Eine Dosierpumpe fördert nicht immer einen vollkommen gleichmäßigen Flüssigkeitsstrom. Bei Kolben-, Membran- oder anderen zyklisch arbeitenden Pumpen steigt und fällt der Volumenstrom innerhalb jedes Pumpenhubs.
Der Mittelwert kann beispielsweise konstant bei 5 l/min liegen, während der tatsächliche Momentandurchfluss innerhalb kurzer Zeit deutlich darüber und darunter schwankt.
Für einen Ovalradzähler ist ein solcher pulsierender Durchfluss grundsätzlich weniger problematisch als für viele strömungsgeschwindigkeitsabhängige Messverfahren.
Der Grund liegt im Messprinzip: Zwei Ovalräder teilen den Flüssigkeitsstrom in definierte Teilvolumina auf. Jede Drehbewegung entspricht damit einem bestimmten verdrängten Flüssigkeitsvolumen.
Trotzdem bedeutet dies nicht, dass Pulsationen für die gesamte Mess- und Dosieraufgabe bedeutungslos sind.
Starke Druckschwankungen verändern die Belastung der Ovalräder und Lager. Der Momentandurchfluss kann stark schwanken. Nach dem Abschalten eines Ventils können elastische Leitungen oder Druckspeicher noch Flüssigkeit nachfördern. Bei einem Druckausgleich kann sich die Strömungsrichtung sogar kurzzeitig umkehren.
Genau dieser Rückfluss ist für Dosieraufgaben besonders interessant.
Ein Ovalradzähler kann sich mechanisch grundsätzlich auch rückwärts bewegen. Ob die angeschlossene Elektronik diesen Rückwärtsfluss jedoch als negatives Volumen erkennt, hängt vom verwendeten Impulsgeber und der Auswertung ab.
Ein einzelner Impulskanal übermittelt zunächst nur einzelne Ereignisse. Aus einem einzelnen Puls lässt sich nicht erkennen, in welche Richtung sich das Ovalrad bewegt hat.
Für eine eindeutige Richtungsinformation werden bei entsprechend ausgelegten Messsystemen beispielsweise zwei phasenverschobene Signale ausgewertet.
Damit muss bei einer Dosieranlage zwischen drei Größen unterschieden werden: dem tatsächlichen Hinfluss, einem möglichen Rückfluss und der von der Elektronik gezählten Volumensumme.
Die zentrale Aussage lautet: Ein Ovalradzähler ist für pulsierende Durchflüsse grundsätzlich sehr gut geeignet. Für eine präzise Dosierung müssen jedoch Pumpenpulsation, Druckschwankungen, Filterung des Momentanwertes, Materialnachlauf, möglicher Rückfluss und die Richtungserkennung der verwendeten Elektronik gemeinsam betrachtet werden.
Inhaltsverzeichnis
- Wie arbeitet ein Ovalradzähler?
- Was bedeutet pulsierender Durchfluss?
- Warum Ovalradzähler mit Pulsationen grundsätzlich gut umgehen können
- Momentandurchfluss und Volumensumme unterscheiden
- Warum Druckschwankungen trotzdem relevant sind
- Warum der Differenzdruck über dem Zähler entscheidend ist
- Wann Pulsationen zu stark werden
- Wann ein Pulsationsdämpfer sinnvoll ist
- Wie kann Rückfluss nach einer Dosierung entstehen?
- Kann ein Ovalradzähler Rückfluss messen?
- Warum ein einzelner Impulsausgang die Richtung nicht eindeutig erkennt
- Wie funktioniert eine richtungserkennende Impulsauswertung?
- Wie Rückwärtsbewegungen zu scheinbarem Volumen führen können
- Dosiergenauigkeit richtig beurteilen
- Ventilabschaltung und Materialnachlauf berücksichtigen
- K-Faktor und Impulsauflösung richtig dimensionieren
- Warum die Momentanwertanzeige nicht zu stark gefiltert werden sollte
- Wann ein Rückschlagventil sinnvoll sein kann
- Viskosität und Gasblasen weiterhin berücksichtigen
- Einbau und Rohrleitung richtig auslegen
- Typische Fehlerbilder systematisch diagnostizieren
- Passende Ovalradzähler von ICS Schneider
- Fazit
- Häufige Fragen zu Ovalradzählern bei pulsierendem Durchfluss
1. Wie arbeitet ein Ovalradzähler?
Ein Ovalradzähler gehört zu den Verdrängungszählern beziehungsweise Positive-Displacement-Durchflussmessern.
In seiner Messkammer befinden sich zwei gegenläufig rotierende Ovalräder.
Während sich die Räder drehen, werden zwischen Ovalrad und Messkammergehäuse definierte Teilvolumina eingeschlossen und von der Einlass- zur Auslassseite transportiert.
Damit entspricht jede vollständige Drehbewegung einem definierten Flüssigkeitsvolumen.
