Bild: Baumer; iStock, Lingbeek

Thermische Strömungssensoren Fließendes immer gut im Blick haben

07.05.2018

Um Prozesse zu verbessern muss der Ist-Zustand bekannt sein. Bei Kühl- oder Reinigungskreisläufen sollten dafür Durchflussmenge und Temperatur im Vor- und Rücklauf bekannt sein. Kalorimetrische Sensoren sind hierfür geeignet, denn sie liefern den Temperaturwert gleich mit und minimieren die Anzahl der Messstellen.

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.

Mit den Strömungssensoren FlexFlow PF20H und PF20S ergänzen zwei kalorimetrische Sensortypen das Portfolio von Baumer, das damit alle gängigen Prozessgrößen abdeckt. Mit ihnen lassen sich Fließgeschwindigkeiten und Temperaturen in ganz unterschiedlichen Branchen und Prozessen erfassen.

Für Industrie- und Hygieneanwendungen

In der Version PF20S erfüllt der thermische Strömungssensor alle industriellen Anforderungen, während die Version PF20H für den Einsatz in hygienisch sensiblen Bereichen ausgelegt ist. Beide eignen sich für Fließgeschwindigkeiten von 10 bis 400 cm/s und Temperaturen zwischen -25 und 150 °C, nehmen also auch dann keinen Schaden, wenn zum Beispiel CIP-Reinigungsprozesse in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie mit hohen Temperaturen gefahren werden.

Die Sensoren gibt es in Analogausführung (4...20 mA, 0...
10 V) oder mit frei einstellbaren Ausgängen mittels IO-Link. 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.

Reinigungszyklen effizient überwachen

Die Einsatzbereiche der thermischen Strömungssensoren sind breit gefächert. So lassen sich mit ihrer Hilfe 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 ein wichtiges Kriterium. Ist sie zu gering, 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 Pumpe, sondern auch im Rücklauf zu überwachen. Die Strömungswiderstände in den Rohrleitungen werden dadurch zuverlässig erfasst. Auch am entferntesten Punkt zur Pumpe lässt sich gewährleisten, dass die Strömungsgeschwindigkeit für die Reinigung ausreichend hoch ist. Das garantiert eine sichere Reinigung des gesamten Rohrleitungssystems.

Der Sensor FlexFlow ist für solche Anwendungen geeignet: Durch sein symmetrisches und zentriertes Design lässt er sich unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung optimal im Prozess installieren. Das garantiert präzise Messungen und Prozesssicherheit. Die für thermische Strömungssensoren typische Systemschwäche (Unterscheidung zwischen Temperatur- oder Strömungsänderung) bei großen Temperatursprüngen, wie sie in einem CIP-Prozess etwa beim Wechsel von kalter Milch auf heiße Reinigungsmedien vorkommen, gehört der Vergangenheit an. Ein in die Sensorvariante mit IO-Link integriertes Quality-Bit signalisiert, ob das Strömungssignal gültig oder ungültig ist.

Aber auch bei anderen Reinigungsprozessen bringen die FlexFlow-Strömungssensoren Vorteile. Reinigungsprozesse zu überwachen empfiehlt sich aus ökologischen und ökonomischen Gründen beispielsweise auch in der Flaschen-, Textil- oder Bauteilreinigung. Werden Temperaturen und Fließgeschwindigkeit überwacht, lassen sich auch hier die Medien ressourcenschonend einsetzen sowie der Energieeinsatz reduzieren und Reinigungszyklen optimieren.

Wenn die Temperatur den Prozess beeinflusst

Bei vielen Anwendungen ist die richtige Werkzeugtemperatur entscheidend für Materialeigenschaften oder das Einhalten bestimmter Fertigungstoleranzen und damit den Produktionserfolg. Beim Kunststoffspritzgießen etwa hängt die Qualität des Kunststoffbauteils von der richtigen Temperierung ab, da die Fertigungstoleranzen und Materialeigenschaften temperaturabhängig sind. Bei der konventionellen Temperierung ist eine stabile Temperatur qualitätsentscheidend, bei der variothermen Werkzeugtemperierung wird die Temperatur innerhalb eines Spritzzyklus kontrolliert verändert. Je nach Methode überwachen in Kühlkreisläufen oder Temperiergeräten installierte FlexFlow-Strömungssensoren zuverlässig und sicher vordefinierte Prozessparameter. Die thermischen Strömungssensoren lassen sich in praktisch jedem Prozess einfach installieren, zum Beispiel auch in der Stahlindustrie. Hier lässt sich die CO2-Bilanz deutlich verbessern, wenn die Kühlprozesse entsprechend optimiert werden.

Die Sensoren gibt es mit unterschiedlichen Prozessanschlüssen und Stablängen von 16 bis 200 mm. Für den Industriebereich steht zudem eine verschiebbare Version zur Verfügung; unterschiedliche Nennweiten lassen sich dann mit dem gleichen Sensor abdecken. Das erleichtert die Lagerhaltung, wenn die Sensoren zum Beispiel in unterschiedlichen Systemen eingesetzt werden sollen. Da thermische Strömungssensoren ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen, sind sie nahezu wartungsfrei und sichern so über viele Jahre einen reibungslosen Betrieb der Anlagen, bei denen sie Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur überwachen.

Bildergalerie

  • Über den ganzen CIP-Zyklus hinweg kontrollieren die FlexFlow-Strömungs- und Temperatursensoren die vordefinierte Fließgeschwindigkeit und Temperatur der Reinigungsmittel. Das erhöht die Effizienz, gewährleistet die geforderte Reinigungsqualität und garantiert die Lebensmittelsicherheit.

    Bild: Baumer

Firmen zu diesem Artikel
Verwandte Artikel