Bronkhorst

Von der Waage zum Inline-Wiegen

Mai 11, 2021 Jos Abbing

​Besonders exakte Dosierung mit Durchflussmessern statt Waagen

Bei der Dosierung von Inhaltsstoffen wie Aromen und Düftstoffen denkt man, ganz unabhängig von der Branche, um die es geht, beim Messinstrument zuerst an eine Waage. Doch spricht eigentlich etwas gegen die Verwendung eines Durchflussmessers?
 
„Ein Durchflussmesser?“ werden sich viele fragen. Ja, ein Durchflussmesser ist ein Inline-Wiegesystem, das diverse Vorteile im Vergleich zu einer konventionellen Waage bieten kann, insbesondere bei Dosierungsprozessen für Inhaltsstoffe.
 

Dosierung von flüssigem Impfstoff in der Flasche mit Durchflussmessern

Das Inline-Wiegesystem ermöglicht die sehr schnelle Dosierung von Zusatzstoffen und semikontinuierlichen Prozessen. Lassen Sie sich überzeugen und verwenden Sie anstelle eine Waage einen Durchflussmesser zur exakten Dosierung von Flüssigkeiten und Inhaltstoffen.

 

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Eigenschaften einer Waage

  • Statische Messung
  • Stufenweise Dosierung
  • Batch-Prozess

Eigenschaften eines Durchflussmessers

  • Inline-Messung
  • Paralleldosierung / Clusterdosierung
  • Semikontinuierlicher Prozess

Waage gegen Durchflussmesser

Fangen wir mit der Waage an: Eine Waage eignet sich für statische Messungen. Sie benötigt ein paar Sekunden, um sich zu stabilisieren und optimale Genauigkeit und Wiederholgenauigkeit zu garantieren. Wenn eine Flüssigkeit in Bewegung ist und sich erst beruhigen muss, kann es etwas länger dauern.
 
Bei der Dosierung werden die Zusatzstoffe stufenweise in einem sequenziellen Verfahren dosiert. Wenn nur eine Waage zur Verfügung steht, ist es nicht möglich, mehrere Zusatzstoffe gleichzeitig hinzuzufügen.

Durchflussmesser für die Dosierung von Zusatzstoffen
Durchflussmesser für die Dosierung von Zusatzstoffen

Dies ist nur möglich, wenn ein Durchflussmesser als Inline-Wiegesystem verwendet wird. Ein Durchflussmesser in Kombination mit einer Pumpe oder einem Ventil ermöglicht die zeitgleiche Dosierung mehrerer Zusatzstoffe. Das Ergebnis ist ein semikontinuierlicher Dosierungsprozess anstatt eines Batch-Prozesses. Die Kombination eines Durchflussmessers mit einer Pumpe sorgt außerdem für einen direkt gesteuerten Prozess, d.h. dass der Durchflussmesser die Pumpengeschwindigkeit direkt anpassen kann.

Batch-Prozesse sind zugegebenermaßen nicht so aufwendig, doch muss dabei jede Charge kontrolliert, abgefüllt und im Hinblick auf Risiken wie Inkonsistenz, Produktionsverlust, Verfügbarkeit und benötigtem Lagerraum für Zusatzstoffe(Vormischungen) überprüft werden. Produktänderungen können für beträchtliche Überholungs- und Einrichtungskosten sorgen. 
 
Semikontinuierliche Prozesse sind grundsätzlich eine gute Möglichkeit, um Abfall oder Überschussbestände zu reduzieren und mehr Produkte in kürzerer Zeit zu produzieren. Fehler können einfacher erkannt und korrigiert werden, da die Prozesse – auch im Dosierungszyklus – direkt gesteuert werden, was der Kontinuität zugutekommt.

Sprühöl auf Backschalen in der Lebensmittelproduktion

Dosierungsprozess mit einer Waage

Um eine rasche Befüllung mit einer Waage zu ermöglichen, werden oft hochkonzentrierte Zusatzstoffe in einem Batch-Behälter vorgemischt, bevor sie dem Produktionsprozess hinzugefügt werden. Zwischen den einzelnen Batches müssen die Vormischungsbehälter und Teile der Abfüllanlage entleert und gereinigt werden, um wechselseitige Kontaminierung zu verhindern und Hygienestandards zu gewährleisten.
 
Außerdem muss während des Wiegens jeglicher (mechanische und physische) Kontakt mit der Waage vermieden werden, um die Genauigkeit der Waage nicht zu beeinträchtigen.

Sequenzieller Dosierprozess
Sequenzieller Dosierprozess

Wenn Sie mehrere Inhaltsstoffe mischen oder die Dosiervorrichtung eine lange Verarbeitungszeit hat, verdunsten die Inhaltsstoffe in einem gewissen Umfang. Die Verdunstungsrate hängt von der Größe der Flaschenöffnung, der Temperatur und dem Typ der Trägerflüssigkeit ab.

