Qual der Wahl

Oliver Engelke

Der Thermo-Füllkontrollregler (TFKR) wird eingesetzt zur ergebnisabhängigen Steuerung von diskontinuierlichen Filterzentrifugen. Der TFKR-Arm schwenkt hydraulisch angetrieben in der Zentrifugentrommel ein und aus und misst dabei den Füllstand von Suspension, Waschflüssigkeit oder Feststoff über ein in den Arm integriertes Potenziometer. Ein Thermoelement in der Spitze der TFKR-Kufe erfasst Temperaturänderungen durch die veränderte Reibung, wenn die Flüssigkeit in den Feststoff eintaucht (Eintauchpunkt-Temperatur). Der TFKR erkennt verschiedene Niveaus, die individuell produktbezogen eingestellt werden können.

Kuchenoberflächen bauen sind in der Regel nicht gleichmäßig auf und bilden somit Wellen aus. Dieses gleicht die TFKR-Steuerung durch eine intelligente Mittelwertbildung der Winkelpositionen aus. Somit wird eine hinreichend genaue Angabe der Füllhöhe sichergestellt.

Natürlich besitzt der TFKR eine Zulassung für den Ex-Bereich. Die Auswerteelektronik bzw. die Steuerung sind allerdings im Ex-freien Raum zu installieren. Der TFKR selbst wird bei Schälzentrifugen in die Tür eingebaut. Um ein Eindringen von Produkt über die Dichtungen der Welle zu verhindern, ist diese mit Sperrgas zu beaufschlagen. Hierfür sind zwei Spülanschlüsse vorgesehen.

Dieser Regler beruht auf dem Prinzip, dass Ultraschallwellen ausgesendet, reflektiert und ausgewertet werden. Es handelt sich also um ein berührungsloses Messsystem. Die einfache Ausführung (ohne Referenzmessung = UFKR) arbeitet mit einem Signal, das ähnlich einem Taschenlampenlichtstrahl in einen Spiegel ausgesendet und zurückgeworfen wird. Anhand der Laufzeit oder dem zeitlichen Abstand zwischen gepulstem Sendesignal und dem ankommenden Rücksignal wird die Weglänge errechnet. Daraus leitet sich wiederum die Füllhöhe ab, die analog dargestellt wird.

Ein solches System ist stark von den Bedingungen innerhalb der Zentrifuge abhängig. Die Laufzeiten werden z. B. von sich ändernder Atmosphäre, was durch Einbringung von Lösemittel durchaus nicht unüblich ist, beeinflusst. Mit einer solchen Aufgabenstellung stößt die Einstrahlausführung an ihre Grenzen. Für anspruchsvollere Anwendungen wurde ein Referenzsystem mit zwei Signalen entwickelt. Dabei dient ein Signal als konstante und bekannte Wegstrecke bzw. Referenz und das andere Signal zur Füllmessung. Mit der Referenz ist man nun in der Lage, sich ändernde Randbedingungen rechnerisch zu kompensieren. Dabei besteht die Möglichkeit, alle relevanten Werte zu parametrieren und somit auf nahezu jede Maschine abzustimmen.

Eingebaut wird der Sensor in der Tür oder dem Deckel der Zentrifuge. Der Sensor wird außerhalb in einer Schutzhaube installiert. Die beschichtete Sensorfläche hat Kontakt mit dem Maschineninneren. Je nach Maschinentyp kommt ein Spiegelarm oder lediglich der Konus der Trommel als Signalablenkung zum Einsatz.

Bei dem Sound-Füllkontrollregler (SFKR) handelt es sich um einen mechanischen Sensor, der mit seinem filigranen Fühler sehr sensibel auf Kontakt reagiert. Der SFKR ist eine logische Weiterentwicklung des TFKR, mit dem wesentlichen Unterschied, dass kein Temperatursprung detektiert werden muss, sondern der entstehende Schall bei Kontakt mit der Oberfläche ausgewertet wird.

