In der Wassertechnologie und Verfahrenstechnik gibt es eine Vielzahl sehr anspruchsvoller Dosieraufgaben, die an Dosierpumpen im Hinblick auf Präzision, Zuverlässigkeit und insbesondere an die Überwachung des Dosierprozesses höchste Anforderungen stellen. Zu diesen komplexen Applikationen gehört das Dosieren von Antiskalanten und Antifoulingsmitteln in der Umkehrosmose und in der Wachstumsbranche Membranfiltration. Kritisch gestaltet sich auch das Dosieren von unterschiedlichen Bioziden und Entschäumern in der

Papierproduktion oder von Reinigungs- und Desinfektionsmitteln sowie bei CIP-Applikationen der Getränke- und Lebensmittelindustrie. In den Entgiftungsund Neutralisationsprozessen der industriellen Prozess- und Abwasseraufbereitung hat sich das zuverlässige Dosieren von konzentrierten Säuren und Laugen als eine schwierige Aufgabe erwiesen. Gerade was diese heiklen Anwendungen anbetrifft, sind mit der neuen Generation der digitalen Dosierpumpen in Bezug auf Präzision, Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit Meilensteine gesetzt worden. In der Dosier- und Prozess-Überwachung werden jedoch immer noch die herkömmlichen Systeme eingesetzt, die jedoch die gestellten hohen Anforderungen nicht mehr gerecht werden. Mit dem neu entwickelten digitalen FM von ALLDOS hat der Anwender nun das Dosierverhalten exakt unter Kontrolle. Das ausgeklügelte Diagnosesystem detektiert Fehler im Dosierkopf und meldet Fehlfunktionen selbst bei kleinsten Dosiermengen- Einstellungen im ml/h-Bereich sofort und zuverlässig. In den nachfolgenden Abschnitten werden nach einem Überblick über die Ursachen der Dosierfehler und gebräuchlichen, im Markt befindlichen Lösungen, die Grundlagen und das Prinzip des ALLDOS-„FM“ für die Dosierüberwachung erörtert. Ursachen für Dosierfehler Als häufigste Ursachen für Störungen beim Dosieren mit Membranpumpen sind die folgenden Fälle bekannt:   Leckage im Saug- oder Druckventil   Unzulässig hoher Betriebsdruck oder Systemdruckschwankungen   Luft- bzw. Gasblasen im Dosierkopf   Kavitationsblasen im Dosierkopf Diese Betriebszustände können mit dem Indikatordiagramm erkannt und bewertet werden, wie in den folgenden Abschnitten näher ausgeführt. Gebräuchliche Lösungen zur Volumenstromüberwachung Allgemein gebräuchliche Lösungen zur Dosierüberwachung bei Membrandosierpumpen arbeiten bisher nach dem Prinzip des Auftriebsdurchflussmessers. Dabei wird ein Schwebekörper in einem Rohr während des Druckhubes nach oben getrieben, beim Saughub der Pumpe fällt er wieder herunter. Dieses Springen des Auftriebskörpers wird entweder optisch, magnetisch oder induktiv erfasst. Die Anpassung an den Dosierstrom der Pumpe erfolgt je nach Hersteller durch Verschieben des Schalters und/oder durch Zuschalten eines Bypass. Hierbei zeigen sich dann auch die Schwächen dieses Systems. Diese Einstellungen müssen an die jeweiligen Betriebsbedingungen der Pumpe sowie bei Veränderung der Hublänge und/oder der Hubfrequenz angepasst werden. Bei stark veränderlicher Hubfrequenz oder bei der Dosierung viskoser Flüssigkeiten ist diese Art der Dosierüberwachung oft gar nicht anwendbar. Funktionsprinzip FM Indikatordiagramm allgemein Das Indikatordiagramm stellt den Druckverlauf über den Saug- und Druckhub des Kolbens bzw. der Membran dar.

Im Bild 1 ist der Druckverlauf einer störungsfrei arbeitenden Membranpumpe dargestellt. Beginnend im Punkt 1 erfolgt im Druckhub zunächst eine Kompressionsphase mit Druckaufbau bis zum Öffnungsdruck des Druckventils in Punkt 2 und anschließend der Fördervorgang in die
Druckleitung bis zum äußeren Totpunkt 3. Beim Rückhub erkennt man zunächst eine Entspannung bis zum Saugdruck im Punkt 4 mit anschließendem Saugvorgang bis zum inneren Totpunkt 1, dem Anfang dieses Kreisprozesses.

