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Industrielle Automation 6/2018

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Industrielle Automation 6/2018

STEUERN UND ANTREIBEN

STEUERN UND ANTREIBEN Eine „heiße“ Angelegenheit Glasprodukte mithilfe eines Massendurchflussreglers formen und feuerpolieren 01 Vielfältiger Werkstoff Glas für Flaschen, Ampullen, Spritzen etc. Prozessschritte in der Glasherstellung Der Werkstoff Glas ist auch heute noch die Grundlage für zahlreiche pharmazeutische Gefäße wie z. B. Ampullen, Injektionsfläschchen und Spritzen. Mit der großen Bandbreite an Produkten steigt auch die Zahl der Glasrezepturen, die wiederum individuelle Fertigungsprozesse erfordern. An der Stelle kommt ein Hersteller von Mess-, Steuer- und Regelungssystemen für Flüssigkeiten und Gase ins Spiel. Lesen Sie mehr. Glas als durchsichtiger, weitgehend inerter und einfach formbarer Werkstoff eignet sich optimal für eine große Anzahl individuell geformter Produkte. Gerade für die Pharmazeutik werden die je nach Anforderungen durchsichtigen oder eingefärbten Hohlkörper in hohen Stückzahlen gefertigt. Diese müssen dabei alle den in einschlägigen Vorschriften vorgegebenen Eigenschaften entsprechen, wie z. B. konstante Volumina und Wandstärken sowie präzise Sollbruchstellen. Dazu ist eine exakte Prozessführung unabdingbar. Als Ausgangsprodukt dienen dabei hochwertige Glasrohre. Je nach Materialzusammensetzung haben diese klar festgelegte Schmelztemperaturen. Durch präzise Oxyfuel-Gas- brenner werden die Rohre lokal auf definierte Temperaturen erhitzt. So lassen sich Objekte leicht formen, Oberflächen von Produkten gut feuerpolieren und kleine Risse und Unebenheiten reparieren. Voraussetzung dafür ist eine individuell einstellbare Gasflamme, bei der Brenngas und Sauerstoff optimal dosiert sind. Hier können Massendurchflussregler mit einem druckund temperaturunabhängigen Messprinzip helfen, z. B. der kompakte MFC von Bürkert Fluid Control Systems. Dieser Massendurchflussregler ermöglicht eine reaktionsschnelle Gasdosierung, die eine wirtschaftliche Prozessführung auch bei Schwankungen der Gaszufuhrqualität und häufigen Produktwechseln ermöglicht. Bei der Glasherstellung werden die je nach Glasart vorgemischten Rohstoffe zuerst in Schmelzöfen oder -wannen bei definierten Temperaturen aufgeschmolzen und miteinander vermischt. Dabei ist die Einhaltung einer definierten Viskosität bzw. Temperaturspanne essentiell für die Produktqualität. Für pharmazeutische Gläser werden aufgrund der hohen Qualitätsanforderungen passende Glasrohre nicht geblasen, sondern aus der Schmelze gezogen und als Halbzeug für die weitere Produktion eingesetzt. Die unterschiedlichen Formen aus den abgelängten Rohrabschnitten ergeben sich dann durch abschnittsweises Erhitzen und weitere Bearbeitung. Da das Glas im Prozess immer weiter abkühlt, ist der Rohkörper weitgehend formstabil und lässt sich weitertransportieren. Nun folgen weitere Arbeitsschritte, bei denen das Produkt endgültig ausgeformt wird. Darunter fallen Arbeiten wie Hälse ausziehen an Ampullen, Sicken und Einbuchtungen anbringen oder eine spezielle Oberflächenbehandlung wie die Feuerpolitur. Zu diesen Zwecken muss der Glaskörper wieder, meist nur stellenweise, definiert erhitzt werden um die Viskosität im optimalen Bereich einzustellen und damit das Glas formbar zu machen. Dabei kommen vielfach kleine Gasbrenner zum Einsatz, die exakt gesteuert oft nur Millimeter dicke Glaswandung punktuell erwärmen. Messprinzip basiert auf thermischen Verfahren Da die Gaszusammensetzung die Flammtemperatur entscheidend beeinflusst, müssen die Brenner der Glasbearbeitungsanlagen mit exakt eingestellter Gasmischung arbeiten. Je nach Brenngas wie Wasserstoff, Erdgas oder Propan variieren die Eigenschaften Lukas Hammer, Produktmanager Massendurchflussregler, Bürkert Fluid Control Systems, Ingelfingen 50 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2018

