über die Hublänge und Hubfrequenz eingestellt. Die Extern-Contact-Ansteuerung arbeitet mit potentialfreien Kontakten. Hier wird die Hubfrequenz der Pumpe durch ein Steuergerät, beispielsweise Kontaktwassermesser oder Dulcometer-Mess- und -Regelgerät, vorgegeben. Optional lassen sich die eingehenden Kontakte im Bereich von 0,01 bis 99,99 unter- oder übersetzen, um so eine optimale Anpassung an das Steuergerät zu ermöglichen. Falls die Steuerkontakte schneller eingehen als die Pumpe sie abarbeiten kann, lassen sie sich mit der Funktion Memory zwischenspeichern.
Die Betriebsart Batch ist eine Variante der externen Ansteuerung über potentialfreie Kontakte. Hier besteht die Möglichkeit der Chargendosierung mit einer Impulsübersetzung von 1 bis 65 535 Hüben pro eingehendem Startkontakt oder Druck auf die P-Taste der Pumpe, wahlweise mit Memory-Funktion.
Mit der Option Analogansteuerung 0/4…20 mA kann die Hubfrequenz der Pumpe proportional, umgekehrt proportional oder auch mit Grundlast ferngesteuert werden. Dadurch kann die gamma/L wie auch die Sigma als Dosierpumpe mit eingebautem Proportionalregler eingesetzt werden. Dies stellt eine äußerst kostengünstige Alternative zu herkömmlichen Systemen dar.
Wird die Pumpe zusätzlich mit der Profibus-Schnittstelle ausgestattet, so erhält der Betreiber gesicherte Informationen über die aktuellen Betriebsparameter. Als wichtigste seien genannt: Einstellung der Hublänge, der Hubfrequenz, Literleistung pro Stunde, aufsummierte Dosierleistung seit letztmaliger Speicherlöschung sowie alle Fehlermeldungen mit Fehlerursache.
Eine Besonderheit ist der optionale 2-Wochen-Timer. Beim zeitgesteuerten Betrieb der Pumpe arbeitet der Timer wahlweise im Stunden-, Tages-, Werktages-, Wochenend-, Wochen- sowie Zwei-Wochen-Rhythmus. Die Einschaltzeiten können von 1 Sekunde bis 2 Wochen eingestellt werden. Neben dem Starten und Stoppen der Pumpe kann auch die Betriebsart gewechselt sowie ein oder zwei der optional lieferbaren Relais geschaltet werden. Damit ist es beispielsweise möglich, vor dem Dosieren ein Rührwerk einzuschalten und, falls erforderlich, auch nachlaufen zu lassen. Völlig neue Perspektiven ergeben sich für die ereignisgesteuerte Variante des Timers. Hier wird auf einen externen Startkontakt hin oder zu einer vorher festgelegten Uhrzeit ein Programm gestartet, das aus bis zu 80 verschiedenen Punkten wie Pumpe Start, Stopp, Umschaltung auf externen Kontaktbetrieb für eine vorgegebene Zeit usw. bestehen kann. Auch hier können die Relais in das Programm mit einbezogen werden, so dass auch andere elektrische Geräte geschaltet werden können.
Durch die Überlagerung der beiden Varianten sind den Einsatzmöglichkeiten praktisch keine Grenzen gesetzt. Die gamma/L mit integriertem Timer kann Programmsteuerungen, die mit herkömmlichen Zeitschaltuhren arbeiten, komplett ersetzen. Neben der Kosteneinsparung ist vor allem auch die Platzeinsparung ein Vorteil – und das alles bei Schutzart IP 65.
Anwendungsbeispiel
Ein typisches Applikationsbeispiel für die gamma/L mit integriertem Timer (Abb. 1) ist die Desinfektion im Kühlkreislauf. Die Dosierung von Desinfektionsmittel in das Nachspeisewasser erfolgt Wassermesser gesteuert, die Pumpe läuft dazu in der Betriebsart Extern-Kontakt. Einmal pro Woche wird die Konzentration angehoben, die Pumpe läuft dazu im Intern-Betrieb für eine Stunde mit Maximalfrequenz und geht danach wieder automatisch in den Extern-Kontakt-Betrieb. Um ein ungewolltes Absalzen während dieser Schockdosierung zu verhindern, wird die Leitwertmessung für zwei Stunden mittels eines Relais deaktiviert. Bei Bedarf lässt sich die Schockdosierung mit der damit verbundenen Verkettung auch zwischenzeitlich durch einen externen Impuls starten.
