Effiziente Kunststoffherstellung durch unsere Coriolis-Technologie

Kunststoffe sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Doch wie kann man die Kunststoffherstellung effizienter gestalten? 5 Gründe für die Coriolis-Technologie.

Dr. Anglea Puls
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Aus unserem heutigen Leben sind Kunststoffe in unterschiedlichster Form nicht mehr wegzudenken. Sie begegnen uns überall, ob als Wegwerfprodukt wie Verpackungsfolien und Plastiktüten oder als langlebiges Bauteil in der Automobilindustrie, im Baubereich oder bei Sportgeräten und Spielzeug.

Kunststoffe werden heutzutage für die jeweilige Anwendung maßgeschneidert, je nachdem, welche Eigenschaften grade gewünscht sind. So lassen sich Eigenschaften wie Härte, Formbarkeit, Elastizität, Bruchfestigkeit, Temperatur-, Licht- und Wärmeformbeständigkeit ebenso wie die chemische und physikalische Beständigkeit an die gewünschte Funktion anpassen.

Diese Vielfalt lässt sich durch die Wahl der Grundbausteine (Makromoleküle), des Herstellungsverfahrens und die genau kontrollierte Zugabe von Additiven in weiten Grenzen variieren. Die jeweiligen Makromoleküle sind Polymere aus sich regelmäßig wiederholenden molekularen Einheiten. Die Art der Vernetzung und das Beifügen von Zusätzen bestimmen die endgültigen Eigenschaften des Materials.

Im Jahr 2016 lag die weltweite Produktion von Kunststoffen für Bulkmaterialien und Folien bei über 300 Mio. Tonnen (Quelle: BMBF), davon wurde fast ein Drittel in China produziert, Europa und Nord Amerika folgen mit jeweils knapp unter 20 Prozent.

Präzise Dosierung von Additiven zur Steigerung der operativen Effizienz und Vermeidung von Fehlchargen

Typische Additive in der Kunststoffindustrie sind Antistatika, Farbstoffe, Flammschutzmittel, Füllstoffe, Gleitmittel, Stabilisatoren und Weichmacher. Viele dieser Additive sind flüssig und müssen hoch genau dosiert werden, da schon geringe Abweichungen zu unerwünschten Veränderungen der Produkteigenschaften führen. Eine hochgenaue Dosierung ist daher notwendig um kostenintensive Fehlchargen zu vermeiden und Produkte in gleichbleibend hoher Qualität zu erhalten. Häufig werden Additive über Nadelventile zugeführt, das ist zwar kostengünstig, führt aber immer wieder zu Fehlern bei Schwankungen im Prozess (z.B. Druck und Temperatur). Hinzu kommt, dass insbesondere der Gebrauch von Weichmachern zunehmend kritisch betrachtet wird, da einige dieser Substanzen vom Menschen direkt aufgenommen werden oder sich in der Nahrungskette anreichern. Weniger bedenkliche Weichmacher wie z.B. DINCH sind deutlich teurer als die normalerweise verwendeten Phtalate.

Grade hier ist eine hochgenaue Dosierung extrem wichtig, damit die Produkteigenschaften bewahrt werden, es aber nicht zu erheblichen Mehrkosten durch Überdosierung kommt.

Mit unserer bewährten CORI-FILL™-Dosier-Technologie bietet Bronkhorst ein leicht zu handhabendes Setup, um die geforderte Genauigkeit zu gewährleisten. Durch die Kombination eines mini CORI-FLOW mit einer Pumpe oder einem geeigneten Ventil können Flüssigkeiten mit hoher Genauigkeit und Reproduzierbarkeit kontinuierlich oder als Batch in den Reaktor dosiert werden.

mini CORI-FLOW zusammengbaut mit einer Pumpe mini CORI-FLOW zusammengbaut mit einer Pumpe

5 Gründe, warum die Additiv-Dosierung mit Coriolis-Technologie die Produkteffizient in der Kunststoffherstellung steigert:

  • Medienunabhängige Messung und Regelung – Beim Wechsel eines Fluides ist keine Re-Kalibrierung nötig
  • Gase und Flüssigkeiten können mit dem selben Sensor gemessen werden
  • Messung/Regelung von wechselnden oder undefinierten Gemischen
  • Multi-Parameter-Sensor
  • Die CORI-FILL™ Technologie verfügt über eine integrierte Batch –Counter-Funktion und ermöglicht die Ansteuerung einer Pumpe oder eines Shut-off-Ventils

Das CORI-FILL-Prinzip im Video:

Besuchen Sie uns auf der Compounding World Expo 2018 in Düsseldorf am 27.-28. Juni, Stand 602. Messebesuch

Der neue EL-FLOW Prestige PI: Echtzeit-Druck- und Temperaturkompensation für optimale Durchflussregelung

Die Echtzeitkompensation von Druckschwankungen verbessert die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit Ihrer Durchflussmessung und -Regelung.