Ein magnetischer beziehungsweise anderer geeigneter Impulsgeber erfasst die Bewegung der Ovalräder.
Die Anzahl der Impulse kann zur Berechnung des Gesamtvolumens verwendet werden.
Aus der Impulsfrequenz lässt sich zusätzlich der Momentandurchfluss bestimmen.
Das Verfahren misst das verdrängte Volumen damit vergleichsweise direkt und benötigt nicht dieselbe Strömungsprofilentwicklung wie beispielsweise viele geschwindigkeitsbasierte Messprinzipien.
2. Was bedeutet pulsierender Durchfluss?
Bei einem pulsierenden Durchfluss ist der Volumenstrom nicht zeitlich konstant.
Ein typisches Beispiel ist eine Membranpumpe.
Während des Förderhubes steigt der Durchfluss an. Während der anschließenden Bewegungsphase kann er deutlich abfallen.
Ähnliches tritt bei Kolbenpumpen, Dosierpumpen und bestimmten Zahnrad- beziehungsweise Schlauchpumpenanwendungen auf.
Je nach Pumpenprinzip, Drehzahl, Anzahl der Förderelemente und Anlagenwiderstand kann die Pulsation unterschiedlich stark ausgeprägt sein.
Der zeitliche Mittelwert kann dabei vollkommen konstant bleiben.
Eine Anlage kann beispielsweise dauerhaft durchschnittlich 5 l/min fördern, obwohl innerhalb jedes Pumpenzyklus kurzzeitig 2 l/min und anschließend 8 l/min auftreten.
Für die Messung muss deshalb geklärt werden, ob der mittlere Durchfluss, der Momentanwert oder die exakt geförderte Gesamtmenge die eigentlich relevante Größe ist.
3. Warum Ovalradzähler mit Pulsationen grundsätzlich gut umgehen können
Ein wichtiger Vorteil des Verdrängerprinzips liegt darin, dass ein definiertes Volumen mechanisch erfasst wird.
Damit ist die Volumensumme weniger davon abhängig, ob die Flüssigkeit mit gleichmäßiger oder schwankender Geschwindigkeit durch den Zähler fließt.
Ovalradzähler werden deshalb häufig auch für Prozesse mit Start-Stopp-Betrieb und pulsierendem Durchfluss eingesetzt.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die tatsächliche Pulsationsstärke unbegrenzt sein darf.
Bei jeder Beschleunigung und Verzögerung der Flüssigkeit ändern sich auch die Kräfte auf die Ovalräder.
Sehr schnelle beziehungsweise sehr starke Pulsationen können deshalb mechanische Belastungen erzeugen, die weit über einer ruhigen kontinuierlichen Förderung liegen.
Der Herstellerbereich für Druck, Durchfluss und zulässigen Differenzdruck muss deshalb auch während der dynamischen Spitzen eingehalten werden.
4. Momentandurchfluss und Volumensumme unterscheiden
Eine pulsierende Pumpe kann eine sehr unruhige Momentanwertanzeige erzeugen, obwohl die gemessene Gesamtmenge korrekt ist.
Der Grund liegt in der Signalauswertung.
Für die Volumensumme zählt die Elektronik einzelne Impulse über einen längeren Zeitraum.
Ein höherer Durchfluss erzeugt kurzfristig mehr Impulse, ein niedrigerer entsprechend weniger.
Für die Momentanwertanzeige muss dagegen aus dem zeitlichen Abstand beziehungsweise der Anzahl der Impulse innerhalb eines kurzen Zeitfensters ein aktueller Durchflusswert berechnet werden.
Bei pulsierendem Betrieb folgt dieser Wert den Pumpenhüben.
Eine unruhige Anzeige bedeutet deshalb nicht automatisch, dass die Volumenmessung ungenau ist.
| Messgröße | Auswirkung einer Pulsation | Praktische Bedeutung |
|---|---|---|
| Volumensumme | Oft vergleichsweise stabil | Für Chargen- und Dosiermengen besonders relevant |
| Momentandurchfluss | Kann stark schwanken | Zeigt tatsächliche Pumpendynamik |
| Gefilterter Durchfluss | Ruhiger Mittelwert | Einfachere Anzeige, aber verzögerte Reaktion |
| Impulsfolge | Zeitabstände schwanken | Direkte Information über Rotorbewegung |
Bei der Fehlersuche sollte deshalb immer zuerst geprüft werden, welche dieser Größen tatsächlich auffällig ist.
5. Warum Druckschwankungen trotzdem relevant sind
Durchflusspulsationen und Druckpulsationen hängen in einer Rohrleitung häufig zusammen.
Beschleunigt eine Pumpe die Flüssigkeit, steigt abhängig vom Anlagenwiderstand der Druck.
Wird der Flüssigkeitsstrom anschließend abgebremst, verändert sich der Druck erneut.
