Digital dosieren

Dipl.-Ing. M. Ayatollahzadeh

Die Dosiermengeneinstellung der klassischen Dosierpumpen erfolgt manuell oder elektrisch über die Veränderung der Hub-länge, elektronisch über die Motordrehzahl, die Taktpausenregelung des Dosierhubes oder über eine Kombination von Hublängen- und Takt-/Pauseneinstellung. Die Veränderung des Hubvolumens führt besonders in unteren Dosiermengenbereichen oft zum Airlock oder zu Ansaugstörungen. Das Reduzieren der Dosiermenge durch Hubfrequenz- oder Takt-/Pausen-Regelung verursacht dagegen Mischungslücken bei mengenproportionalen Steuerungsaufgaben. Darüber hinaus sind die Anwender bei der richtigen Wahl der Dosiermengen-Einstellverfahren oft überfordert. Sobald die Dosierprozesse komplizierter werden, scheitern herkömmliche Dosierpumpen dann endgültig. Mangelnde Präzision und Ansaugprobleme bei der Kleinstmengendosierung, Blasenbildung bei ausgasenden Medien, hoher Chemikalienverbrauch bei konzentrierten Medien, Mischungslücken beim Dosieren viskoser Medien sind die Probleme, die die Anwender am meisten fürchten und worunter ihre Prozessqualität erheblich leidet. Umgekehrt verlangen immer komplexer werdende Dosierapplikationen nach Plug & Play-Dosierpumpen, die dem Bediener die Arbeit abnehmen und die ihre Prozesse sicher, wirtschaftlich und mit optimaler Präzision am Laufen halten.

Digitale Dosierpumpen mit dem höchsten Stand der Antriebstechnologie bieten den Anwendern eine neue Dimension in Bezug auf Bedienkomfort, Energieersparnis und Dosiercharakteristik. Der Einsatz von EC-Antrieben mit mehrsensorengesteuertem Regelkreis ermöglicht eine optimale Steuerung der Saug- und Dosierhubgeschwindigkeit, ohne Veränderung der Hublänge. Die Membranposition und damit der Volumenstrom werden fortwährend digital ermittelt und angesteuert. Der entscheidende Vorteil ist, dass stets mit vollem Hubvolumen angesaugt wird. Und je geringer der eingestellte Volumenstrom im Verhältnis zur maximalen Leistung ist, desto kontinuierlicher wird die Dosierung und desto geringer wird die Pulsation im Dosiersystem. Das ist ein wichtiger Faktor für ein störungsfreies Fördern ausgasender Medien und bei Installationen, die längere Saugleitungen erfordern.

Im manuellen Betrieb wird die Dosierleistung direkt in Liter oder Milliliter pro Stunde mit einer Auflösung von 1/800 der maximalen Leistung eingegeben und im Display angezeigt. Bei der mengenproportionalen Kontaktsignal-Steuerung erfolgt die Eingabe der erforderlichen Dosiermenge per Eingangsimpuls direkt in Milliliter, eine umständliche Berechnung ist nicht mehr erforderlich. Die Impulsabstände werden ständig ermittelt und die Dosiergeschwindigkeit über PID-Regler nachgeregelt. Im Gegensatz zu den üblichen Verfahren entsteht hierbei keine Dosierlücke zwischen den Impulseingängen.

Bei der Analogsignal-Steuerung lassen sich die Eingangssignale im gesamten Proportionalitätsbereich beidseitig frei einer definierten Dosiermenge zuordnen – eine wichtige Funktionalität für Applikationen, bei denen es um pH-Wertverschiebung und Kaskadensteuerung mehrerer Dosierpumpen geht.

Für die Chargendosierung werden die Chargenmenge in Liter und die Dosiergeschwindigkeit in Liter pro Stunde eingegeben. Somit lässt sich die Dosierung exakt an die Erfordernisse der Aufgabe anpassen: z. B. schnelle Dosierung bei Abfüllaufgaben oder kontinuierliche Dosierung während der Chargendauer. Chargendosierung mit Timerfunktion komplettiert diese Steuerungsart.

Die digitale Eingabe der Dosierleistung ohne Hubverstellung in Kombination mit der Kalibrierfunktion zur Anpassung an das Dosiermedium, die Zwanganlenkung der Membran (Positive Drive) sowie die optimierte Dosierkopf- und Ventilgeometrie bewirken eine für Membranpumpen sehr hohe Genauigkeit von ±1 %. Das sind entscheidende Faktoren für eine umweltschonende und kostenbewusste Chemikaliendosierung. Der Einstellbereich der Dosiermenge von 1/800 reduziert die Variantenzahl erheblich: mit einer Dosierpumpe und nur zwei Dosierkopfgrößen können Dosierleistungen von 75 ml/h bis 150 l/h abgedeckt werden. Die Markteinführung der nächsten Serie bis 940 l/h ist für Anfang 2007 geplant.

Dosiermembranen aus massivem PTFE haben im Vergleich zu Elastomer-Membranen mit PTFE-Beschichtung eine weit höhere Diffusionssicherheit gegen aggressive Chemikalien und eine höhere Druckfestigkeit. Mit dem Einsatz von Mehrschichtmembranen mit Drucksensorüberwachung ist eine optimale Prozesssicherheit gewährleistet. Bei einem Defekt der Arbeitsmembran dosiert die Pumpe mit ebenso robuster zweiter Membran weiter, ohne Unterbrechung des Prozesses. Gleichzeitig sendet das System ein Membranbruchsignal zur Abhilfe bei nächster Gelegenheit.

In der industriellen Produktion, z. B. bei der Teilereinigung und bei Abwasser-Recyclingprozessen, werden immer mehr viskose Chemikalien eingesetzt. Die gezielte Steuerung der Sauggeschwindigkeit, gepaart mit speziellen Ventilen und Nennweiten sowie die Zwangsanlenkung der Dosiermembran, führt zur Beherrschung und genauen Dosierung von viskosen Medien, ohne eine Vielzahl von Getriebeuntersetzungen. Realisiert ist diese Funktion in zwei so genannten Slow-Mode-Stufen:

Reduzierung der Dosiermenge um bis zu 60 % der maximalen Dosierleistung bei Medien von 1000 mPas und um bis zu 40 % der maximalen Dosierleistung bei Medien bis 2600 mPas.

Bisher wurden für die Dosierkontrolle der oszillierenden Dosierpumpen lediglich induktiv oder optisch die Fehlhübe ermittelt und dadurch ein Alarmsignal ausgelöst. Die digitale Antriebstechnik mit genau definierter Membranposition ermöglicht nun über einen Druckaufnehmer in der Dosierkammer eine exakte Darstellung und Diagnose des Dosierverlaufs (Indikatordiagramm). Dosierfehler, z. B. infolge von Kavitation, Luftblasen im Dosierkopf, Leckagen am Saug- und Druckventil, Systemüberdruck, Druckabfall nach einem Leitungsbruch, werden zuverlässig detektiert und eine Störungsmeldung ausgelöst. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, nach einer Fehlermeldung repräsentative Punkte des Indikatordiagramms aus dem Speicher abzurufen und zur Fehlerdiagnose heranzuziehen.

An eine kontinuierliche Überwachung und automatische umfassende Auswertung des momentanen Indikatordiagramms wird zur Zeit gearbeitet. Die Zukunft einer kennlinienbasierten Plug & Play-Membran-Dosierpumpe ist nah.

cav 401

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