Vincent Hengeveld
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Stabile und reproduzierbare Durchflüsse sind die Basis eines erfolgreichen Produktionsprozesses. Dieser Gasdurchfluss ist messbar und kontrollierbar mittels eines thermischen Massendurchflussreglers. Als Produktmanager bei Bronkhorst High-Tech sehe ich immer wieder, wie unterschiedliche äußere Faktoren die Messgenauigkeit und die Stabilität der Regelung durch die Massendurchflussregler beeinflussen können (MFCs).

Wichtige Einflussgrößen sind:

  • Temperaturschwankungen
  • Schwankungen im Leitungsdruck

Diese Schwankungen können entstehen aufgrund eines stetig sinkenden Druckes in einer Gasversorgung (Druckgasflasche) oder aufgrund gegenseitiger Beeinflussung mehrerer Durchflussregler oder anderer Stellglieder in einem System. Um diese Einflüsse zu kompensieren hat Bronkhorst den neuen EL-FLOW Prestige PI (PI = Pressure Insensitive) entwickelt.

Cross-Talk bei Massendurchflussreglern

Was ist Cross-Talk? Unter Crosstalk versteht man die gegenseitige Beeinflussung (Interferenz) von Instumenten. Solche Interferenzen entstehen typischerweise, wenn z.B. mehrere Durchflussregler nahe beieinander in derselben Leitung positioniert oder auf derselben Schiene installiert sind. Der Leitungsdruck in so einem Set-up wird von den verschiedenen Komponenten wie Durchflussmessern und Durchflussreglern beeinflusst. Wird der Sollwert eines Massendurchflussreglers geändert, so ändert sich auch der Fließdruck, weil nun entweder mehr oder weniger Gas fließt. Da Durchflussmesser und – regler auf einen bestimmten Druck kalibriert sind, weicht der reale Durchfluss vom angezeigten ein wenig ab. Je nachdem, wie groß die Druckschwankung ausfällt, können auch die Abweichungen beliebig groß ausfallen.

Statische und dynamische Druckkompensation

Unter Statischer Druckkompensation verstehen wir eine Kompensationsmethode für langsame Änderungen im Druck, z.B. dem langsam abfallenden Druck einer Druckgasflasche. Wir kombinieren eine Druckmessung mit einem Konversionsalgorithmus on-board direkt im Massendurchflussregler. Das ermöglicht eine Echtzeitberechnung der tatsächlichen Fluideigenschaften. Bei der thermischen Massendurchflussmessung bzw. -regelung werden Dichte, Viskosität, Wärmeleitung und Wärmekapazität zur Kalkulation des Massenstromes genutzt. Diese Eigenschaften verändern sich unter dem Einfluss von Druck und Temperatur. Die Berücksichtigung der tatsächlichen Temperaturen und Drücke führen zu einer noch akkurateren Messung des Durchflusses und einer stabileren Regelung.

Unter Dynamischer Druckkompensation verstehen wir eine Kompensationsmethode für schnelle Änderungen im Druck. Diese Druckänderungen treten z.B. auf, wenn ein Durchflussregler mit höherem Durchfluss auf derselben Versorgungsleitung seinen Sollwert ändert. Dies erzeugt starke Fluktuationen im Fließdruck. Dieser unerwünschte Effekt, auch bekannt als Cross-Talk, kann einen Prozess immens stören. Sobald der im EL-FLOW Prestige PI integrierte Drucksensor diese schnellen Druckänderungen erkennt, wird die Ventilregelung entsprechend justiert und der Durchfluss stabililisiert.

Bild 1: Dynamische Kompensation, unempfindlich für Druckänderungen Bild 1: Dynamische Kompensation, unempfindlich für Druckänderungen

Stabile Durchflussregelung mit integrierter Konversion

Der neue EL-FLOW Prestige PI kombiniert die bereits etablierte Temperaturkompensation mit einer neuartigen Druckkompensation. Darüberhinaus ermöglicht der integrierte Algorithmus den gemessenen Durchfluss in ein anderes Fluid oder auf andere Prozessbedingungen umzurechnen, die in der integrierten Datenbank hinterlegt sind (Multi-Fluid Multi-Range-Funktion: mit bis zu 25 Gasen und daraus erzeugbaren Gemischen). Die tatsächlich gemessene Temperatur und der reale Druck werden in diesem Konversionsmodell genutzt, um die unter Prozessbedingungen auftretenden Schwankungen zu kompensieren. Dies führt zu einer noch verlässlicheren Konversion und Stabilität in der Regelung.