Hinzu kommen Reflexionen und Druckstöße durch Ventile, Schlauchvolumen, Speicher und lange Leitungen.
Der Ovalradzähler befindet sich damit nicht nur in einem wechselnden Durchfluss, sondern gleichzeitig in einem dynamischen Druckfeld.
Für das Gehäuse ist dabei der maximal auftretende Systemdruck relevant.
Für die Bewegung der Ovalräder spielt zusätzlich der Druckunterschied zwischen Ein- und Ausgang eine entscheidende Rolle.
6. Warum der Differenzdruck über dem Zähler entscheidend ist
Die Ovalräder drehen sich, weil auf der Einlassseite ein höherer Druck als auf der Auslassseite wirkt.
Dieser Differenzdruck erzeugt das Drehmoment, das Reibung und Strömungswiderstände innerhalb des Zählers überwindet.
Mit steigender Viskosität und steigendem Durchfluss nimmt der erforderliche Druckverlust typischerweise zu.
Bei einer pulsierenden Pumpe ändert sich auch dieser Differenzdruck zeitlich.
Die entscheidende Belastung ist deshalb nicht nur der statische Leitungsdruck.
Ein Zähler kann beispielsweise auf beiden Seiten einen hohen Druck besitzen und trotzdem nur einen kleinen Differenzdruck sehen.
Umgekehrt kann ein starker Pumpenhub kurzfristig einen hohen Differenzdruck über der Messkammer erzeugen.
Für kritische Anwendungen ist es daher hilfreich, Druck vor und nach dem Zähler getrennt zu betrachten.
7. Wann Pulsationen zu stark werden
Eine pauschale Pulsationsgrenze in Prozent lässt sich nicht für jeden Ovalradzähler angeben.
Entscheidend sind Frequenz, Amplitude, Medium, Viskosität, Zählergröße und mechanische Ausführung.
Besonders kritisch sind sehr schnelle Druckwechsel mit hohen Spitzen.
Die Ovalräder werden dabei permanent beschleunigt und wieder verzögert.
Bei ungünstigen Bedingungen kann die Strömung innerhalb eines Zyklus sogar kurzzeitig zum Stillstand kommen oder die Richtung wechseln.
Dadurch steigen mechanische Beanspruchung und Geräuschentwicklung.
Bei ausgeprägten hydraulischen Druckstößen beziehungsweise hochfrequent pulsierendem Betrieb sollte deshalb geprüft werden, ob das konkrete Gerät für diese Belastung freigegeben ist.
Bei Bedarf muss die Pulsation bereits hydraulisch reduziert werden.
8. Wann ein Pulsationsdämpfer sinnvoll ist
Ein Pulsationsdämpfer speichert während einer Druckspitze einen Teil des verdrängten Flüssigkeitsvolumens und gibt dieses während einer Niederdruckphase wieder ab.
Dadurch werden Druck- und Durchflussschwankungen reduziert.
Der Ovalradzähler erhält einen gleichmäßigeren Flüssigkeitsstrom.
Das kann mehrere Vorteile besitzen:
Die mechanische Belastung der Messkammer sinkt, der Momentanwert wird ruhiger und Ventile beziehungsweise Rohrleitungen werden weniger stark durch Druckstöße belastet.
Ein Pulsationsdämpfer ist jedoch kein universelles Zubehör, das einfach irgendwo in die Rohrleitung eingebaut wird.
Volumen, Vorspanndruck, Einbauposition und Werkstoff müssen zur Pumpe und zum Medium passen.
Bei kritischen Dosieranlagen sollte seine Position daher gemeinsam mit Pumpenhersteller und Anlagenplanung festgelegt werden.
9. Wie kann Rückfluss nach einer Dosierung entstehen?
Rückfluss bedeutet, dass sich die Flüssigkeit kurzzeitig entgegen der eigentlichen Förderrichtung bewegt.
Dafür gibt es verschiedene Ursachen.
Nach dem Schließen eines Dosierventils kann sich beispielsweise eine zuvor elastisch aufgeweitete Schlauchleitung wieder entspannen.
Ein Druckspeicher kann Flüssigkeit zurückdrücken.
Auch ein Höhenunterschied zwischen zwei Behältern kann nach dem Abschalten der Pumpe eine Rückströmung verursachen.
Bei pulsierenden Pumpen kann innerhalb eines Pumpenzyklus ebenfalls eine kurze Rückbewegung entstehen, wenn Ventile oder Rückschlagorgane nicht vollständig schließen.
Für eine reine Durchflussanzeige kann diese Bewegung kaum auffallen.
Für eine präzise Volumendosierung kann sie jedoch entscheidend sein.
10. Kann ein Ovalradzähler Rückfluss messen?
Mechanisch können viele Ovalradzähler grundsätzlich auch bei umgekehrter Strömung bewegt werden.
Damit ist jedoch noch nicht gesagt, dass die angeschlossene Elektronik einen negativen Durchflusswert ausgeben kann.