Die Verwendung flüchtiger, gefährlicher oder geruchsintensiver Zusatzstoffe verursacht eventuell eine Geruchsbelästigung der Umgebung und in manchen Fällen auch hohe Risiken für die Gesundheit, Sicherheit und Umwelt (HSE). Um eine solche Freisetzungsquelle zu kontrollieren, sind oft weitere Sicherheits-, Belüftungs- und mechanische Maßnahmen erforderlich.
 
Im Vergleich dazu beschreibe ich nun das Inline-Wiegen mit einem Durchflussmesser:

Vorteile des Inline-Wiegens mit einem Durchflussmesser

1. Schnellere Dosierung

Das Vormischen entfällt bei einer Inline-Massendosierung, da die Abfüllung in der Endphase des Produktionsprozesses bedarfsgerecht oder sogar direkt in den entsprechenden Behälter oder die entsprechende Flasche erfolgt. Gering dosierte Zusatzstoffe in Milligramm oder Gramm können jederzeit in weniger als einer Sekunde hinzugefügt werden. Änderungen lassen sich leicht umsetzen, auch im Verlauf des Produktionszyklus.
 

Moderne (Massen-)Durchflussmesser mit integrierten Hochgeschwindigkeitsdosierungsreglern (PID) sind äußerst exakt und können dank direkter Steuerung eines Ventils oder einer Pumpe als Inline-Waage für Maßeinheiten von Kilogramm bis Milligramm eingesetzt werden. Es ermöglicht eine präzise und einfache Dosierung einzelner oder mehrerer Inhaltsstoffe, und zwar parallel, schnell und mit hoher Wiederholbarkeit.
 
Weitere Informationen zu schneller Batch-Dosierung finden sich in unserem Blogbeitrag „Schnelle Batch-Dosierung in der Getränkeabfüllung“.
 

Mehr über Batch-Dosierung
Schnelle Dosierung in der Getränkeabfüllung
Schnelle Dosierung in der Getränkeabfüllung

2. Systemverfügbarkeit

Die allgemeine Systemverfügbarkeit steigt, da eine normale Reinigung zwischen Batches nicht im selben Umfang wie zuvor erforderlich ist. Die Art des Inline-Prozesses verhindert Abweichungen zwischen einzelnen Batches. Die Dosierungsqualität ist hoch, da minimale Korrekturen während des Dosierungsprozesses durchgeführt werden, um Änderungen bei z.B. Druck, Viskosität und Temperatur auszugleichen.

Beispiel für die Dosierung von Flüssigkeiten mit On-Board-Firmware auf Durchflussregler
Beispiel für die Dosierung von Flüssigkeiten mit On-Board-Firmware auf Durchflussregler

3. Semikontinuierliche (Cluster-)Dosierung von Inhaltsstoffen

Ein charakteristisches Merkmal der Inline-Massendosierung ist die Möglichkeit, mehrere Zusatzstoffe in einem gemeinsamen Dosierungsschritt parallel zu dosieren, woraus sich eine semikontinuierliche Prozesseinrichtung ergibt.
 
Der integrierte Hochgeschwindigkeitsdosierungsregler mit smarter Dosierungs-Firmware ermöglicht absolute Genauigkeit und Geschwindigkeit mit automatischen Korrekturmechanismen, ohne dass eine komplexe PLC-Software benötigt wird. 
 

​4. Risikoreduzierung

Da die Dosierung sehr schnell erfolgen kann, können Verluste durch Verdunstung erheblich reduziert werden. Dadurch können auch die Risiken erheblich gesenkt werden, was zudem eine Lockerung der zuvor beschriebenen Sicherheitsmaßnahmen erlaubt.
 
Natürlich hängt die durchflussbasierte Inline-Massendosierung wie viele andere Technologien, in gewissem Umfang von spezifischen Systemparametern ab. Die spezifischen Prozessparameter sind ausschlaggebend dafür, welche der vorgenannten Vorteile im Einzelfall zutreffen.
 

Bronkhorst hilft gerne!

Möchten Sie wissen, welche Vorteile in Ihrem Fall zutreffen? In den meisten Fällen fangen wir unsere Projekte an mit einer Empfehlung zur Systemkonfiguration, einer allgemeinen Demonstration und einem Wirksamkeitsnachweis. Kontaktieren Sie uns um weitere Vorteile eines Inline-Messverfahrens mit einem Durchflussmesser zu Erfahren!

Im Video erklären wir über hochgeschwindigkeits-Batch-Dosierung mit Durchflussreglern.

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