Alle Möglichkeiten des Timers sind über die Tastatur der Pumpe zugänglich und nutzbar. Da mit dem Timer auch sehr umfangreiche Programmabläufe realisiert werden können, wird ein Programmierkit angeboten werden, das die Eingabe der Parameter per PC bzw. Laptop erlaubt. Das fertige Programm wird dann mit einem speziellen Kabel in die Pumpe eingespielt.
Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit
Moderne Dosierpumpen bieten neben der vielfältigen Ansteuerungsmöglichkeit auch ein höchstmögliches Maß an hydraulischer Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit. Mit der Motordosierpumpengeneration Sigma und Hydro ist es ProMinent gelungen, die Sicherheits-Features der Pumpen im unteren und mittleren Druckbereich bei einem günstigen Preis-Leistungs-Verhältnis zu integrieren.
Für die Fördereinheit der Sigma (Leistungsbereich bis 1000 l /h; bis 12 bar) steht optional eine Sicherheitsmembran zur Verfügung. Gemeinsam mit einer Kopfscheibe aus chemikalienbeständigem Kunststoff trennt diese das Antriebsgehäuse vom Förderteil und schützt somit den Antrieb bei Membranbruch vor Korrosion. Durch diese Membranbruch-Signalisierung bleibt der Förderraum bei Membranbruch nach außen hermetisch abgeschlossen. Dies bietet den Vorteil, dass die Dosiermedien nicht unkontrolliert aus der Pumpe austreten können. Gleichzeitig wird über eine LCD-Anzeige der Membranbruch signalisiert. Wahlweise kann bei dieser Störung ein Weiterdosieren (Notbetrieb) oder ein Stoppen der Dosierpumpe vorprogrammiert werden.
Zum Schutz vor Überlastung der Pumpe und den daraus resultierenden Folgeschäden sind alle Dosierkopfvarianten mit einem integrierten Überströmventil für die Druckstufen 4, 7, 10 und 12 bar erhältlich (Abb. 2). Dies bedeutet für den Anwender eine erhebliche Kosteneinsparung, weil auf zusätzliche Armaturen zum Schutz vor Überlastung verzichtet werden kann. Als weiteren Vorteil bietet das integrierte Überströmventil die Möglichkeit, die Saugleitung beim Anfahren der Anlage problemlos zu entlüften.
Hydraulik-Membrandosierpumpen
Die Dosiereinheit der Dosierpumpenbaureihe Hydro ist standardmäßig mit einer PTFE-Mehrschicht-Membran ausgerüstet. Im Falle eines Membranbruchs wird eine Druckerhöhung zwischen den Membranschichten durch einen außenliegenden Sensor erfasst und als elektrisches Kontaktsignal dem Betreiber gemeldet. Trotz dieses Bruches bleibt die Mehrschicht-PTFE-Membran sowohl zum Dosiermedium als auch zum antreibenden Hydraulikraum hin absolut dicht. Es kann weder zu einer Belastung der Umwelt durch austretende Chemikalien kommen noch wird das Dosiermedium durch Hydrauliköl verschmutzt. Zum Zeitpunkt der Membranbruchmeldung bleibt die Dosierleistung der Pumpe stabil, es kommt zu keiner Beeinträchtigung des Prozesses, und es besteht keine Gefahr für die Dosierpumpe und für die Umgebung.
Darüber hinaus ist die Hydraulikeinheit der Hydro-Dosierpumpen (Abb. 3) standardmäßig mit einem integrierten Überdruckventil ausgestattet. Bei einer Überschreitung des maximal zugelassenen Gegendruckes um ca. 10% öffnet das Überdruckventil und das Hydrauliköl wird im Kreis gepumpt. Sobald sich die Druckverhältnisse stabilisiert haben, schließt das Überdruckventil und die Pumpe läuft normal weiter.
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