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Für den rauen Industriealltag

Pumpen- und Sensortechnik aus einer Hand
Für den rauen Industriealltag

Zu seinen Kernkompetenzen zählt Grundfos auch die Entwicklung und Fertigung der elektronischen Komponenten einer Pumpe. Denn nur eine spezifische Sensorik/Elektronik ist in der Lage, das Pumpensystem bestmöglich an die Betriebsbedingungen anzupassen. Neuestes F&E-Produkt ist ein Silizium-basierter 3-in-1-Sensor: Er baut nicht nur sehr klein, sondern arbeitet auch präzise und ist äußerst robust – bestens geschützt durch amorphes Metallglas.

Wendelin Wineberger

Seit einem Jahr sind die 3-in-1-Sensoren bei Single Temperiertechnik im Einsatz. Das Unternehmen mit Sitz in Hochdorf ist zugleich auch Großabnehmer für vertikale, mehrstufige Hochdruckpumpen von Grundfos.
Mit 100 Mitarbeitern hat sich Single auf das Temperieren in Produktionsprozessen spezialisiert und offeriert Geräte, die entsprechend temperiertes Wasser (20 bis 200 °C) bzw. Öl (ab 150 bis 350 °C) zur Verfügung stellen. Single-Temperiertechnik findet man heute nicht nur in der Kunststoffindustrie, sondern auch im Maschinenbau, in galvanischen Betrieben, in der chemischen Industrie, bei pharmazeutischen Unternehmen und sogar in der Nahrungsmittelindustrie. Dort geht es häufig um das Temperieren doppelwandiger Behälter, in denen ein definiertes Temperaturprogramm zu fahren ist: Eine Charge wird in einer bestimmten Zeit aufgeheizt oder abgekühlt, zum Teil mit einer definierten Gradientenfunktion.
Hohe Anforderungen
„Wasser bei normalen Temperaturen zu fördern, das können viele Pumpen. Bei uns geht es aber oft um höhere Temperaturen – da brauchen wir spezielle Ausführungen, die wir bis 180 °C einsetzen können. Hinzu kommen besondere Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit – sprich: Wir brauchen Edelstahlausführungen. Bei sehr vielen Anwendungen greifen wir deshalb zu Pumpen von Grundfos“, erläutert Geschäftsführer Frank Spork. Konkret sind das mehrstufige Hochdruckpumpen der Baureihen CRI und CR sowie mehrstufige Eintauchpumpen MTH. Als Besonderheit kommen vielfach CR-Aggregate in der speziellen Air-Cooled-Top-Ausführung bis 180 °C zum Einsatz. Bei dieser Produktvariante ist die Gleitringdichtung durch ein zusätzlich eingebautes luftgekühltes Kopfstück vom Pumpenkörper getrennt. Das luftgekühlte Kopfstück verhindert eine übermäßige Wärmeübertragung vom Pumpenkörper auf die Gleitringdichtung, die auf der Oberseite des luftgekühlten Kopfstückes sitzt. Für das luftgekühlte Kopfstück selbst ist keine externe Kühlung erforderlich.
Die Gleitringdichtung wird durch das Fördermedium geschmiert, das der Dichtung mittels Zulaufkanälen durch das Kopfstück zufließt. Da Gleitringdichtungen aufgrund mechanischer und technologischer Limitierungen hohen Temperaturen auf Dauer nicht standhalten, ist die luftgekühlte Gleitringdichtung in vielen Fällen eine wirtschaftliche Alternative zu wellendichtungslosen Ausführungen.
Weil das Geschäft vielfach international ist, müssen die Pumpen unterschiedlichen Vorschriften genügen und die Motoren für diverse elektrische Spannungen ausrüstbar sein. Grundfos ist auf solche Anforderungen vorbereitet. Jahr für Jahr ordert Single rund 1000 Pumpen dieses Herstellers.
Technisch unterscheiden sich Single-Prozess-Thermostate von herkömmlichen Geräten u.a. durch eine präzise Prozesskontrolle. Frank Spork: “ Wer temperiert, sollte auch den Durchfluss kennen! Nur die Kombination aus Temperatur- und Durchflussüberwachung bietet dem Anwender eine hohe Prozesssicherheit.“
