Bronkhorst

Massendurchflussregler als Pumpensteuerung: hochgenaue Dosierung

16. Juni 2020 Ron Tietge
Genauigkeit

Hochgenaue Dosierung von Farbstoffen in Haushaltschemikalien

Der Einsatz von Massendurchflussreglern zur Pumpensteuerung öffnet neue Wege für die hochgenaue Dosierung von Farben bei der Herstellung von Haushaltschemikalien wie Waschmitteln und Reinigungschemikalien

Dosierung unverdünnter Farbstoffe mittels Pumpenregelung

Weltweit setzen die führenden Hersteller von Haushaltschemikalien flüssige Farbstoffe ein, um ihre Produkte mit Farbe zu versehen. Dazu gehören Waschmittel, Weichspüler und alle anderen Arten von Reinigungsprodukten, sowohl für den Haushalt als auch für die persönliche Hygiene. Diese Farbstoffe sind hochkonzentriert, häufig wird nur eine sehr geringe Menge benötigt, um dem Endprodukt die richtige Farbe zu verleihen.

Die beiden wichtigsten Anforderungen sind hier:
  1. Reproduzierbarkeit; eine immer gleichbleibende Farbe des fertigen Produktes ist von höchster Wichtigkeit, jede Flasche muss exakt die gleiche Farbe haben. Folglich muss die Farbdosierung sehr gleichmäßig sein und zwar immer.
  2. Genauigkeit; Farbstoffe sind keine kostengünstigen Materialien, daher ist eine hochgenaue Dosierung dringend erforderlich.

Wie dosiert man am besten flüssige Farbstoffe?

Die erste Lösung zur Dosierung von Flüssigkeiten ist eine Pumpe, um exakt die richtige Menge Farbstoff in ein Produkt zu bekommen. Allerdings ist dies nicht sonderlich exakt, zumindest nicht bei dieser Anwendung. Kombiniert man nun die Pumpe mit einem Coriolis Massendurchflussregler oder einem Ultraschall-Volumenstromregler, so ist der Anwender in der Lage, die Pumpe zu kontrollieren und ermöglicht so eine hochgenaue Dosierung des Farbstoffes.

mini CORI-FLOW mit Tuthill Pumpe
Kombination eines mini CORI-FLOW mit Tuthill Pumpe

Wie funktioniert die Pumpenregelung?

Der von einer Pumpe generierte Durchfluss ist ein Volumenfluss mit all den Charakteristiken, die ein Volumenfluss mit sich bringt. Die Genauigkeit ist stark abhängig von den Fluideigenschaften, der Durchfluss ist also abhängig von der Temperatur und dem Druck. Darüber hinaus können die meisten Pumpen keinen schwankenden Gegendruck bewältigen, da dies Schlupf, Instabilitäten und hohe Abweichungen der Durchflussrate verursacht.

Eine Möglichkeit zur Verbesserung der Genauigkeit ist die Messung des Durchflusses (Fördermenge) der Pumpe mit einem Durchflussmesser, da diese Instrumente den von der Pump erzeugten Durchluss messen. Der Ausgang des Messgerätes ist oft mit einem PID-Regler verbunden, der wiederum die Frequenz der Rotation (RPM) der Pumpe korrigiert.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist allerdings, dass die Fördermenge einer Pumpe nicht stabil ist, was eine Filterung des Coriolis-Ausgangssignals erforderlich macht. Dies verursacht ein langsames Ausgangssignal. Da dieses Signal auch als Steuersignal verwendet wird, ist das Ergebnis eine langsame Antwort und eine langsame Steuerung.

Verwendung eines Durchflussreglers zur Pumpensteuerung

Um solche Effekte zu vermeiden, setzt Bronkhorst einen Coriolis-Massendurchflussmesser oder einen Ultraschall-Volumendurchflussmesser mit integrierter PID-Regelung ein, ein separates elektronisches Signal regelt die Drehzahl der Pumpe. Da dieses Steuersignal im Gegensatz zum Ausgangssignal nicht durch den Filter gestört wird, kann die Kombination von Durchflussmesser und Pumpe eine unübertroffene Regelgeschwindigkeit und Stabilität erreichen. Der Durchfluss wird sofort korrigiert, wenn eine Änderung des Gegendrucks vorliegt, indem die Pumpe direkt schneller oder langsamer läuft und die erforderliche Genauigkeit beibehalten wird.

Diese Methode der Durchflussmessung ist unabhängig von den Fluideigenschaften und daher besteht keine Notwendigkeit für eine Nachkalibrierung oder die Bearbeitung von Umwandlungsfaktoren im Falle eines Fluidwechsels.

Video zur Erläuterung des Ultraschall-Messprinzips

Pumpenregelung für niedrige Durchflüsse

In unserem Beispiel für die Dosierung von flüssigen Farbstoffen ist Coriolis-Massendurchflussregler für (ultra-)kleine Durchflüsse für die Dosierung unverdünnter Farbstoffe von Vorteil. Es ist dann unnötig, den Farbstoff mit Wasser zu mischen, um einen ausreichend hohen Durchfluss zu erzeugen. Nicht nur ist unverdünnter Farbstoff viel konzentrierter und damit höher in der Qualität als Mischungen mit Wasser, sondern auch Einsparungen beim Wasserverbrauch und Algenwachstum im Gerät können vermieden werden.

Video zur Erläuterung des Coriolis-Massendurchflussmessprinzips

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