Diese Fähigkeit hängt von der Sensor- und Signalausführung ab.
Ein richtungserkennendes System benötigt zusätzliche Information darüber, in welcher Drehrichtung sich die Ovalräder bewegen.
Bei entsprechenden Durchflussmessern werden dafür beispielsweise zwei Impulskanäle verwendet.
Die zeitliche Phasenlage dieser beiden Signale zeigt die Bewegungsrichtung.
Bei einem Gerät mit nur einem Impulskanal muss dagegen genau geprüft werden, wie die Auswerteelektronik eine rückwärts erzeugte Impulsfolge behandelt.
Eine allgemeine Aussage „Ovalradzähler misst bidirektional“ reicht für eine Dosiersteuerung deshalb nicht aus.
11. Warum ein einzelner Impulsausgang die Richtung nicht eindeutig erkennt
Ein einfacher Hall-, Reed-, NPN- oder PNP-Impulsausgang erzeugt bei bestimmten Positionen des Ovalrades einen elektrischen Puls.
Die Steuerung erkennt damit:
Das Ovalrad hat sich um einen definierten Winkel weiterbewegt.
Aus nur einem solchen Signal geht jedoch nicht eindeutig hervor, ob die Bewegung vorwärts oder rückwärts erfolgte.
Bei einer kurzen Rückwärtsbewegung können deshalb ebenfalls Impulse entstehen.
Werden alle Impulse von einer SPS ausschließlich positiv addiert, kann die angezeigte Volumensumme größer sein als das tatsächlich netto transportierte Volumen.
Dieses Verhalten ist besonders bei Systemen relevant, die nach jeder Dosierung einen Druckausgleich oder eine sichtbare Leitungsbewegung zeigen.
12. Wie funktioniert eine richtungserkennende Impulsauswertung?
Für eine Richtungsinformation können zwei Sensoren verwendet werden, deren Signale gegeneinander phasenverschoben sind.
Bei Vorwärtsbewegung tritt beispielsweise Signal A vor Signal B auf.
Bei Rückwärtsbewegung kehrt sich diese Reihenfolge um.
Die Steuerung kann daraus die Drehrichtung bestimmen.
Vorwärtsbewegungen werden positiv, Rückwärtsbewegungen negativ gezählt.
Dadurch lässt sich das tatsächlich netto transportierte Volumen berechnen.
Diese Art der Quadraturauswertung wird bei verschiedenen Positive-Displacement-Durchflussmessern ausdrücklich für bidirektionale Messungen eingesetzt.
Für das konkrete ICS-Gerät beziehungsweise die konkrete Elektronikoption muss jedoch immer geprüft werden, welche Signalform tatsächlich verfügbar ist.
13. Wie Rückwärtsbewegungen zu scheinbarem Volumen führen können
Ein vereinfachtes Beispiel zeigt die mögliche Auswirkung.
Angenommen, ein Zähler erzeugt 100 Impulse pro Liter.
Bis zum Abschaltzeitpunkt wurden 98 Impulse gezählt. Das entspricht:
0,98 l.
Nach dem Abschaltsignal fließen aufgrund des Materialnachlaufs noch 0,05 l vorwärts.
Anschließend strömen aufgrund eines Druckausgleichs 0,02 l zurück.
Das tatsächlich netto übertragene Volumen beträgt damit:
0,98 l + 0,05 l – 0,02 l = 1,01 l.
Würde eine einkanalige Auswertung sowohl die Vorwärts- als auch die Rückwärtsimpulse ausschließlich positiv zählen, könnte sie dagegen vereinfacht anzeigen:
0,98 l + 0,05 l + 0,02 l = 1,05 l.
Das Beispiel ist bewusst vereinfacht, zeigt aber die grundlegende Problematik.
Für Dosierprozesse mit relevanter Rückströmung muss deshalb geklärt werden, ob die verwendete Messtechnik die Richtung eindeutig erfassen kann oder ob Rückfluss konstruktiv verhindert werden soll.
14. Dosiergenauigkeit richtig beurteilen
Die Messgenauigkeit des Ovalradzählers ist nur ein Bestandteil der gesamten Dosiergenauigkeit.
Ein Zähler kann beispielsweise eine spezifizierte Messabweichung von ±0,5 % vom Messwert besitzen und trotzdem kann die fertige Charge wesentlich stärker vom Sollwert abweichen.
Mögliche zusätzliche Ursachen sind:
Pumpenpulsation, Abschaltverzögerung, Ventilschließzeit, Materialnachlauf, Rückfluss, Auflösung des Impulssignals und Zykluszeit der SPS.
Für eine Dosieranlage sollte deshalb nicht nur die Frage gestellt werden:
„Wie genau ist der Durchflussmesser?“
Entscheidend ist:
„Wie genau landet die gewünschte Nettomenge tatsächlich im Zielbehälter?“
Diese Größe sollte bei der Inbetriebnahme gravimetrisch oder mit einer geeigneten Referenzmessung überprüft werden.