Ihre Vorteile als Anwender:

  • Optimierte und konstante Prozessbedingungen, aufgrund der verbesserter und akkurater Durchflussmessung und -regelung resultieren in deutlichen Verbesserungen der Prozessstabilität.
  • Einfache Installation: es ist nicht mehr erforderlich, die genauen Prozessanforderungen, für die das Instrument gebaut wurde, exakt einzuhalten. Eine genaue Abstimmung des Prozessaufbaus entfällt damit.
  • Verzicht auf Hilfskomponenten: Der zur Verfügung stehende Leitungsdruck ist für die Genauigkeit und Regelungsstabilität des Instruments weniger wichtig. Es kann auf zusätzliche Regelkomponenten verzichtet werden, die bisher z.B. die Druckstabilität gewährleistet haben. Dadurch lassen sich Kosten wie z.B. für einen Druckregler einsparen.

Bild 2: herkömmliches Setup mit Druckregler und Durchflussregler und der neue EL-FLOW Prestige PI Bild 2: herkömmliches Setup mit Druckregler und Durchflussregler und der neue EL-FLOW Prestige PI

EL-FLOW Prestige Pi ACHEMA 2018 Besuchen Sie uns auf der ACHEMA 2018 und überzeugen Sie sich selbst, wie der neie EL-FLOW Prestige PI Ihre anwendungen vereinfachen kann.

Armand Bergsma
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Vordruckregler (P1-Regler) werden häufig in Prozessen eingesetzt, bei denen ein konstanter Druck in einem (chemischen) Reaktor benötigt wird. Elektronische Druckregler sind sehr effektiv, wenn es um die Automatisierung solcher Prozesse geht. „Wir verwenden den neuesten elektronischen Druckregler von Bronkhorst für unsere Equilibar-Vordruckregler. Damit können wir den Domdruck über zwei Regelventile regeln", sagt Armand Bergsma, Inhaber von Pressure Control Solutions in Veenendaal (NL).

Domdruckgesteuerte Vordruckregler

Wie funktioniert nun ein domdruckgesteuerter Vordruckregler?

„Der Prozessdruck wird durch Anlegen des erforderlichen Drucks an die Referenzseite des Reglers im Verhältnis 1:1 eingestellt. Der Referenzdruck kann z.B. mit einem manuellen Druckregler oder zur Prozessautomatisierung mit elektronischen Druckreglern aufgebracht werden."

„Bis vor kurzem haben wir elektronische Druckregler mit einem Ventil eingesetzt, um die richtigen Druckwerte zu erhalten. Um den Druck ggf. reduzieren zu können, haben wir ein künstliches Leck installiert. Obwohl dies in der Praxis sehr gut funktioniert, ist der Nachteil, dass wir bei dieser Lösung ständig Inertgas verbrauchen. Insbesondere bei höheren Drücken ist das ein deutlicher Kostenfaktor."

„Der oben beschriebene Aufbau eignet sich für Niederdruckanwendungen, wenn eine Druckluftversorgung zur Verfügung steht oder für Hochdruckanwendungen, bei denen der Kunde eine zentrale Hochdruckgasversorgung bereitstellen kann. Problematisch wird es, wenn solche Einrichtungen nicht zur Verfügung stehen."

Das domdruckgesteuerte Equilibar mit Prozessdruckregler im Einsatz (Quelle: Zeton, NL)

Das domdruckgesteuerte Equilibar mit Prozessdruckregler im Einsatz (Quelle: Zeton, NL)

„Wenn keine zentrale Hochdruckgasversorgung zur Verfügung steht, können Sie 200 oder 300 bar Gasflaschen verwenden. Zum Beispiel benötigen zur Prüfung von Katalysatoren verwendete Reaktoren in der Regel nur einen Druck von 150 bis 180 bar, daher können Gasflaschen mit einem Flaschendruck von 200 bzw. 300 bar nur so lange verwendet werden, bis der Prozessdruck erreicht ist. Sinkt der Flaschendruck unter den Prozessdruck, muss die Gasflasche getauscht werden. Wenn Sie über einen längeren Zeitraum arbeiten wollen, müssen Sie einen anderen Weg finden, den Gasverbrauch zu begrenzen.“

(Industrielle) Prozessdruckregler mit Einlass- und Auslassventil

Der neue EL-PRESS Prozessdruckregler von Bronkhorst

Der neue EL-PRESS Prozessdruckregler von Bronkhorst

„Gemeinsam mit Bronkhorst Niederlande suchte ich nach einer Lösung, um den Verbrauch von Domdruck-Gas zu reduzieren. Wir kombinieren jetzt unseren domdruckgesteuerten Equilibar-Vordruckregler mit dem neuen Bronkhorst EL-PRESS Prozessdruckregler. Dieses Gerät verfügt über einen integrierten PID-Regler, sodass wir jetzt zwei Regelventile regeln können, was den Verbrauch von Gas für die Domdruckregelung deutlich reduziert."

