Kleine Menge exakt dosiert

Dipl.-Ing. Dieter Fink

Anspruchsvolles Dosieren beschränkt sich nicht nur auf die exakte Zugabe eines Fluides in einen Reaktions- oder Mischprozess. Es wird zunehmend erforderlich, das zu fördernde Fluid unter exakt vorgegebenen Verfahrensparametern zu dosieren. Schmelzen dürfen nicht auskristallisieren, Lösemittel nicht ausgasen, Fluide sind möglichst gleichmäßig, auch unter Vakuumbedingungen auf Trennflächen aufzubringen. Die Dosierpumpen Ritmo 05 werden in besonderen Modifizierungen diesen anspruchsvollen Vorgaben gerecht, insbesondere bei der Kleinmengendosierung im Labor und Technikum. Sie sind in Voll-PTFE-Ausführung gefertigt. Es gibt keinen anderen Werkstoff, auch keine zusätzlichen Dichtungen, mit denen das Förderfluid in Berührung kommt. Die Dosierpumpe ist deshalb nahezu universell chemikalienbeständig gegen Säuren, Laugen oder Lösemittel. Auch der weitere kons-truktive Aufbau des Dosierers unterscheidet sich von bisher bekannter Membranpumpentechnologie. Die Oszillation der Membran wird durch die Kombination eines hochauflösenden Schrittmotors mit einer spielfreien Kugelumlaufspindel sichergestellt. So lässt sich eine exakte, zwangsgeführte, kraftschlüssige Übertragung der Motorbewegung auf die Arbeitsmembran erreichen. Das Öffnen und Schließen der Pumpenein- und -ausgänge erfolgt über Ventilmembrankegel. Diese werden über Hubmagnete getaktet und sichern absolut dichte Arbeitszustände. Das zwangsweise Schließen der Ventile, die Entkopplung der Membranbewegung von den Öffnungs- und Schließvorgängen der Ventile und ein variabler Druckhub sowie die hohe Präzision der Bauteile begründen die hohe Genauigkeit des Dosiervorgangs. Anwendungen sind z. B. ausgasende Fluide, Gasdosierungen, Fluide mit erhöhten Viskositäten, synchrone, mengenproportionale Dosierungen mehrerer Edukte, Ausschleusungs- und Probenahmeapplikationen oder auch Anwendungen im Hochvakuumbereich. Nicht zuletzt bietet die Handhabung der Dosierpumpe dem Anwender Vorteile. Sie reduziert sich auf die Eingabe der Förderrate und den Start. Der Pumpenkopf muss vor dem Start nicht entlüftet werden. Auch große Ansaughöhen erfordern nicht zwingend ein Befüllen der Dosierpumpe. Die Bedienung ist über das Bediendisplay und die Folientastatur überschaubar und einfach angeordnet.

Neben der umkomplizierten Eingabe der Förderrate bietet die Bedieneroberfläche eine hohe Funktionalität und einen schnellen Zugriff auf wichtige Bedienoptionen, die aus der Kombination von zwangsgesteuerter Ventil- und Schrittmotortechnik möglich wurden. Übersichtlich angeordnete Tastaturen erlauben ein schnelles Befüllen oder Entleeren, Spülen, Rückfördern oder auch Reinigen und Sterilisieren des Pumpenkopfs. Bei Betätigen der Max-Funktion arbeitet die Dosierpumpe mit maximaler Leistung, z. B. für ein schnelles Entlüften und Befüllen der Apparatur bei einer Erst-inbetriebnahme. Nach Ablauf der Befüllzeit kann die Pumpe mit der gewünschten Dosierrate weiterarbeiten.

Die Return-Funktion ermöglicht das Rückwärtsfördern. Eine Apparatur kann nach der Anwendung leer gefahren werden, indem das verbleibende Fluid im Pumpenkopf und in der Apparatur in die Vorlage zurückgefördert wird. Der Anwender wird nicht zwingend einer Handhabung mit aggressiven und gesundheitsschädigenden Restmengen ausgesetzt. Aber auch teure Einsatzstoffe, kostbare Restmengen müssen nicht verworfen oder entsorgt werden, sondern können in der Vorlage aufgenommen werden.

Die Clean-Funktion erlaubt ein Spülen oder Durchblasen und somit das Reinigen der Dosierpumpe im eingebauten Zustand. Dazu werden mit Aktivierung dieser Funktion beide Ventile gleichzeitig geöffnet und ein freier Durchgang durch den Pumpenkopf geschaffen. Auf diese Weise sind Reinigungs- und Spülvorgänge der Apparatur von der Vorlage, über Leitungen, dem Pumpenkopf bis zum Reaktionsgefäß möglich. Zudem ist es möglich, die hohe Chemikalienbeständigkeit des PTFE-Werkstoffes zu nutzen und den Dosierer mit aggressiven Reagenzien zu betreiben, um z. B. Sedimente aufzulösen. Ein nachfolgendes Fördern/Spülen mit Wasser, ein anschließendes Spülen mit z. B. Aceton und danach ein Weiterpumpen mit Luft reinigt und trocknet den Pumpenkopf vollständig.