15. Ventilabschaltung und Materialnachlauf berücksichtigen
Ein Dosierventil schließt nicht ohne Zeitverzögerung.
Zwischen dem elektrischen Abschaltbefehl und dem vollständigen Ende des Durchflusses vergehen einige Millisekunden oder deutlich länger.
Während dieser Zeit wird weiterhin Flüssigkeit gefördert.
Hinzu kommt Flüssigkeit, die sich bereits zwischen Ventil und Abgabestelle befindet beziehungsweise durch gespeicherte Druckenergie weiterbewegt wird.
Deshalb wird bei präzisen Dosieranlagen häufig bereits vor Erreichen der endgültigen Sollmenge abgeschaltet.
Der dafür erforderliche Vorhalt wird aus realen Dosierzyklen ermittelt.
Bei stark wechselnder Pumpenpulsation kann dieser Nachlauf von Charge zu Charge variieren.
Eine Grob-/Feindosierung beziehungsweise eine reduzierte Förderleistung vor dem Endpunkt kann die Reproduzierbarkeit dann deutlich verbessern.
16. K-Faktor und Impulsauflösung richtig dimensionieren
Die Impulsauflösung bestimmt, wie klein die von der Steuerung einzeln erkennbare Volumenmenge ist.
Besitzt ein Zähler beispielsweise einen K-Faktor von 100 Imp/l, entspricht ein Impuls:
1 / 100 l = 0,01 l = 10 ml.
Eine Sollmenge kann mit einer rein impulsbasierten Abschaltung dann nicht beliebig fein aufgelöst werden.
Bei einem K-Faktor von 1.000 Imp/l entspricht ein Impuls dagegen nur 1 ml.
Für kleine Dosiermengen ist eine ausreichend hohe Impulsauflösung deshalb besonders wichtig.
Zusätzlich muss die SPS alle Impulse auch bei maximalem Durchfluss sicher erfassen können.
Die maximal auftretende Impulsfrequenz darf die Eingangsspezifikation der verwendeten Zählerkarte beziehungsweise SPS nicht überschreiten.
17. Warum die Momentanwertanzeige nicht zu stark gefiltert werden sollte
Ein pulsierender Volumenstrom erzeugt einen entsprechend pulsierenden Momentanwert.
Eine Mittelwertbildung kann die Anzeige deutlich beruhigen.
Für Bediener und Prozessvisualisierung ist dies häufig sinnvoll.
Eine zu starke Filterung kann jedoch relevante Prozessinformationen verdecken.
Ein defektes Pumpenventil oder eine zunehmende Pulsationsamplitude kann beispielsweise im stark geglätteten Mittelwert kaum noch sichtbar sein.
Außerdem sollte ein gefilterter Momentanwert nicht mit der eigentlichen Impulszählung für die Volumensumme verwechselt werden.
Für präzise Chargenmengen ist in vielen Fällen das direkte Zählen der Volumenimpulse entscheidender als eine geglättete Durchflussanzeige.
18. Wann ein Rückschlagventil sinnvoll sein kann
Wenn Rückfluss für den Prozess weder erforderlich noch erwünscht ist, kann ein geeignetes Rückschlagventil eine konstruktive Lösung darstellen.
Es verhindert, dass Flüssigkeit nach dem Abschalten in die Gegenrichtung zurückströmt.
Damit kann sich auch die Dosierauswertung vereinfachen.
Das Ventil erzeugt jedoch selbst einen Druckverlust und besitzt einen Öffnungsdruck.
Bei sehr kleinen Durchflüssen oder hochviskosen Medien kann dieser zusätzliche Widerstand relevant sein.
Auch die Dynamik des Ventils muss zur Pumpenpulsation passen.
Ein flatterndes beziehungsweise zu langsam schließendes Rückschlagventil kann die Pulsation sogar verstärken.
Die Auswahl sollte daher gemeinsam mit der hydraulischen Auslegung der Dosierstrecke erfolgen.
19. Viskosität und Gasblasen weiterhin berücksichtigen
Auch bei einem Beitrag mit Schwerpunkt Pulsation bleiben die Eigenschaften des Mediums relevant.
Die Viskosität beeinflusst Druckverlust, interne Spaltverluste und den erforderlichen Antriebsdruck der Ovalräder.
Eine Temperaturänderung kann deshalb über eine veränderte Viskosität gleichzeitig die hydraulische Dynamik der Messstrecke verändern.
Besonders problematisch sind Gasblasen.
Ein Ovalradzähler ist grundsätzlich für Flüssigkeitsvolumen ausgelegt.
Wird eine kompressible Gasblase mitgeführt, kann sie das dynamische Verhalten verändern und die Volumenmessung beeinflussen.
