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Strömungs- und Temperatursensoren für heiße Medien

01 Der Sinterprozess ist energieintensiv und kostenträchtig. <a href=http://www.baumer.com/flexflow>Flex-Flow-Sensoren</a> von Baumer kontrollieren im Kühlkreislauf vordefinierte Strömungs- und Temperaturparameter zuverlässig bei bis zu 150 °C (Bild: shutterstock.com_jumrong)

01 Der Sinterprozess ist energieintensiv und kostenträchtig. Flex-Flow-Sensoren von Baumer kontrollieren im Kühlkreislauf vordefinierte Strömungs- und Temperaturparameter zuverlässig bei bis zu 150 °C (Bild: shutterstock.com_jumrong)

02 Hochfeste gesinterte Schneid-Wende-Platte mit komplexer Geometrie (Bild: shutterstock.com_jumrong)

02 Hochfeste gesinterte Schneid-Wende-Platte mit komplexer Geometrie (Bild: shutterstock.com_jumrong)

03 Aufgrund ihres symmetrischen und zentrierten Designs lassen sich die Flex-Flow-Strömungssensoren unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung optimal im Prozess installieren und sorgen so für präzise Messungen und Prozesssicherheit (Bild: Baumer)

03 Aufgrund ihres symmetrischen und zentrierten Designs lassen sich die Flex-Flow-Strömungssensoren unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung optimal im Prozess installieren und sorgen so für präzise Messungen und Prozesssicherheit (Bild: Baumer)

04 Die Flex-Flow-Strömungssensoren gibt es mit einer Vielzahl von Prozessanschlüssen. Bei Sinteröfen kommt üblicherweise die Version mit Dichtkegelanschluss zum Einsatz. Die metallische Dichtung in Kombination mit einer zusätzlichen O-Ring-Kunststoffdichtung ist druckfest bis 100 bar und lässt sich einfach in der Rohrleitung montieren (Bild: Baumer)

04 Die Flex-Flow-Strömungssensoren gibt es mit einer Vielzahl von Prozessanschlüssen. Bei Sinteröfen kommt üblicherweise die Version mit Dichtkegelanschluss zum Einsatz. Die metallische Dichtung in Kombination mit einer zusätzlichen O-Ring-Kunststoffdichtung ist druckfest bis 100 bar und lässt sich einfach in der Rohrleitung montieren (Bild: Baumer)

