Bei kalorimetrischen Strömungssensoren wird der beheizte Messfühler durch die ihn umströmende Flüssigkeit abgekühlt. Dabei ist der Grad der Abkühlung direkt abhängig von der vorbeiströmenden Masse der Flüssigkeit. (Bild: Baumer)
Um Kühl- oder Reinigungsprozesse mit wässrigen Medien zu optimieren, sollte Durchflussmenge und Temperatur des Mediums bekannt sein, am besten sowohl im Vorlauf als auch im Rücklauf. Kalorimetrische Strömungssensoren sind dafür eine praktikable Lösung, weil die kompakten Sensoren auch den Temperaturwert mitliefern. Das vermindert die Anzahl der Messstellen und verringert den Aufwand für Installation, Service und Lagerhaltung.
Das Messverfahren
Das kalorimetrische Messverfahren basiert auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Wärmeleitung und des Wärmetransports in Flüssigkeiten und Gasen. Ein Körper höherer Temperatur gibt an seine Umgebung Energie in Form von Wärme ab. Die Höhe der Energieabgabe ist abhängig von der Temperaturdifferenz und dem Massefluss. Das lässt sich messtechnisch nutzen: ein beheizter Sensor wird durch die ihn umströmende Flüssigkeit abgekühlt, dabei ist der Grad der Abkühlung direkt abhängig von der vorbeiströmenden Masse. Neben der Fließgeschwindigkeit lässt sich so mit einem Sensor auch die Medientemperatur erfassen und überwachen. Prinzipiell eignet sich das Verfahren für alle Medien und ist unabhängig von der Viskosität und der elektrischen Leitfähigkeit, kann also beispielsweise auch Reinstwasser messen.
Eck-Daten
Die kalorimetrischen Strömungssensoren FlexFlow können sowohl Fließgeschwindigkeit als auch Temperatur von wässrigen Medien überwachen.
Die Sensoren sind in Analogausführung oder mit frei einstellbaren Ausgängen mittels IO-Link verfügbar.
Es gibt eine Sensorbaureihe für den industriellen Einsatz PF20S und eine Baureihe PF20H für hygienische Anwendungen PF20H.
Anwendungsbeispiele sind vor allem die Überwachung von Reinigungsmedien in automatisierten Reinigungsprozessen oder die Überwachung von Kühlkreisläufen an Kunststoff-Spritzgießmaschinen.
Industrie- und Hygieneanwendungen
Die beiden Sensor-Baureihen von Baumer decken alle gängigen Prozessgrößen ab. Beide Varianten eignen sich für Fließgeschwindigkeiten von 10 bis 400 cm/s und Temperaturen zwischen -25 und +150°C. Sie nehmen also auch dann keinen Schaden, wenn zum Beispiel CIP-Reinigungsprozesse in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie mit hohen Temperaturen gefahren werden.
Die Sensoren sind in Analog-Ausführung (4 bis 20 mA) oder mit frei einstellbaren Ausgängen mittels IO-Link verfügbar. Die Schnittstelle IO-Link erlaubt die gleichzeitige Parametrierung mehrerer Sensoren. Das vereinfacht die Schaltpunktanpassung für unterschiedliche Prozessschritte und spart Zeit. Alle Datensätze können zudem zentral in der SPS vorgehalten werden, was eine fehlerfreie Konfiguration der Anlage gewährleistet.
Unterschiedliche Prozessanschlüsse und Stablängen von 16 mm bis 200 mm machen die Sensoren in fast allen üblichen Anwendungen einsatzfähig. Für den Industriebereich steht zudem eine verschiebbare Version zur Verfügung; unterschiedliche Nennweiten lassen sich dann mit dem gleichen Sensor abdecken. Das kann die Lagerhaltung deutlich erleichtern, wenn die Sensoren zum Beispiel in unterschiedlichen Systemen eingesetzt werden sollen. Weil thermische Strömungssensoren ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen, sind sie nahezu wartungsfrei.
Reinigungszyklen überwachen
Mit Hilfe der thermischen Strömungssensoren lassen sich ganz unterschiedliche Prozesse in geschlossenen Rohrsystemen effektiv überwachen und gegebenenfalls optimieren. Ein typisches Beispiel sind CIP-Reinigungsverfahren im Food- und Pharmabereich. Hier ist neben der Temperatur auch die Strömungsgeschwindigkeit der Reinigungslösung wichtig. Ist die Strömungsgeschwindigkeit sie zu niedrig, dauert die Reinigung zu lange und die Produktivität der Anlage sinkt; im schlimmsten Fall kann sogar die Reinigungsqualität leiden. Deshalb empfiehlt es sich, die Fließgeschwindigkeit nicht nur direkt nach der CIP-Pumpe, sondern auch im Rücklauf zu überwachen. Die Strömungswiderstände in den Rohrleitungen werden dadurch zuverlässig erfasst. Auch am entferntesten Punkt zur Pumpe kann somit sichergestellt werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit für den Reinigungsprozess hoch genug ist.
Die kalorimetrischen Strömungs- und Temperatursensoren der Baureihe FlexFlow gibt es mit verschiedenen Prozessanschlüssen und Stablängen. Sie eignen sich damit für nahezu alle Anwendungen. Baumer
Die Flexflow-Strömungssensoren haben ein symmetrisches und zentriertes Design; so lässt sich der Sensor unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung bestmöglich im Prozess installieren. Die für thermische Strömungssensoren typische Systemschwäche – die Unterscheidung zwischen Temperatur- oder Strömungsänderung – bei großen Temperatursprüngen, ist beseitigt. Ein in die Sensorvariante mit IO-Link integriertes Quality-Bit signalisiert, ob das Strömungssignal gültig oder ungültig ist. Solche Fälle kommen typischerweise bei CIP-Prozessen vor, beispielsweise beim Wechsel von kalter Milch auf heiße Reinigungsmedien.
Aber auch bei anderen Reinigungsprozessen bringen die FlexFlow Strömungssensoren Vorteile: Reinigungsprozesse zu überwachen empfiehlt sich aus ökologischen und ökonomischen Gründen, zum Beispiel auch in der Flaschen-, Textil- oder Bauteilreinigung. Werden Temperaturen und Fließgeschwindigkeit überwacht, lassen sich auch hier die Medien ressourcenschonender einsetzen und der der Energieeinsatz vermindern.
Die FlexFlow-Strömungs- und Temperatursensoren kontrollieren über den ganzen CIP-Zyklus hinweg die vordefinierte Fließgeschwindigkeit und Temperatur der Reinigungsmittel. Das sichert die geforderte Prozessqualität. Baumer
Temperierung von Kühlprozessen
Beim Spritzgießen ist die Abkühlung des Formteils im Formwerkzeug auf eine bestimmte Temperatur entscheidend für die Qualität der erzeugten Formteile. Bei konventionellen Werkzeugen ist eine weitgehend stabile Temperatur qualitätsentscheidend, bei Werkzeugen mit einer variothermen (dynamischen) Temperierung wird die Werkzeugtemperatur innerhalb eines Spritzgießzyklusses mit Kühl- und Heizsystemen kontrolliert verändert. Je nach Methode überwachen FlexFlow-Strömungssensoren in den Kühlkreisläufen oder Temperiergeräten die vordefinierten Prozessparameter.
Die Strömungssensoren lassen sich in praktisch jedem Prozess einfach installieren, etwa in der Stahlindustrie. Hier lässt sich die CO2-Bilanz deutlich verbessern, wenn die Kühlprozesse entsprechend optimiert werden.
Martin Leupold
(dw)