„Dieser Druckregler öffnet das dem Drucksensor vorgeschaltete Regelventil. Währenddessen bleibt das nachgeschaltete Ventil geschlossen, wodurch sich der Bezugsdruck erhöht. Der Gasverbrauch während des Druckaufbaus ist vernachlässigbar, weil das zu befüllende Volumen sehr klein ist. Das dem Drucksensor nachgeschaltete Regelventil wird erst bei Druckabsenkung geöffnet. Dabei bleibt das vorgeschaltete Ventil natürlich geschlossen. Durch die Wahl des richtigen Ventils (Blendengröße) und der PID-Einstellungen können wir den Domdruck je nach Bedarf schnell oder langsam erhöhen bzw. reduzieren."

Druckregelung mit zwei Regelventilen für domdruckgesteuerte Vordruckregler

Der Bronkhorst Prozessdruckregler (Process Pressure Controller, PPC) reduziert nicht nur den Gasverbrauch, sondern bietet auch eine hervorragende Stabilität. Bei Verwendung von sehr reinen Gasen als Domdruckgas können Prozesse, die einen Equilibar-Präzisionsdomdruckregler und den PPC kombinieren, die Druckstabilität sogar besser als 0,1% kontrollieren.

„Die Prozessseite des Equilibar-Vordruckreglers (P1-Regler) wird häufig zur Verarbeitung von aggressiven Reaktanden und Nebenprodukten bei hohen Temperaturen eingesetzt. Für diese anspruchsvollen Anwendungen kann der Equilibar aus chemisch inerten Materialien wie SS316, Hastelloy, Zirkonium und Monel hergestellt werden. Durch die einzigartige Konstruktion ist das Equilibar in der Lage, sowohl Gase und Flüssigkeiten als auch Mehrphasenströmungen zu steuern."

ACHEMA 2018

Besuchen Sie uns auf der ACHEMA 2018 und überzeugen Sie sich selbst, wie gut der Domdruckregler Equilibar mit dem neuen EL-Press Prozessdruckregler von Bronkhorst funktioniert.

Besuchen Sie uns auf der ACHEMA 2018 und überzeugen Sie sich selbst, wie gut der Domdruckregler Equilibar mit dem neuen EL-Press Prozessdruckregler von Bronkhorst funktioniert.

Bildbeschreibung

Bronkhorst High-Tech BV / Wagner Mess- und Regeltechnik: Halle 11.1, Stand F3 Equilibar LLC: Halle 9.2, Stand B74

Der Geruch unseres Atems gibt Auskunft über unseren Gesundheitszustand

Mittels Ionenmobilitätsspektrometrie werden flüchtige organische Verbindungen in der Analyse angewendet.

Rob Ten Haaft
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Es mag Sie überraschen, aber schon seit dem Mittelalter interessieren sich die Menschen für den Geruch des Atems. Damals muss es eine ziemliche Herausforderung gewesen sein, aber schon im Mittelalter wurden Krankheiten wie Diabetes (verbunden mit einem süßen Acetongeruch) und Leberversagen (verbunden mit einem fischähnlichen Geruch) den Geruch der ausgeatmeten Luft diagnostiziert. Ich werde nicht auf die Behandlungsmöglichkeiten in diesem Zeitalter eingehen; sagen wir einfach, dass sich seitdem vieles verbessert hat. Beispielsweise verwenden wir heute Ionenmobilitätsspektrometer (IMS) zur Messung von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC), die die Nase des Arztes ersetzten.

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts zeigten Forschungsstudien, dass Hunde in der Lage sind, Krebs durch Geruch zu erkennen. Die Hunde sind darauf trainiert, verschiedene Arten von Krebs im ausgeatmeten Atem der menschlichen Patienten zu erkennen, da es ihnen möglich ist Teilchen mit einer Konzentration von ppt (parts per trillion) wahrzunehmen. Zum Vergleich: Der Geruch von einem Milliliter Blut, verdünnt in 20 olympischen Schwimmbädern, kann vom Hund noch erkannt werden.

Es wurde der Schluss gezogen, dass Hunde wahrscheinlich zwischen Atemproben unterscheiden, die auf einem bestimmten Atemgeruch beruhen, aber es ist noch nicht bekannt, welchen Geruch oder welche Mischung von Verbindungen Hunde erkennen. Die Erkennung von Krebs durch trainierte Hunde scheint das Ei des Columbus zu sein, aber es erfordert intensives Schulen der Hunde und es ist noch nicht bekannt, warum nicht alle Fälle von Krebs erkannt werden.

Flüchtige organische Verbindungen (VOC)

Aus diesem Grund haben die Forscher begonnen, Analysatoren zu entwickeln, die diese Aufgabe übernehmen können. In den letzten Jahren wurde entdeckt, dass flüchtige organische Verbindungen (sogenannte Volatile Organic Compounds, VOC) bei der Diagnose von Krankheiten des Menschen unverwechselbare Biomarker sein können. Flüchtigkeit ist die Tendenz einer Substanz zu verdampfen, daher sind flüchtige organische Verbindungen organische Verbindungen, die bei Raumtemperatur leicht verdampfen oder sublimieren.