Auf der Saugseite einer Pumpe müssen deshalb insbesondere unzureichender Zulauf, Entgasung und Kavitation vermieden werden.
Der Zähler sollte während der Messung vollständig mit Flüssigkeit gefüllt sein.
20. Einbau und Rohrleitung richtig auslegen
Ein Vorteil von Ovalradzählern ist, dass sie im Gegensatz zu vielen Geschwindigkeitsmessverfahren normalerweise keine langen geraden Ein- und Auslaufstrecken benötigen.
Das bedeutet jedoch nicht, dass die restliche Rohrleitung bedeutungslos ist.
Vor dem Zähler sollte das Medium ausreichend sauber sein.
Partikel können sich zwischen Ovalrad und Messkammer festsetzen und sowohl Messfehler als auch mechanische Schäden verursachen.
Je nach Anwendung ist deshalb ein geeigneter Filter sinnvoll.
Sein Druckverlust muss besonders bei hoher Viskosität und maximalem Durchfluss berücksichtigt werden.
Bei einer pulsierenden Pumpe sollten zusätzlich die Position von Pulsationsdämpfer, Ventilen und Rückschlagorganen sowie flexible Leitungsabschnitte betrachtet werden.
Für die Dosiergenauigkeit ist schließlich auch entscheidend, wo das Abschaltventil relativ zum Zähler und zum tatsächlichen Dosierpunkt montiert ist.
21. Typische Fehlerbilder systematisch diagnostizieren
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| Momentanwert schwankt stark, Gesamtmenge stimmt | Normale Pumpenpulsation | Impulsfolge und Mittelwert getrennt betrachten |
| Dosiermenge ist immer zu hoch | Materialnachlauf oder verzögertes Ventilschließen | Abschaltpunkt und Endmenge gemeinsam aufzeichnen |
| Angezeigte Menge steigt trotz erkennbarem Rückfluss | Einkanalige Impulsauswertung erkennt Richtung nicht | Signalart und Richtungsinformation prüfen |
| Dosiermenge schwankt von Charge zu Charge | Variable Pulsation, Nachlauf oder Rückfluss | Pumpendruck, Impulse und Ventilsignal gleichzeitig aufzeichnen |
| Zähler erzeugt ungewöhnliche Geräusche | Starke Druckpulsation, Gasanteile oder mechanische Belastung | Differenzdruck und Mediumszustand prüfen |
| Durchfluss fällt innerhalb jedes Pumpenhubs auf null | Sehr ausgeprägte Pulsation | Pumpencharakteristik und Pulsationsdämpfung untersuchen |
| Nach Pumpenstopp entstehen weitere Impulse | Nachlauf, Druckausgleich oder Rückströmung | Impulssignal und Druckverlauf nach Abschaltung aufzeichnen |
| Zähler verschleißt ungewöhnlich schnell | Hydraulische Stöße, Partikel oder Betrieb außerhalb der Grenzen | Filter, Differenzdruck und Druckspitzen kontrollieren |
22. Passende Ovalradzähler von ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet Ovalrad- und Zahnrad-Durchflusssensoren für Volumenmessung, Dosierung und Prozessüberwachung. Eine Übersicht finden Sie unter Zahnradsensoren / Ovalradzähler.
22.1 HySense QO400
Der HySense QO400 ist ein kompakter Ovalrad-Durchflusssensor nach dem Verdrängerprinzip.
Die Produktfamilie deckt abhängig von der Baugröße Durchflussbereiche von 0,03 bis 660 l/min ab.
ICS nennt eine Messgenauigkeit von ±0,5 % vom Messwert und einen Viskositätsbereich bis 3.000 mPa·s.
Die Mediumtemperatur kann je nach Ausführung bis 125 °C betragen, der maximale Betriebsdruck wird mit bis zu 68 bar angegeben.
Der Sensor ist mit PNP-Ausgang und M12-x-1-Anschluss erhältlich.
Für eine Anwendung mit relevantem Rückfluss muss jedoch separat geprüft werden, ob die konkrete Signal- und Auswertevariante eine Richtungsinformation zur Verfügung stellt.
22.2 Flowal Plus Ovalradzähler
Der Flowal Plus ist für die Messung von Volumen und Volumendurchfluss in unterschiedlichen Industrieanwendungen ausgelegt.
Der Messwertaufnehmer besteht aus einer Messkammer mit Ovalrädern und kann mit Impulsgeber beziehungsweise Multifunktionselektronik kombiniert werden.
Unterschiedliche Werkstoffkombinationen ermöglichen die Anpassung an verschiedene Flüssigkeiten.
Für dynamische Dosieranwendungen sollte die konkrete Kombination aus Messkammer, Impulsgeber und Auswerteelektronik entsprechend der benötigten Impulsauflösung und Richtungsinformation ausgewählt werden.
22.3 Flowal OF
Der Flowal OF ist eine kompakte flanschmontierte Ausführung mit Multifunktionselektronik.