SENSORIK UND MESSTECHNIK 02 Kompakte Massendurchflussregler ermöglichen eine reaktionsschnelle Gasdosierung der resultierenden Flamme. Nun ändern sich im Praxisalltag allerdings vielfach sowohl die Druckbedingungen wie auch die Temperatur der Gase. Eine klassische volumetrische Gasmengenmessung mithilfe von Schwebekörpern kann das nicht berücksichtigen, denn sobald sich Druck oder Temperatur ändern, messen diese Volumendurchflussmesser nicht mehr genau. Für eine rückverfolgbare und dokumentationspflichtige Produktion ist das nicht akzeptabel. Als zuverlässige Alternative bietet sich hier der Einsatz von Massendurchflussmessern an. Das Messprinzip der eingesetzten Massendurchflussregler basiert auf dem thermischen Verfahren. Aus dem Wärmetransport des eingesetzten Gases kann hierbei direkt auf den Massendurchfluss geschlossen werden. Dieses Gasgewicht ist unabhängig von Gasdruck und -temperatur. Der Wärmetransport ist dabei sowohl von der Masse der einzelnen Gasmoleküle als auch von der absoluten, durchgeströmten Gasmenge abhängig. Leichte Gase wie Wasserstoff nehmen schnell viel Hitze auf, schweres Propan dagegen weniger. Aus diesem Grund lassen sich die Sensoren auf mehrere Gasarten im Voraus justieren. Bei den zumeist eingesetzten Massendurchflussreglern findet diese Messwerterfassung in einem Nebenkanal statt. Ein Laminar-Flow-Element im Hauptkanal erzeugt einen geringen Druckabfall, der einen definierten, kleinen Teil des Gesamtdurchflusses durch den Nebenkanal treibt. Gemessen wird in einem speziell geformten Strömungskanal, an dessen Wandung ein Si-Chip mit einer freigeätzten Membran sitzt. Auf dieser Membran ist ein Heizwiderstand symmetrisch zwischen zwei Temperatursensoren aufgebracht, die die Gas-Temperatur vor und nach der Erwärmung messen. Bei einer konstanten Spannung am Heizwiderstand ist die Differenzspannung der Temperatursensoren ein Maß für den Massendurchfluss des strömenden Gases. Unterstützung verschiedener Bussysteme Für die hohen Anforderungen der Glasindustrie bietet Bürkert mit seinen Massendurchflussreglern nicht nur eine kompakte und exakt arbeitende Gasmassenbestimmung, sondern erfüllt auch die Anforderungen einer flexiblen Produktion. In einer solchen Anlage kommen oft bis zu 60 Brenner zum Einsatz, was bedeutet, dass bis zu 120 Massendurchflussregler über das Gasgemisch wachen. Diese können zu einer individuellen Systemlösung verbaut werden und kommunizieren untereinander über verschiedene Feldbus- oder Industrial Ethernet-Standards. Dazu kommen vielfach noch Sicherheits-Absperrventile für jeden Gasstrang, die ebenfalls Teil des intelligenten Brennersteuerungsblocks sein können. Aufgrund des modularen Aufbaus können diverse Bussysteme (Profinet, Profibus-DP, Modbus-TCP, Ethernet/IP oder EtherCAT) unterstützt werden – die Integration in bestehende Anlagensteuerungen PAM-199-P mit Feldbusanbindung Wahlweise mit: • EtherCAT-Schnittstelle mit Parametrierung über CoE • Profibus-Schnittstelle • ProfiNet-Schnittstelle Der Massendurchflussregler erfüllt unter anderem die Anforderungen einer flexiblen Produktion wird dadurch erleichtert. Für schnelle, marktangepasste Produktwechsel können in der übergeordneten Steuerung die passenden Rezepturen hinterlegt werden und müssen in der Praxis dann nur noch per Knopfdruck geladen werden. Dabei senden die Feldgeräte rund um die Uhr Informationen über den Gerätezustand und den Prozess zur Anlagensteuerung. So ist eine vorbeugende Wartung möglich und sollte es doch einmal zu einer Störung kommen, kann diese schnell lokalisiert und behoben werden. Das Konzept ermöglicht so eine flexible, aber dennoch robuste und wirtschaftliche Prozessführung im Sinne des Trends zur Digitalisierung und Automatisierung von Produktionsprozessen. Bilder: Aufmacher Piotr Piatrouski – stock.adobe.com; 01 Robert Gerhardt – stock.adobe.com; 02 Bürkert Fluid Control Systems www.buerkert.de • digitaler Leistungsverstärker, für alle Proportionalventile geeignet • modernes kostenoptimiertes Design • einfachste Verkabelung und Inbetriebnahme • USB-Schnittstelle Elektronik GmbH D-41372 Niederkrüchten Telefon: +49 (0)2163 577355-0 E-Mail: info@w-e-st.de Internet: www.w-e-st.de Alles für die Hydraulik: Leistungsverstärker Druckregelungen Positionsregelungen Gleichlaufregelungen Pumpenregelungen INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2018 51

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