Die Durchflusssensoren, die in den Thermostaten zum Einsatz kommen, stammen mittlerweile vielfach von Grundfos. Hintergrund: Der herkömmliche, bisher eingesetzte Sensor war im Vergleich zur Grundfos-Technik teurer und lieferte zudem weniger präzise Messwerte. Spork: „Die Entscheidung pro Grundfos fiel uns also sehr leicht!“ Nicht nur in Thermostaten, auch in den von Single angebotenen Wasserverteilern für Werkzeugmaschinen arbeiten Durchflusssensoren von Grundfos: „So kann der Anwender genauer als zuvor überprüfen und kontrollieren, wie viel Wasser in jedem Kreislauf unterwegs ist.“
Vorteile nutzen
Bei der Direct Sensor genannten Entwicklung handelt es sich um einen mikromechanischen Halbleitersensor (MEMS, Mikro-Elektro-Mechanisches System). Produziert wird der Sensor in einer eigenen Wafer-Fabrik der Reinheitsklasse 10.
Die 3-in-1-Sensoren erfassen den Durchfluss, den Druck oder den Differenzdruck und generieren zugleich ein Temperatursignal. Interessant ist: Durch die zeitgleiche Messung der Temperatur kann deren Einfluss auf die Druckmessung unmittelbar korrigiert werden. Mit Hilfe eines Mikroprozessors werden die Messsignale kalibriert und weiterverarbeitet; sie stehen dann als analoges oder auch digitales Signal zur Verfügung.
Die besondere Innovation besteht in der direkten Messung auf einem Silizium-Chip. Im Gegensatz zu konventionellen Sensoren, die entweder aufwendig gekapselt oder ungeschützt dem Medium ausgesetzt sind, sorgt eine porenfreie Oberflächenbeschichtung aus amorphem Metallglas für einen dauerhaften Schutz des Sensor-Chips – selbst gegenüber aggressiven Medien. Diese neuartige Sensortechnik ermöglicht nicht nur ein sehr kompaktes Design, sie ist auch äußerst robust. Der quasi unmittelbare Kontakt zum Medium gewährleistet zudem eine schnelle Ansprechzeit, eine akkurate Messung mit großer Bandbreite sowie eine hohe Wiederholgenauigkeit.
Die Sensoren widerstehen auch harten Umgebungsbedingungen, wie z. B. sehr kalkreichen oder auch magnetithaltigen Wässern. Selbst bei extremen Säuren und Laugen (pH 2 bis pH 11) in Kombination mit hohen Temperaturen ist ein zuverlässiger Schutz und eine einwandfreie Sensorfunktion gesichert.
Die Vorteile der Mikro-Sensoren auf einen Blick:
  • der unmittelbare Kontakt mit dem Medium ermöglicht eine höhere Messgenauigkeit (bei hoher Wiederholgenauigkeit): Druck ± 2 %; Differenzdruck: ± 2 %; Durchfluss: ± 1,5 %; Temperatur: ± 1,5 °C
  • aufgrund der kurzen Antwortzeiten sind schnellere Messungen realisierbar (< 1 s bzw. < 2,5 s bei Temperaturmessungen)
  • das kompakte Design verursacht nur minimale Druckverlust
  • Produktion gemäß den international anerkannten Six-Sigma-Standards (sichert eine gleichbleibend hohe Qualität)
Konkret kommen bei Single Vortex-Durchflusssensoren der Baureihe VFS mit integrierter Temperaturmessung zum Einsatz. Diese arbeiten nach dem im Jahr 1912 von Theodore von Karman erforschten und nach ihm benannten Prinzip der Karmanschen Wirbelstraße. Der Hauptvorteil dieses Messverfahrens liegt darin, dass keine beweglichen Bauteile die Betriebssicherheit beeinflussen. Der Sensor liefert dauerhaft und driftfrei ein genaues Messsignal. Zugleich ist die Messung unabhängig von Druck, Temperatur und Dichte des Mediums.
Der Vortex-Sensor besteht aus Messstrecke, Messelement und einem dreieckförmigen Verwirbelungselement, an dem sich beidseitig die Wirbel ablösen. Herzstück des Sensors ist der oben beschriebene Silizium-MEMS-Sensorchip, der durch eine hochwertige Beschichtung für einen dauerhaften Schutz des Sensors auch bei aggressiven Flüssigkeiten sorgt.
Die Kombination aus Temperatur- und Durchflussmessung und der kompakte Sensoraufbau führen zu einer deutlichen Kostenreduzierung für OEM-Kunden. Aufgrund der Messkombination ist dieser Sensor beispielsweise prädestiniert für das Erfassen von Wärmeleistungen bzw. Wärmemengen oder auch zur Regelung einer konstanten Auslauftemperatur. Es stehen Sonderversionen zur Verfügung, z. B. für die Integration der Sensoren in Armaturen, Baugruppen und Wasserverteilblöcken.
Online-Info www.cav.de/0310454
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