ICS nennt Durchflussbereiche von 1 bis 700 l/min und eine Messgenauigkeit von ±0,5 % vom Messwert.
Die Baureihe ist für newtonsche, nicht abrasive Flüssigkeiten wie Wasser, Öle, Laugen, Säuren, Fette, Alkohole, Kraftstoffe, Lösungsmittel, Lacke und Farben vorgesehen.
Bei der MFE-3 kann zusätzlich ein Temperaturfühler integriert werden, um temperaturabhängige Volumenänderungen zu kompensieren und eine Masse zu berechnen.
22.4 Weiterführender Fachbeitrag
Die Auswirkungen von Viskosität, Druckverlust, Filterung und der grundsätzlichen Pumpenpulsation behandeln wir ausführlicher im Beitrag „Ovalradzähler für zähflüssige Medien: Viskosität, Druckverlust und Pulsation richtig auslegen“.
Der vorliegende Beitrag ergänzt dieses Thema um Rückfluss, Richtungserkennung und die Auswirkungen auf die tatsächliche Dosiermenge.
23. Fazit
Ovalradzähler eignen sich grundsätzlich sehr gut für pulsierende und diskontinuierliche Flüssigkeitsströme.
Das Verdrängerprinzip erfasst definierte Teilvolumina und ermöglicht dadurch auch bei wechselnder Durchflussgeschwindigkeit eine präzise Volumensummierung.
Eine unruhige Momentanwertanzeige bedeutet deshalb nicht automatisch eine ungenaue Gesamtmenge.
Sehr starke beziehungsweise hochfrequente Pulsationen dürfen dennoch nicht ignoriert werden.
Sie erzeugen wechselnde Differenzdrücke und beschleunigen beziehungsweise verzögern die Ovalräder permanent. Hydraulische Druckstöße können zusätzlich die mechanische Belastung erhöhen.
Bei Bedarf kann eine passende Pulsationsdämpfung die Messstrecke beruhigen.
Für Dosierprozesse ist Rückfluss besonders wichtig.
Nach dem Abschalten können elastische Leitungen, Speicher, Höhenunterschiede oder Pumpendynamik eine kurzfristige Rückströmung erzeugen.
Ob diese Rückströmung korrekt vom gemessenen Volumen abgezogen wird, hängt von der Signaltechnik ab.
Ein einzelner Impulskanal liefert grundsätzlich keine eindeutige Drehrichtungsinformation. Für eine echte richtungsabhängige Volumenzählung ist eine entsprechend ausgelegte Sensor- und Auswerteelektronik erforderlich.
Die Genauigkeit einer Dosierung wird außerdem nicht allein durch die Genauigkeitsangabe des Zählers bestimmt.
Impulsauflösung, Ventilschließzeit, SPS-Verarbeitung, Materialnachlauf, Druckausgleich und Rückfluss gehören ebenfalls zur Fehlerbilanz.
Für eine belastbare Auslegung gilt deshalb:
Pumpencharakteristik bestimmen → Pulsationsamplitude und Druckspitzen prüfen → Ovalradzähler passend zu Durchfluss und Viskosität auswählen → K-Faktor und Impulsfrequenz bewerten → mögliche Rückströmung untersuchen → benötigte Richtungserkennung festlegen → Ventilnachlauf bestimmen → gegebenenfalls Pulsationsdämpfer beziehungsweise Rückschlagventil auslegen → reale Dosierzyklen mit Referenzmenge prüfen → Abschaltpunkt anhand der tatsächlichen Nettomenge optimieren.
Der wichtigste praktische Grundsatz lautet damit: Bei pulsierendem Durchfluss ist nicht entscheidend, ob die Momentanwertanzeige vollkommen ruhig aussieht. Entscheidend ist, ob jeder tatsächliche Volumentransport – einschließlich eines möglichen Rückflusses – von der Mess- und Dosierlogik korrekt bewertet wird.
24. Häufige Fragen zu Ovalradzählern bei pulsierendem Durchfluss
24.1 Sind Ovalradzähler für pulsierenden Durchfluss geeignet?
Ja. Das Verdrängerprinzip eignet sich grundsätzlich sehr gut für schwankende, pulsierende und diskontinuierliche Flüssigkeitsströme.
24.2 Warum schwankt der angezeigte Momentandurchfluss trotzdem?
Weil der tatsächliche Volumenstrom der pulsierenden Pumpe schwankt. Der Ovalradzähler bildet diese Änderung über die zeitlich variierende Impulsfrequenz ab.
24.3 Kann die Gesamtmenge trotzdem korrekt sein?
Ja. Bei eindeutig vorwärtsgerichteter Strömung kann die aufsummierte Impulszahl eine sehr stabile Volumenmessung ergeben, obwohl der Momentanwert stark schwankt.