Der ausgeatmete menschliche Atem enthält einige tausend flüchtige organische Verbindungen und die Zusammensetzung der enthaltenen VOCs wird in der Atembiopsie verwendet, um als Biomarker für Krankheiten wie Lungenkrebs oder Lactoseintoleranz zu dienen. Ein immer beliebteres Analyseverfahren zur Messung von VOCs ist die Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS). Diese Technik ist ideal für die Analyse in medizinischen Anwendungen, weil sie schnell, feuchtigkeitsunempfindlich und hochempfindlich ist und bei Umgebungsdruck arbeitet. Dadurch eignet sich die Technik sehr gut für den Einsatz in tragbaren Geräten oder mobilen Untersuchungszentren.

Die Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS)

Das Funktionsprinzip des Ionenmobilitätsspektrometers basiert auf der Drift oder Flugzeit von Ionen, die im Reaktantenteil gebildet werden. Die Ionen wandern, unterstützt durch ein elektrisches Feld, durch das Driftrohr, wo sie auf ein Driftgas (N2 oder Luft) treffen. Die Form und die Ladungszahl des Ions erleichtern oder erschweren das Durchströmen des Driftgases, was zu einer Trennung der Ionen in der Probe führt und nach dem Nachweis ein IMS-Spektrum ergibt, wie in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1: Ionenmobilitätsspektrometer mit Spektrum Abbildung 1: Ionenmobilitätsspektrometer mit Spektrum

Massendurchflussregler

Bronkhorst hat das Wissen und die Erfahrung, um die richtigen Produkte zu liefern. Unsere Produkte entsprechen den Spezifikationen, die für die Kontrolle der Gase in der Ionenmobilitätsspektrometrie wichtig sind, wie zum Beispiel:

  • Sauberkeit
  • kleine Instrumentengrösse
  • schnelle Reaktion
  • gute Zuverlässigkeit
  • geringe Leistungsaufnahme
  • niedrige Betriebskosten

Unsere auf MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) basierenden Geräte, wie die thermischen Durchflussmesser IQ+FLOW, eignen sich hervorragend für die Ionenmobilitätsspektrometrie.

Abbildung 2: IQ+FLOW Thermischer Durchflussmesser Abbildung 2: IQ+FLOW Thermischer Durchflussmesser

Interessiert an der MEMS-Technologie für Gaschromatographiegeräte? In unserer Application Note erfahren Sie eine Erfolgsgeschichte zu IQ+ Gasdurchflussmesser und Druckregler für eine Gaschromatographie-Anwendung.

Der digitale Schwebekörper-Durchflussmesser des 21. Jahrhunderts

In unserem aktuellen Blog präsentiert Ihnen Frank Doornbos digitale Alternativen zum klassischen Schwebekörper-Durchflussmesser. Die MASS-VIEW-Serie ist auch mit zusätzlicher Vordruckkompensation für erhöhte Genauigkeit verfügbar. Schauen Sie mal rein!

Frank Doornbos
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Der erste Schwebekörper-Durchflussmesser (engl. Variable Area Meter, VA-meter) mit einem rotierenden Schwimmer wurde 1908 von Karl Kueppers in Aachen erfunden. Noch im selben Jahr wurde das Gerät in Deutschland patentiert. Felix Meyer gehörte zu den Ersten, die die Bedeutung der Arbeit von Küppers erkannten und den Prozess für den Verkauf des Messgerätes implementierten. 1909 wurde die Firma "Deutsche Rotawerke GmbH" in Aachen gegründet. Sie verbesserten diese Erfindung mit neuen Formen des Schwimmers und des Glasrohres. Es dauerte nicht lange bis das Gerät in Europa, dem Vereinigten Königreich und anderen Bereichen bekannt wurde.

Schwebekörper-Durchflussmesser

Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Arten von Schwebekörpern-Durchflussmessern entwickelt, um sich den Notwendigkeiten anzupassen. Heutzutage besteht ein solcher Durchflussmesser üblicherweise aus einem konisch zulaufenden Rohr, das typischerweise aus Glas oder Kunststoff besteht. Innerhalb dieses Rohres befindet sich der "Schwimmer", der entweder aus eloxiertem Aluminium oder aus Keramik besteht. Der "Schwimmer" ist sozusagen ein geformtes Gewicht, das durch die Schleppkraft des Flusses nach oben gedrückt wird und durch die Schwerkraft heruntergezogen wird. Die Schleppkraft für einen gegebenen Fluid- und Schwimmerquerschnitt ist nur eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit.