Die meisten Standard-Strömungs- und -Temperatursensoren sind für den Einsatz bei Temperaturen jenseits der 100-°C-Marke nicht geeignet. Für solche Fälle, wie sie beispielsweise in Kühlkreisläufen in Sinteröfen vorkommen, hat Baumer thermische Strömungssensoren entwickelt, die auch bei Prozesstemperaturen bis 150 °C zuverlässig ihren Dienst verrichten. Selbst kurzzeitige Temperaturspitzen beeinträchtigen ihre Funktionsfähigkeit nicht. Da die Sensoren zudem ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen, sind sie nahezu wartungsfrei.
Beim Sintern werden pulvrige Stoffe vermischt und anschließend durch Erwärmung miteinander verbunden oder verdichtet. Zunächst werden die Pulvermassen so geformt, dass ein bestimmter Zusammenhalt der Partikel gegeben ist. Der auf diese Weise vorgepresste Grünling wird im Anschluss durch Wärmebehandlung unterhalb der Schmelztemperatur verdichtet und ausgehärtet (Bild 1). Erst durch diese Temperaturbehandlung erhält das Sintererzeugnis seine endgültigen Eigenschaften, wie Härte, Festigkeit oder Temperaturleitfähigkeit, die im jeweiligen Applikationsumfeld erforderlich sind. Typische Anwendungen stellen beispielsweise die Fertigung hochfester Keramiken und Metallwerkstoffe mit komplexen Geometrien dar, wie Schneid-Wende-Platten für den Werkzeugbau (Bild 2), Bauteile für Motoren und Transformatoren oder auch Mahlwerke für Kaffeemaschinen. Dabei herrschen oftmals hohe Temperaturen vor. Bei Silikatkeramik beispielsweise liegen die Temperaturen beim Sintern zwischen 800 °C und 1 400 °C, bei technischer Keramik bei bis zu 2 500 °C.
Die passende Sensorik für hohe Anforderungen
Da das Verfahren aufwendig ist, sind die Anforderungen an die Verfügbarkeit der Sinteröfen hoch. Der Prozess ist energie- und damit kostenintensiv. Gleichzeitig muss das Sintern störungsfrei über Stunden oder sogar Tage unter definierten Bedingungen ablaufen. Andernfalls wäre Ausschuss die Folge, was bei den meist voll beladenen Öfen inakzeptable finanzielle Einbußen verursachen würde. Für eine zuverlässige Funktion ist die Kühlung der Anschlüsse der Heizelemente ein entscheidender Punkt. Wasserkühlung gilt als das Mittel der Wahl. Allerdings müssen die Kühlkreisläufe während des Betriebs überwacht werden, um eine Überhitzung des Ofens und der Heizelementanschlüsse zuverlässig zu vermeiden. Dabei erkennen Sensoren im Rücklauf beispielsweise anhand von Strömungsgeschwindigkeit und Temperatur des Kühlmittels, ob die Pumpen zuverlässig funktionieren und ausreichend Kühlmittel die Heizelementanschlüsse umspült.
Die Sensoren, die in diesem Umfeld zum Einsatz kommen, müssen hohen Ansprüchen genügen: Die Kühlmitteltemperaturen liegen oftmals bei über 100 °C. Außerdem stehen bei Sinteröfen vielfach eine einfache Montage und Manipulationssicherheit auf der Wunschliste der Kunden. Diesen Anforderungen entspricht Baumer mit seinen thermischen Flex-Flow-Sensoren, die ihre Tauglichkeit mittlerweile in den Kühlkreisläufen zahlreicher Sinteröfen bewiesen haben.
Das kalorimetrische Messprinzip
Die thermischen Strömungssensoren arbeiten nach dem kalorimetrischen Messverfahren. Es 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. Das reduziert die Anzahl der Messstellen und minimiert den Aufwand für Installation, Service und Lagerhaltung.
Flexibel in Ausführung und Montage
Dank ihres symmetrischen und zentrierten Designs lassen sich die Flex-Flow-Sensoren unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung optimal im Prozess installieren und garantieren so präzise Messungen und Prozesssicherheit (Bild 3). Die Sensoren gibt es mit unterschiedlichen Prozessanschlüssen und Stablängen von 16 mm bis 200 mm (Bild 4). Sie eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen. Bei Sinteröfen kommt üblicherweise die Version mit Dichtkegelanschluss zum Einsatz. Die metallische Dichtung in Kombination mit einer zusätzlichen O-Ring-Kunststoffdichtung ist druckfest bis 100 bar, lässt sich einfach in der Rohrleitung montieren und im Fall der Fälle ist auch ein Austausch schnell und einfach möglich. Das hält Stillstandzeiten klein und erhöht die Anlagenverfügbarkeit.
Die thermischen Strömungssensoren von Baumer eignen sich für Fließgeschwindigkeiten von 10 cm/s bis 400 cm/s und Temperaturen zwischen –25 °C und 150 °C. Es gibt sie entweder in Analogausführung (4 mA … 20 mA) oder mit frei einstellbaren Ausgängen mittels IO-Link. In den Kühlkreisläufen der Sinteröfen haben sich Ausführungen mit Analogausgang bewährt, da sie manipulationssicher sind. Bei Applikationen mit häufigen wechselnden Chargen oder unterschiedlichen Prozessschritten macht die IO-Schnittstelle Sinn, da sie die gleichzeitige Parametrierung mehrerer Sensoren ermöglicht. Das vereinfacht die Schaltpunktanpassung und spart Zeit. Alle Datensätze können zudem zentral in der Anlagensteuerung abgelegt und verwaltet werden, was eine fehlerfreie Konfiguration der Anlage gewährleistet.
Fazit
Mit seinen Flex-Flow-Sensoren bietet Baumer eine bewährte Lösung für Applikationen, in denen hohe Temperaturen vorherrschen. Zudem zeichnen sich die Strömungs- und Temperatursensoren durch ihr einfaches Montageprinzip und vielfältige Ausführungen, unter anderem mit IO-Link-Schnittstelle, aus. Dadurch sind sie flexibel und komfortabel einsetzbar. (ih)

Martin Leupold ist Senior Produktmanager Prozesssensoren bei der Baumer Group. sales.de@baumer.com

Martin Leupold ist Senior Produktmanager Prozesssensoren bei der Baumer Group. sales.de@baumer.com

Ellen-Christine Reiff, M. A., ist als Fachjournalistin im Redaktionsbüro Stutensee tätig. ereiff@rbsonline.de

Ellen-Christine Reiff, M. A., ist als Fachjournalistin im Redaktionsbüro Stutensee tätig. ereiff@rbsonline.de