Der SFKR wird bei Schälzentrifugen in die Tür eingebaut. Er kann für zwei Aufgaben eingesetzt werden. Zum einen zur analogen Höhenmessung des Kuchens und zum anderen zum Erkennen des Flüssigkeitseintauchpunktes. Dabei besteht die Möglichkeit, ihn auf ein zu definierendes Niveau einzustellen und damit quasi auf Lauerposition zu bringen oder mittels Abtastfunktion immer wieder auf Suche nach dem aktuellen Niveau zu schicken. Bei Kontakt mit der Oberfläche meldet er die gefundene Höhe über einen Drehwinkelgeber an die angeschlossene Steuerung. Die Soundfunktion ist optional erhältlich und wertet mittels Schallsensoren die Geräuschpegel bei Kontakt aus. Daraus schließt die Steuerung darauf, ob sich auf der Oberfläche Flüssigkeit oder Feststoff befindet. Diese Information ist für viele Abläufe im Prozess hilfreich.

Dieser Füllsteuergeber besteht aus einem Fühlerlöffel, der über Wellenstumpf und Welle an einem Steuerkopf mit einer Pneumatikbaugruppe angeschlossen ist. In die Zentrifuge wird er, wie alle anderen Füllregler auch, über einen Flansch der Zentrifugentür verschraubt, eingebracht. Die Dimensionierung richtet sich ganz an den jeweiligen Bedürfnissen der Maschinengeometrie aus. Es stehen zwei Varianten zur Verfügung. Eine sogenannte Einfachausführung und eine Normalausführung. Der Unterschied besteht darin, dass sich die Einfachausführung mittels Werkzeug mechanisch auf die jeweils gewünschten Maximal-Niveaus verstellen lässt. Die Normalausführung hingegen lässt durch einen I/P-Umformer die Einnahme beliebig vieler verschiedener Füllniveaus zu. Natürlich ist hierfür dann eine SPS notwendig, die der entsprechenden Programmierung bedarf.

Dem Benthien wird nachgesagt, dass er, unter der Voraussetzung der Realisierung einer reibungsarmen Mechanik, nahezu spritzfrei arbeitet. Der Grund ist darin zu finden, dass bereits das sich aufbauende Luftpolster über dem Filterkuchen ausreichend ist, den Benthien auszulenken.

Ein System zur radiometrischen Messung besteht aus einem Sender und einer Antenne (Detektor). Sender und Empfänger werden gegenüberliegend außerhalb der Maschine an einer exakt zu bestimmender Position montiert. Solche Systeme sind im Ex-Bereich einsetzbar, da verschiedene Hersteller entsprechende Zertifikate bereithalten. Der Sender strahlt z. B. im Falle von Cäsium 137 mit 7,4 GBq aus, um die Maschine zu durchleuchten. Beim Aufbau des Filterkuchens ändert sich die zu empfangende Strahlung am Empfänger. Diese Änderung kann wiederum ausgewertet werden. Der Detektor liefert in der Regel ein 4…20 mA-Signal. Störstrahlung kann normalerweise erkannt und kompensiert werden. Die Umgebungstemperatur sollte nicht höher als +45 °C sein. Diese Füllstandsmessung ist relativ unabhängig von Druck oder Vakuum, hohen Produkttemperaturen oder Turbulenzen.

Die Vorteile dieser Messmethode liegen auf der Hand: berührungslose, kontinuierliche Messung des Füllstandes, an alle Gefäßformen anpassbar, automatische Zerfallskompensation, keine beweglichen Teile und niedriger Wartungsaufwand. Der große Nachteil dieser Methode: Aufgrund der Strahleraktivität ist ein Strahlungsschutzbeauftragter notwendig und es existiert um die Maschine ein relativ großer Gefahrenbereich.

Füllkontrollregler verwenden nahezu alle erdenklichen physikalische Prinzipien, um eine intelligente Steuerung von Zentrifugen in der Füll- und Waschphase zu ermöglichen. Durch die doch große Auswahl kann für beinahe jedes Produkt der richtige Regler gefunden werden.

Der Einsatz von solchen Reglern ist aber nicht nur eine wichtige Frage bei der Anschaffung einer Neumaschine, sondern sollte vielmehr auch gestellt werden, wenn Optimierungspotenzial an existierenden Anlagen erkannt wird. Hier kann eine Nachrüstung signifikante Durchsatzsteigerungen bewirken, sodass sich eine solche Investition sehr schnell amortisiert.

Online-Info www.cav.de/0910482