Diese Messer sind immer noch relativ einfach im Design, kostengünstig, benötigen nur geringe Wartung und sind einfach zu installieren. Deswegen sind sie weit verbreitet und in vielen Arten von Anwendungen zu finden. Allerdings hat der traditionelleSchwebekörper-Durchflussmesser eine Reihe von Nachteilen. Zum Beispiel sind die Markierungen auf einem solchen Instrument nur für eine gegebene Substanz bei einer gegebenen Temperatur und einem bestimmten Druck genau. Aufgrund der direkten Strömungsanzeige kann die Auflösung oft relativ schlecht sein. Vor allem, wenn sie in eine Maschine eingebaut sind, kann das Ablesen der Schwebekörperdurchflussmessers schwierig sein. Darüber hinaus muss der Schwimmer durch das fließende Medium gelesen werden, also können Sie sich vorstellen, dass einige Flüssigkeiten das Lesen verdecken können. Dazu kommen noch Ablesefehler durch unterschiedliche Blickwinkel.

9 Gründe, warum Sie einen thermische Massendurchflussmesser anstelle eines herkömmlichen Schwebekörpermessers verwenden sollten

Die MASS-VIEW®-Serie von Bronkhorst ist die digitale Hightech-Alternative zu den traditionellen Schwebekörper-Durchflussmessern. Die heutigen digitalen Geräte ermöglichen viele Vorteile in industriellen Prozessen und chemischen Anlagen.

Bild 1: Panel mit MASS-VIEW Durchflussmessern Bild 1: Panel mit MASS-VIEW Durchflussmessern

  • Die MASS-VIEW-Durchflussmesserserie arbeitet nach dem Prinzip der direkten thermischen Massenstrommessung (kein Bypass) und misst nicht den Volumenstrom, sondern den tatsächlichen Massenstrom ohne Temperatur- und Druckkorrektur.
  • Das digitale OLED-Display bietet eine einfache, direkte oder relative Ablesung des aktuellen Durchflusses. Hier gehören Parallaxenfehler der Vergangenheit an.
  • Mit diesem digitalen Massendurchflussmesser ist es leicht möglich, den aufsummierten Durchfluss zu ermitteln. Diese Datenverfügbarkeit gibt Aufschluss über die Kosten und führt zu einer datengesteuerten Entscheidungsfindung.
  • Anstatt den Volumenstrom zu messen, misst er den tatsächlichen Massenstrom.
  • Der Strömungsweg besteht aus haltbarem Aluminium, anstatt aus zerbrechlichem bzw. leicht zu zerkratzendem Kunststoff oder Glas.
  • Die Geräte haben standardmäßig 0-5 V, RS-232 und Modbus-RTU Ausgangssignale. Herkömmlichen Schwebekörper-Durchfussmesser haben in der Regel kein Ausgangssignal, sondern müssen vom Anwender direkt abgelesen werden. Standardmäßig gibt es bei den MASS-VIEW-Instrumenten 2 eingebaute Relais, die eine Alarmsituation anzeigen und zur Steuerung externer Geräte verwendet werden können.
  • Multi Gas: Im Gegensatz zu herkömmlichen Schwebekörper-Durchfussmessern, die nur für ein bestimmtes Fluidproduziert werden, bietet die digitale Alternative bis zu 10 vorinstallierte Gase als Standard.
  • Multi Range; Im Gegensatz zu herkömmlichen Schwebekörper-Durchfussmessern, die in der Regel nur eine Reichweite von 1:10 und einen einzigen Skalenbereich aufweisen, bietet die digitale Alternative eine Dynamik von 1:100 sowie bis zu 4 vorinstallierte Durchflussbereiche.
  • Der aufsummierte Durchfluss ist leicht ab-/ auszulesen und ist eine standardmäßige Spezifikation des Gerätes.

Wie gewährleiste ich einen stabilen Durchfluss?

Ein Durchfussmesser, ob konventionell oder digital, kann mit einem eingebauten Nadelventil ausgestattet werden. Dieses Nadelventil ermöglicht es dem Anwender, den Durchfluss über eine Drossel im Strömungskanal zu regeln. Solange der Eingangsdruck stabil ist, ist auch der nachfolgende Durchfluss stabil. Andererseits wird der Durchfluss, sobald sich die Druckverhältnisse ändern, ebenfalls instabil. Wenn dies nicht erwünscht ist, müssen Sie diese Druckschwankungen ausgleichen.

Bild 2: manuelle Druckkompensation FLOW-CONTROL

Bild 2: manuelle Druckkompensation FLOW-CONTROL

Dieser Effekt kann durch den Einsatz eines manuellen Regelventils wie der FLOW-CONTROL-Serie beseitigt werden. Das manuelle Regelventil besitzt ein zusätzliches Membranventil mit Federsteuerung als Druckausgleichsventil und sorgt für einen konstanten Druckabfall über das Nadelventil. Wird ein Vordruck angelegt, so füllt sich das Volumen unter der Membran, die Membran wird angehoben und das Druckausgleichsventil schließt. Über das Zusammenwirken von Federkraft und Eingangsdruck werden Schwankungen im Vordruck kompensiert und der Durchfluss konstant gehalten.