Im Bild 2 sind zwei häufig auftretende Störungen des Dosiervorganges durch Vergleich mit dem störungsfreien Druckverlauf (Kurve 1) dargestellt. Bei Luft- bzw. Gasblasen im Dosierraum (Kurve 2) erfolgt auf Grund der viel größeren Elastizität ein langsamerer Druckaufbau. Ein

späteres Erreichen des Systemdruckes und damit auch ein wesentlich kleineres Dosiervolumen je Hub sind dann die Folgen. Bei größeren Fehlern auf der Saugseite der Pumpe kann starke Kavitation auftreten, wie im Bild 2 (Kurve 3) dargestellt. Ursachen dafür können sein: zu enge Querschnitte, zu große Saughöhe oder zu hohe Viskosität. Hier herrscht während des gesamten Saughubes Dampfdruck, der erst verspätet im Druckhub abgebaut wird. Auch hier ergibt sich durch späteres erreichen des Systemdruckes ein kleineres Dosiervolumen je Hub.

Im Bild 3 sind zwei weitere häufig auftretende Störungen des Dosiervorganges durch Vergleich mit dem störungsfreien Druckverlauf (Kurve 1) dargestellt. Bei Leckage im Saugventil (Kurve 2) erfolgt ein langsamerer Druckaufbau infolge des Leckstromes im Saugventil, außerdem fällt der Druck bereits

vor Erreichen des äußeren Totpunktes ab, sobald der Leckstrom größer ist als der momentane Förderstrom der Pumpe. Bei Leckage im Druckventil (Kurve 3 im Bild 3) ist bereits vor Ende des Saughubes ein Druckanstieg zu erkennen, und zwar zu dem Zeitpunkt, in dem der Leckstrom im Druckventil größer ist als der momentane Saugstrom der Pumpe. Außerdem erfolgt der Druckabfall zu Beginn des Saughubes langsamer – bedingt durch das Nachströmen im Druckventil. Darüber hinaus ist das Indikatordiagramm zur Erkennung weiterer Störeinflusse geeignet. So kann beispielsweise ein Überschreiten des eingestellten Systemdruckes erkannt und bewertet werden.

Realisiert und zum Patentangemeldet ist zurzeit eine Plug & Play Lösung, bei der in die vorhandene Dosierpumpe zusätzlich ein Druckaufnehmer installiert wurde. Zur Messwertverarbeitung wird der bereits vorhandene Mikroprozessor, der auch die Motorsteuerung bewerkstelligt genutzt. Wie aus Bild 4 zu entnehmen ist, erfasst der
Mikroprozessor stetig den Druck im Dosierraum und aus der Motorsteuerung die Motorposition, aus der über die Antriebskinematik auch die Membranposition bekannt ist. Somit kann der Mikroprozessor kontinuierlich das Indikatordiagramm erstellen. Für diese Plag&Play- Lösung wurden Auswertealgorithmen entwickelt, mit denen die oben genauer beschriebenen Dosierfehler erkannt und bewertet werden können.

Zu Ihrer Grundeinstellung wurden die Parameter der Volumenstromüberwachung so gewählt, dass ein weiter bereich üblicher Anwendungen abgedeckt wird. So kann je nach Fehlerfall bereits ein Abfall des Dosierstromes ab 30% zuverlässig erkannt werden. Darüber hinaus besteht heute bereits die Möglichkeit, repräsentative Punkte des Indikatordiagramms aus dem Speicher auszulesen und zur Fehlerdiagnose heranzuziehen. Außerdem errechnet der Prozessor durch Mittelwertbildung stetig den Förderdruck im Dosierraum, der repräsentativ ist für den momentanen Systemdruck und der jederzeit per Knopfdruck abgelesen werden kann.

Resümee Die vorgestellte Lösung stellt somit eine preiswerte, in der Anwendung einfache Plag & Play -Lösung dar, mit der die gängige Systemfehler bei der Dosierung mit der drehzahlgesteuerten Membranpumpen sicher detektiert werden.

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