Das Dosieren viskoser Produkte (größer 800 mPas) bereitet Membrandosierpumpen kleiner Dosierraten aufgrund der geringen Querschnitte der Anschlüsse und interner Bohrungen oft Probleme. Auskristallisierende Produkte sind nicht weniger kritisch. Kältebrücken während des Dosiervorganges können den Dosierkopf, Verschraubungen oder Leitungen zusetzen. Für solche Einsatzbedingungen stehen Dosierpumpen mit elektrisch beheizbaren oder thermostatisierbaren, d. h. heiz- oder kühlmittelversorgten Dosierköpfen zur Verfügung. Der Pumpenkopf, aber auch die Ventil- und Membranflanschflächen werden mit wärmeisolierendem Material gekapselt, um die Wärmeverluste an den kritischen Stellen, d. h. vor allem im Ventilbereich und im Übergang zum Pumpenantrieb zu minimieren. Auch elektrisch beheizte Schläuche oder beheizbare Absperrarmaturen können in den beheizbaren Dosiervorgang eingebunden werden, um dem Anwender letztendlich eine komplette Systemlösung von der Vorlage bis zum Reaktionsgefäß bieten zu können. Über zwei geeignete Steckverbinder werden die externen saug- und druckseitigen Heizschläuche von der Dosierpumpe aus mit elektrischer Energie versorgt und die Ist-Temperatur jedes Heizschlauchs zurückgeführt.

Auch den sicherheitsrelevanten Aspekten einer Chemikalienbeheizung wurde besonderes Augenmerk geschenkt. Die Sicherheitsabschaltung der Beheizung, in aller Regel über Bimetallschalter realisiert, wurde mit einer Zusatzsteuerung aufgerüstet. Zunächst trennt ein Bimetallschalter bei Überschreitung der Arbeitstemperatur um einen vorgegebenen Differenzbetrag die Energieversorgung der Pumpenkopfbeheizung. Nach Abfall der Überhitzungstemperatur auf die Arbeitstemperatur aktiviert der Bimetallschalter die Heizung jedoch nicht wieder. Diese Sicherheitsphilosophie erlaubt den unbeaufsichtigten 24-h-Betrieb.

In einer weiteren Ausführungsform verfügen die Dosierpumpen über eine Anbindung an einen Heiz- oder Kühlkreislauf, indem der Pumpenkopf mit entsprechenden Heiz- oder Kühlkanälen ausgeführt wird. Für beheizbare Dosiervorhaben mit analogen Anwendungskriterien wie elektrisch beheizbare Pumpenköpfe wird der Pumpenkopf an einen Thermostat angeschlossen. Ausgasende Produkte haben die unangenehme Eigenschaft, durch ihren Gasanteil im Fluid eine genaue Dosierung unmöglich zu machen. Nur wenn es gelingt, die Ausgasung zu unterdrücken, darf man von einer genauen Flüssigdosierung ausgehen. Um dies zu erreichen, wird der kühlbare Pumpenkopf in einen externen Kühlkreislauf mit Kryostat eingebunden. Ventile, Arbeitsmembran und Pumpenkammer werden unmittelbar von einem Kühlmittel umspült. In Abhängigkeit der Leistungsfähigkeit des angeschlossenen Kryostats können Temperaturen von -20 °C in unmittelbarer Nähe der Membranen erreicht werden. Gekühlte Dosierer können zudem in der Ansaugphase mit einem verzögerten Ansaugvorgang betrieben werden. Die Arbeitsmembran saugt extrem langsam und schonend das Fluid an. Mögliche Kavitationen werden auf ein Minimum reduziert. Durch die Kombination dieser Maßnahmen können ausgasende Flüssigkeiten und sogar Flüssiggase exakt in der Flüssigphase dosiert werden. Phosgenierungen, Dosierung von NO2, Blausäuren, Peroxiden, Amine etc. werden möglich und erweitern bei entsprechender Konfiguration die Einsatzmöglichkeiten der Dosierpumpe.

Um dem Anwender auch in dieser Ausführungsform eine geschlossene beheizbare oder kühlbare Systemlösung anbieten zu können, werden auch externe Wärmeträgerheizschläuche für die Saug- und Druckseite der Dosierpumpe in den Heiz- oder Kühlkreislauf eingebunden. Wärmeträgerheizschläuche sind Schlauch-in-Schlauch-Systeme, in denen das Dosiermedium in einem PTFE-Innenschlauch geführt wird, während der Wärmeträger oder das Kühlmedium in einem Wärmeträgerschlauch das Dosierfluid umspült. Der Wärmeübergang erfolgt über eine zwischengelagerte Wärmeleit- und Schutzmantelung und ist über die gesamte Heizschlauchlänge sichergestellt. Für den Anschluss an den Dosierpumpenkopf ist der Wärmeträgerschlauch bifilar im Wärmeträgerheizschlauch verlegt. Zu- und Ablauf erfolgt an einer Schlauchseite. Vom Thermostat kommend wird der saugseitige Heizschlauch am Pumpenkopf, d. h. in unmittelbarer Nähe des saugseitigen Ventils angeschlossen. Die Temperaturregelung erfolgt über den Thermostat/Kryostat. Die Ist-Temperatur am Pumpenkopf kann im Display abgelesen oder auch ausgelesen werden.

cav 451

Ritmo 05

Hersteller Membrandosierpumpen