Veco ermöglichte die Entwicklung eines neuen Massendurchflussmessers: EL-FLOW Prestige

Bronkhorst ist Marktführer in der Massendurchflussmessung und –regelung kleiner Durchflüsse. Veco ist seit 35 Jahren ein verlässlicher Partner für Bronkhorst. Gemeinsam wurden Schlüsselkomponenten entwickelt und so die Grenzen in der Massenduchflusstechnologie neu definiert.

Wissenswertes über Durchflussmessungen bei Gasen

Die Kenntnis des Durchflusses ist einer der wichtigsten Prozessparameter neben der Temperatur, dem Druck und dem Füllstand. Die genaue Massendurchflussmessung von Gasen ist entscheidend für den Betrieb und die Kontrolle vieler industrieller und Laborprozesse. Im Bereich der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, in der chemischen Industrie ebenso wie in der Halbleiterfertigung, ist die Durchflussmessergenauigkeit oft der entscheidende Faktor zwischen optimaler Qualität und Fehlcharge. In Bereichen wie Laborforschung, Pilotanlagen oder eichpflichtigen Prozessen ist eine präzise und reproduzierbare Messung gleichermaßen unerlässlich.

Thermische Massendurchflussmesser

Thermische Massendurchflussmesser messen den Massenstrom von Gasen mit einer Kombination von beheizten Elementen und Temperatursensoren mittels thermodynamischer Prinzipien, die zur Bestimmung des tatsächlichen Flusses verwendet werden. Sie benötigen eine begrenzte Korrektur für Temperatur-, Druck- oder Dichteänderungen und sind extrem genau, insbesondere bei der Messung von niedrigen und sehr niedrigen Durchflussraten.

Abb. 1: Schematischer Aufbau eines LFE, ein genau definierter Teil des Gases fließt durch den Sensor, der Rest fließt durch das LFE

Kritische Komponenten

Der Messbereichseinsatz (Laminar Flow Element, LFE) wie in Abbildung 1 dargestellt ist eine kritische Komponente bei thermischen Massendurchflussmessern, die mit dem Bypass-Prinzip arbeiten. Das LFE erzeugt einen Druckabfall, der dafür sorgt, dass seine genau definierte Menge Gas durch den Bypass fließt. Die eigentliche Messung des Durchflusses erfolgt an diesem Bypass, daher muss das Verhältnis zwischen Hauptstrom und Bypass genau definiert sein. Auf Grund des innovativen Designs des LFE herrschen hier die gleichen Druck- und Durchflussbedingungen wie in der Kapillare des Bypasses.

Das LFE besteht aus dünnen Strömungsscheiben mit eingeätzten Kanälen. Die Kombination einer größeren Anzahl von Scheiben ermöglicht einen kontrollierten Durchfluss von sehr kleinen (weit unter 1 mln/min) ebenso wie mittlere Durchflussraten (20 ln/min). Diese Strömungsscheiben werden von Veco in einem chemischen Ätzprozess hergestellt

Herstellung von branchenführenden Produkten über chemische Ätzverfahren

Die Miniaturisierung von Produkten und damit auch deren Komponenten ist eine Notwendigkeit für viele Hersteller um innovative Produkte für industrielle Anwendungen zu entwickeln. Für die Strömungsscheiben in LFE haben wir den chemischen Ätzprozess angewendet, ein subtraktives Herstellungsverfahren für Mikropräzisionsteile.

Chemisches Ätzen (auch bekannt als Photo-Chemical Machining (PCM) und Chemical Milling) ist so präzise wie es schnell und wirtschaftlich ist. Komplizierte, mehrstufige, multifunktionale, hochpräzise Teile können ohne teure Werkzeuge oder Maschinen hergestellt werden.

Im Vergleich zu “traditionellen” Fertigungstechniken wie CNC-Fräsen, Drehen, Stanzen, Pressen, Ziehen und mehr “zeitgenössischen” Verfahren wie Laserschneiden und elektrochemischer Bearbeitung ist das chemischen Ätzen sehr flexibel. Einfache Anpassung und Skalierbarkeit liefert ein wertvolles Tool von der Prototyp-Herstellung bis zur Großserienfertigung. In kürzester Zeit können Prototypen nach den Vorgaben des Kunden gefertigt werden (Rapid Prototyping).

Wesentliche Vorteile:

Spannungsfreie, entgratete Teile
Mikrometergenaue Fertigung
Enge Toleranzbreite
Anwendbar für verschiedenste Materialien
Durchmesser von 25 um bis 2 mm
Runde Löcher, scharfe Kanten, gerade oder profilierte Kanten
Rapid Prototyping
Kosteneffiziente Fertigung
Flexibel, Modifikationen können schnell umgesetzt werden

EL-FLOW Prestige Massendurchflussmesser

Der EL-FLOW Prestige ist die nächste Generation der Massendurchflussmesser und Regler für Gase von Bronkhorst. Nahezu alle Komponenten wurden neu designed und so viele Verbesserungen und Innovation in die Instrumente integriert Mit dieser Geräteserie hat Bronkhorst die “Differential Temperature Balancing”-Technologie eingeführt, die eine bisher unerreichte Sensorstabilität gewährleistet.

Hier können Sie sich für das White Paper “A holistic view based on data to design components which offer optimal performance of a thermal mass flow meter/controller” herunterladen. In dieser Veröffentlichung von Bronkhorst werden die Innovationen des EL-FLOW Prestige genau beschrieben.

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