Bild 3: Aufbau FLOW-CONTROL-Serie Bild 3: Aufbau FLOW-CONTROL-Serie

Die FLOW_CONTROL-Serie zur Druckkompensation ist prinzipiell für Gase und Flüssigkeiten geeignet, sie wurdeaber speziell für die Kombination mit thermischen Massendurchflussmessern der MASS-VIEW-Serie für Gase entwickelt. Erfahren Sie mehr über die verschiedenen Modelle der FLOW-Control-Serie

Turbulezeffekte beeinflussen die Durchflussmessung von Gasen

Turbulenzen beeinflussen die Genauigkeit von Durchflussmessungen, erfahren Sie in unserem aktuellen Blog von Allard Overmeen, was Sie beachten müssen und wie Turbulenzeffekte vermieden werden können.

Allard Overmeen
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Thermische Durchflussmessgeräte liefern bei laminarer Strömung die besten Ergebnisse, zumindest wenn man die thermischen Massendurchflussmesser und -regler mit Bypass-Sensor betrachtet.

In der Praxis treten allerdings häufig turbulente Strömungen auf. Eine turbulente Strömung kann durch Strömungshindernisse in einer Anlage, wie z.B. Ventile oder Adapter, in Kombination mit einer hohen Strömungsgeschwindigkeit der Fluide verursacht werden. Dieser Effekt wird als "Turbulenzeffekt" bezeichnet. Eine turbulente Strömung kann die Genauigkeit Ihrer Messung beeinträchtigen und das sollte bei der Verwendung von Bypass-Durchflussmessern möglichst verhindert werden..

“Die Turbulenz ist ein gefährliches Thema, das in den ihr gewidmeten wissenschaftlichen Tagungen oft Anlass zu heftigen Auseinandersetzungen gibt, da es sehr unterschiedliche Standpunkte vertritt, die alle ihre Komplexität und die Unfähigkeit, das Problem zu lösen, gemeinsam haben.” Marcel Lesieur, 1987

Wie lassen sich nun Turbulenzeffekte verhindern? Beginnen wir mit der Erklärung, was der Turbulenzeffekt eigentlich ist:

Turbulente Strömung versus laminare Strömung

Generell kann man sagen, dass es zwei Arten von Strömungen gibt: die laminare Strömung und die turbulente Strömung. In Bild 1 kann man die Unterschiede gut sehen, im laminaren Strömungsprofil fließt das Medium in Schichten, die sich nicht miteinander vermischen. Dies geschieht bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten, die Stromlinien sind parallel.

laminar-turbulent-flow-profile

Abb. 1: laminare Strömung und turbulente Strömung

Steigt die Geschwindigkeit des Mediums an, kommt es bei einer bestimmten Geschwindigkeit zu einer plötzlichen Veränderung. Im Strömungsprofil treten Verwirbelungen auf, es kommt zu einem Austausch der Teilchen entlang aller drei Raumachsen. Die Stromlinien sind chaotisch, also nicht mehr linear. Dies wird als turbulente Strömung bezeichnet.

Theoretisch ist das Strömungsmuster von 4 Variablen abhängig:

  • vom Durchmesser des Rohres (charakteristische Länge)
  • von der Strömungsgeschwindigkeit
  • von der Dichte des Fluids
  • von der dynamischen Viskosität des Fluids

Diese vier Faktoren zusammen ergeben die so genannte Reynoldszahl (Re). Die Reynoldszahl ist eine wichtige Kennzahl, die beschreibt, ob Strömungsverhältnisse zu laminarer Strömung oder turbulenter Strömung führen. Sie zeigt das Verhältnis von Trägheitskräften zu Reibungskräften innerhalb des Fluids.

Die zugehörige Formel lautet:

Generell kann gesagt werden, dass eine laminare Strömung bei einer niedrigen Reynoldszahl (≤ ca. 2300) und eine turbulente Strömung bei einer hohen Reynoldszahl (≥ ca. 3000) auftritt. Zwischen diesen beiden Zahlen (Re 2300-3000) befindet sich eine "Übergangsströmung", d.h. die Strömung kann laminar oder turbulent sein (die genannten Zahlen beziehen sich auf ein zylindrisches Rohr).

Wann tritt der Turbulenzeffekt auf?

Wie bereits erwähnt, ist der Turbulenzeffekt ein häufiger Effekt, der bei Anlagen mit (zu vielen) Einschränkungen, wie z.B. Ventilen oder Adaptern, in Kombination mit einer hohen Geschwindigkeit des verwendeten Fluids auftreten kann. In jeder Einschränkung wurde der Durchfluss unterbrochen und die Geschwindigkeit des Gases ändert sich (wie in Bild 2 dargestellt). Neben der Verwendung von Restriktionen ist auch die Rohrlänge zu berücksichtigen. Da es einige Zeit dauert, bis eine turbulente Strömung wieder laminar wird, ist es wichtig, die richtige Rohrlänge zu verwenden.