24.4 Können zu starke Pulsationen einen Ovalradzähler beschädigen?
Ja. Sehr starke oder hochfrequente Pulsationen und hydraulische Druckstöße können die mechanische Belastung erhöhen. Die zulässigen Betriebsbedingungen des konkreten Zählers müssen eingehalten werden.
24.5 Was bringt ein Pulsationsdämpfer?
Er reduziert Druck- und Durchflussschwankungen und kann dadurch die mechanische Belastung sowie die Schwankung des Momentanwertes reduzieren.
24.6 Ist der statische Systemdruck oder der Differenzdruck wichtiger?
Beide sind relevant. Der Systemdruck muss unter der zulässigen Gehäusebelastung bleiben. Der Differenzdruck über der Messkammer bestimmt dagegen wesentlich das antreibende Drehmoment und die hydraulische Belastung der Ovalräder.
24.7 Kann ein Ovalradzähler rückwärts laufen?
Viele Verdrängerzähler können sich mechanisch grundsätzlich auch bei umgekehrter Strömung bewegen. Ob daraus ein korrekt negatives Messsignal entsteht, hängt jedoch von der konkreten Sensor- und Elektronikausführung ab.
24.8 Erkennt ein einzelner PNP-Impulsausgang die Flussrichtung?
Ein einzelner Impulskanal liefert zunächst keine eindeutige Information über die Drehrichtung. Für eine sichere Richtungserkennung ist eine dafür vorgesehene Signalauswertung erforderlich.
24.9 Wie lässt sich die Durchflussrichtung elektronisch erkennen?
Eine Möglichkeit sind zwei phasenverschobene Impulssignale. Aus deren Reihenfolge kann die Auswerteelektronik die Drehrichtung bestimmen.
24.10 Was passiert, wenn Rückfluss nicht erkannt wird?
Bei einer einfachen positiven Impulszählung können auch durch Rückwärtsbewegung erzeugte Impulse zur Volumensumme addiert werden. Die angezeigte Menge kann dann von der tatsächlich netto übertragenen Menge abweichen.
24.11 Warum entsteht nach dem Abschalten überhaupt Rückfluss?
Mögliche Ursachen sind Druckausgleich, elastische Schläuche, Speicher, Höhenunterschiede, Pumpenbewegung oder nicht vollständig schließende Ventile.
24.12 Kann ein Rückschlagventil das Problem lösen?
Es kann unerwünschten Rückfluss verhindern. Dabei müssen jedoch Öffnungsdruck, Druckverlust, Viskosität und dynamisches Verhalten zur Anwendung passen.
24.13 Was bestimmt die Dosiergenauigkeit?
Neben der Messgenauigkeit des Zählers insbesondere Impulsauflösung, Ventilschließzeit, Materialnachlauf, Pumpendynamik, SPS-Zyklus und möglicher Rückfluss.
24.14 Was bedeutet der K-Faktor?
Der K-Faktor beschreibt die Anzahl der erzeugten Impulse pro Volumeneinheit, beispielsweise Impulse pro Liter.
24.15 Warum ist eine hohe Impulsauflösung für kleine Dosierungen wichtig?
Je kleiner das Volumen pro Impuls ist, desto feiner kann eine impulsbasierte Dosiersteuerung die gewünschte Menge auflösen.
24.16 Sollte der Momentandurchfluss stark gefiltert werden?
Eine moderate Mittelung kann für die Anzeige sinnvoll sein. Zu starke Filterung kann jedoch reale Pumpendynamik und Fehlerbilder verdecken.
24.17 Benötigt ein Ovalradzähler gerade Einlaufstrecken?
Im Gegensatz zu vielen geschwindigkeitsabhängigen Durchflussmessverfahren sind normalerweise keine langen geraden Einlaufstrecken zur Strömungsprofilbildung erforderlich.
24.18 Müssen Ovalradzähler vor Partikeln geschützt werden?
Ja. Partikel können sich zwischen den beweglichen Komponenten und der Messkammer festsetzen. Je nach Anwendung ist deshalb eine geeignete Filtration sinnvoll.
24.19 Ist der HySense QO400 für pulsierende Anwendungen geeignet?
Der QO400 arbeitet nach dem Verdrängerprinzip und ist damit grundsätzlich für dynamische Volumenmessungen interessant. Die konkrete Pulsationsbelastung, Druckspitzen und erforderliche Richtungserkennung müssen jedoch für die jeweilige Anwendung geprüft werden.
24.20 Welche Daten benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Hilfreich sind minimaler, mittlerer und maximaler Durchfluss, Pulsationsfrequenz beziehungsweise Pumpentyp, normaler und maximaler Druck, mögliche Druckspitzen, Medium, Viskosität bei minimaler und maximaler Temperatur, gewünschte Dosiermenge, erforderliche Dosiergenauigkeit, möglicher Rückfluss, gewünschtes Ausgangssignal, SPS-Eingang sowie Informationen zu Ventil, Filter und vorhandener Pulsationsdämpfung.