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22.05.2013

Drucksensor in kleinster Bauform für bewegte Fluide von ViscoTec

Der flowplus16 für nahezu alle Anwendungen in denen Medien transportiert werden.(Foto: ViscoTec)

Bei nahezu allen Drucksensoren, die es auf dem Markt gibt, ist die Membran aus Edelstahl (Beispiel frontbündiger Drucksensor) oder aus anderen metallischen sowie nichtmetallischen Materialien wie Keramik. Zudem sind die meisten Drucksensoren Einbausensoren und benötigen Adapterstücke oder ähnliches für die Montage und dadurch ergeben sich meist auch Toträume oder Hinterschneidungen.

Solche Toträume sind meist sehr schwer zu reinigen und können das Druckergebnis auch verfälschen. Hinzu kommt das viele Fluide (z.B. anaerobe Klebstoffe, organische Verbindungen, Körperflüssigkeiten wie Blut) beim Kontakt mit Metall entweder zu Schaden kommen oder wie bei dem Beispiel "anaerober Klebstoff" zu reagieren beginnen. Vor allem in der Dosiertechnik spielt die Kombination von verschiedenen Materialien eine große Rolle, beispielsweise ist dies bei anaeroben Klebstoffen der Fall, die bei Berührung mit Metall oder besser gesagt mit Metallionen aushärten und zu ihrer vollen Festigkeit gelangen. In solchen Fällen müssen die metallischen Oberflächen bzw. alle metallischen Teile, die mit dem anaeroben Klebstoff in Verbindung kommen, einer speziellen Oberflächenbehandlung ausgesetzt werden, um der Oberfläche die Metallionen zu entziehen. Dieser Metallkontakt durch den verwendeten Drucksensor muss also in vielen Anwendungen aufwendig vermieden werden und stellt die Anwender immer wieder vor große Herausforderungen. Des Weiteren wurde ein Drucksensor entwickelt, der durch den beidseitigen marktüblichen "Luer-Lock" (male/female) für alle gängigen Dosiersysteme geeignet ist, die mit dieser Art von Gewinde arbeitet. Darüber hinaus fordert der Markt immer größere und stabilere Prozesssicherheit um die Anwendungen zu optimieren und zu automatisieren. Um die Prozesssicherheit optimal zu gewährleisten, müssen die Drücke überwacht und ausgewertet werden. Der Anlass zur Entwicklung des Drucksensors waren die vermehrten Anfragen aus dem Markt der Dosiertechnik um die bestehenden Prozesse noch sicherer zu gestalten.

Ziel dieser Innovation war es einen medienbeständigen, totraumfreien Drucksensor in kleinster Bauform für bewegte Fluide zu entwickeln. Wenn Fluide in einem System bewegt werden spielen die dadurch entstehenden Drücke eine wesentliche Rolle, da man mit dieser physikalischen Größe die Strömungsmechanik und das Verhalten der Fluide auswerten kann. In der Dosiertechnik lassen sich durch Druckänderungen diverse Schlüsse auf den Prozess ermitteln, beispielsweise das allmähliche Verstopfen der Dosiernadel, falscher Abstand zum Substrat oder das Erkennen von Mikroblasen im Fluid. Des Weiteren sollte der Drucksensor ein standardisiertes, kompatibles, linearisiertes und temperaturkompensiertes Ausgangssignal erzeugen, in unserem Falle 0-10 V (ein digitales Signal wäre auch denkbar). Dabei beinhaltet der Drucksensor einen integrierten Messverstärker, der ein Millivoltsignal in ein standardisiertes Voltsignal umwandelt (0-10 V). Dieser Messverstärker ist bereits in der elektronischen Messeinheit integriert und man braucht für diese Signalverstärkung keine externen Umwandler oder Verstärker.

Die Herausforderung bei dem flowplus war, die Elastomergeometrie in das Gehäuse zu implementieren und die Messzelle mit dem Elastomer zu verbinden. Weitere Problemstellung war das Vulkanisieren der sehr dünnen Elastomermembran in einem sehr kleinen und erforderlichen Toleranzfeld. Der funktionsbeschichtete Strömungskanal ist komplett mit FFKM (Perfluor-Kautschuk) ausgespritzt. Dabei handelt es sich um ein Elastomer mit optimaler chemischer Beständigkeit und einer hohen Temperaturbeständigkeit, die diesen Werkstoff so flexibel einsetzbar machen, um damit möglichst viele Anwendungen zu bedienen. Zusätzlich hat der hier verwendete FFKM eine FDA-Zulassung und ist somit ebenso für die Lebensmittelindustrie zugelassen. Die FFKM-Beschichtung dient weiterhin als Druckmittler und somit überträgt der Kautschuk die Kraft (Druck) auf die Messzelle. Im Grunde dient das Elastomer als Trägerflüssigkeit, die die Kraft bzw. den Druck auf die Messzelle überträgt. Bei vielen Drucksensoren wird die Kraft per Öl oder durch ein anderes Medium übertragen.

Der Kunde kann seine bestehenden Dosiersysteme mit dem Drucksensor ganz einfach erweitern und absichern. Die Frage nach Beständigkeiten oder der Auslegungen von Medien und Drucksensor erübrigt sich. Bei Medienwechsel oder Veränderungen der Systeme lassen sich die Drucksensoren aufgrund der einfachen Reinigung und der Wartungsfreiheit schnell wieder integrieren. Auch die kleine Bauform des Sensors vereinfacht die Montage oder das Integrieren in bestehenden Anlagen. Die Handhabung des Sensors ist sehr bedienerfreundlich und durch den beidseitigen Luer-Lock auch weitesgehend standardisiert. Auch das Ausgangssignal von 0-10 V ist ein Standardsignal in der Elektronikauswertung und mit jeder handelsüblichen SPS oder intelligenten Auswertung zu verarbeiten und auszuwerten. Die elektronische Messeinheit mit Verstärker arbeitet mit einer Wheatstonesche Messbrücke und liefert ein mV Signal, das direkt durch den integrierten Chip weitergeleitet und in ein kalibriertes Standardsignal (0 - 10 V) aufbereitet wird. Dieses analoge Signal ist auch als Digitalsignal denkbar. Die Herausforderung hierbei war, das System "Elastomer & Messzelle" und dessen Wirkprinzip zu einem prozesssicheren Seriencharakter zu entwickeln und umzusetzten.

Bild: Der flowplus16 für nahezu alle Anwendungen in denen Medien transportiert werden.(Foto: ViscoTec)

Quelle: ViscoTec

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