Eine turbulente Strömung sollten Sie am Eingang Ihres Durchflussmessgerätes unbedingt verhindern, weil sie die Messgenauigkeit stark beeinflusst. Eine laminare Strömung direkt vor dem Messgerät ist also deutlich besser geeignet. Das Instrument selbst, z.B. ein Durchflussregler mit einem Ventil hinter dem Messteil, kann allerdings auch selbst eine turbulente Strömung verursachen

Natürlich muss auch darauf hingewiesen werden, dass nicht alle Arten der Durchflussmesstechnik durch Turbulenz nachteilig beeinflusst werden. Durchflussmesser auf Coriolis-, CTA- (Constant Temperature Anemometry) oder Ultraschall-Prinzip sind unabhängig von Turbulenzen, bei thermischen Durchflussmessern mit Bypass-Prinzip ist der Einfluss allerdings nicht unerheblich.

Warum sind thermische Durchflussmesser mit Bypass-Sensor empfindlich auf Turbulenzeffekte?

Geräte mit einem Bypass-Sensor arbeiten auf Basis eines Hauptstroms, der durch eine Drossel und einen kleinen Teil des Stroms, der durch den eigentlichen Sensor fließt. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Strömungen wird durch den Druckabfall über dem Sensor und die Drosselung der laminaren Strömung bestimmt. Der Turbulenzeffekt stört dieses Verhältnis. Da die Geräte mit Bypass-Sensor häufig für sehr genaue Messungen eingesetzt werden, kann der Turbulenzeffekt einen großen Einfluss auf die Messergebnisse haben.

Was können Sie tun, um die nachteiligen Auswirkungen einer turbulenten Strömung zu minimieren? Bei Verwendung von thermischen Massendurchflussmessern mit Bypass-Sensor wird empfohlen, Folgendes zu tun:

1) Versuchen Sie, Einschränkungen in Ihrem Prozess zu vermeiden, wie z.B. Ventile, Adapter und Winkelkupplungen:

  • Montieren Sie den Durchflussmesser nicht direkt hinter einer Drossel, z.B. einem Ventil. Wenn dies jedoch nicht anders angeordnet werden kann, können Sie einen Turbulenzfilter zwischen Ventil und Durchflussmesser oder einen Durchflussmesser mit integriertem Turbulenzfilter verwenden. Die Verwendung einer Winkelkupplung in der Nähe eines Durchflussmessers sollte so weit wie möglich eingeschränkt werden.

2) Begrenzen Sie die Geschwindigkeit Ihres Durchflusses, indem Sie die richtige Rohrlänge verwenden. Generell wird empfohlen, eine minimale Rohrlänge von:

  • 10x der Rohrdurchmesser, am Eingang des Gerätes
  • 4x der Rohrdurchmesser, am Ausgang des Gerätes (nur Durchflussmesser)
  • Bei Gasdurchflüssen > 100 l/min ist es üblich, mindestens ein 12mm oder ½" Rohr zu verwenden.

LFE - laminar flow element als

Abb. 2: LFE - Laminar Flow Element als "Turbulenzfilter"

3) Verwenden Sie einen „Turbulenzfilter“ in Ihrem Strömungsprozess. Der Turbulenzfilter filtert die Strömung, bevor sie den Sensor erreicht, und laminarisiert sie. Heutzutage haben Durchflussmesser oft einen solchen Filter im Durchflussmesser integriert (z.B. Bronkhorst EL-FLOW Serie) oder haben einen erweiterten Durchflussweg innerhalb des Durchflussmessers (z.B. Bronkhorst Low delta P Durchflussmesser).

Strömungsverlauf in einem thermischen Massendurchflussmesser

Abb. 3: Strömungsverlauf in einem thermischen Massendurchflussmesser

Applikationen

Es hängt sehr stark von der Anwendung ab, was die Folgen von Turbulenzen sind. Zum Beispiel dürfen bei Halbleiterprozessen, insbesondere bei Beschichtungsprozessen wie der Layer Deposition (Schichtabscheidung), keinesfalls Turbulenzen auftreten. Ein stabiler Prozess ist hier unerlässlich, damit die Schichten sauber abgeschieden werden. Bei anderen Beschichtungsverfahren, wie z.B. der Flammsprühtechnik, ist der Einfluss von Turbulenzen durch den hohen Druck in der Strömung jedoch geringer. Es kommt also auch immer auf den Prozess und die Anwendung an, eine Pauschalaussage ist nicht machbar. Allerdings ist es grundsätzlich sinnvoll, für eine laminare Strömung zu sorgen, damit die Messgenauigkeit möglichst wenig beeinträchtigt wird.

  • Wenn Sie Hilfe bei der Installation Ihres Durchflussmessers benötigen, kontaktieren Sie uns oder rufen Sie uns an (+41 617159070)!
  • Weitere Informationen über das Funktionsprinzip der Bronkhorst Durchflussgeräte finden Sie in den verschiedenen Funktionsprinzipien der von Bronkhorst verwendeten Durchflussmessgeräte.