Durchflussüberwachung Präzise Wächter für die Rohrleitung

Von Sebastian Human

Wendeschneidplatten werden in ihrer Herstellungsphase extremen Temperaturen ausgesetzt. Die Produktion ist daher auf zuverlässige Kühlung angewiesen. Wie Strömungssensoren zu deren Überwachung einen wertvollen Dienst leisten, verrät dieses Beispiel.

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Zur Härtung der Wendeschneidplatten verfügt die Sinterei über eine Vielzahl an Öfen, für deren Betrieb ein Kühlkreislauf zur Kühlung des Stromanschlusses der Ofenheizungen sowie für die Mantelkühlungen der Öfen mit permanenter Durchflussüberwachung erforderlich ist.
Zur Härtung der Wendeschneidplatten verfügt die Sinterei über eine Vielzahl an Öfen, für deren Betrieb ein Kühlkreislauf zur Kühlung des Stromanschlusses der Ofenheizungen sowie für die Mantelkühlungen der Öfen mit permanenter Durchflussüberwachung erforderlich ist.
(Bild: IPF Electronic GmbH)

Rohlinge für Wendeschneidplatten werden in Sinteröfen unter hohen Temperaturen gehärtet. Das geht nicht ohne komplexe Kühlkreisläufe, deren Durchflussmenge kontinuierlich überwacht werden muss, um beispielsweise thermische Beschädigungen an Öfen zu verhindern. Grund genug, für diese Aufgabe auf gleichsam robuste wie zuverlässige Durchflusswächter zu setzen.

Ein Hersteller von Werkzeugen hat sich auf die Produktion von Wendeschneidplatten spezialisiert, die als Schneidstoffträger zur Zerspanung, zum Beispiel von Metallen oder Holz, in Werkzeughalter eingeschraubt oder geklemmt werden können.

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„Unsere Fertigung von Wendeschneidplatten läuft kontinuierlich das ganze Jahr hindurch, wobei wir pro Jahr mehrere Millionen Stück hiervon produzieren“, erklärt der Leiter der Instandhaltung des Unternehmens.

Produktion mit hoher Fertigungstiefe

Die Matrizen und Stempel zur Produktion der Schneidstoffe, die aus unterschiedlichen Hartmetallpulver-Zusammensetzungen bestehen, fertigt der Hersteller im eigenen Haus. Die Rohstoffe hierfür kauft er ein. Entscheidend sind aber vor allem die auf viel Know-how und Erfahrungen basierenden Rezepturen, weiß der Instandhaltungsleiter: „Und diese mischen wir in unserer eigenen Pulveraufbereitung selbst, sodass wir je nach Werkzeug und Einsatzbereich der Wendeschneidplatten auf sehr viele unterschiedliche Pulverzusammensetzungen kommen.“

Zur eigentlichen Produktion der Wendeschneidplatten wird das aufbereitete Pulver zunächst in entsprechenden Anlagen mit der jeweils erforderlichen Presskraft zu Rohlingen verdichtet. Diese werden anschließend in Vakuum- oder Drucköfen mit hohen Temperaturen bis 1.500 Grad Celsius und unter Zuführung diverser Gase gesintert. „Vereinfacht formuliert, kommt es hierbei zu einer Materialverdichtung, wodurch die Wendeschneidplatten gehärtet werden. Hierfür stehen verschiedene Sinteröfen mit unterschiedlichen Volumina zur Verfügung.“

Permanente Überwachung notwendig

Aufgrund der benötigten hohen Temperaturen beim Sintern ist ein Kühlkreislauf für den Stromanschluss der Ofenheizungen sowie für die Mantelkühlungen der Öfen erforderlich, der permanent auf die korrekte Durchflussmenge überwacht wird. „Der Kühlkreislauf wird nie unterbrochen, selbst dann nicht, wenn sich ein Ofen im Stand-by befindet. Je nach Anlage und damit Hersteller des Sinterofens, sind der Vor- oder Rücklauf oder aber beides zu überwachen – und das durchgängig, rund um die Uhr. Ist der Durchfluss zu gering, muss die Heizung des Ofens über die Steuerung der betreffenden Anlage sofort abgeschaltet werden“, betont der Instandhaltungsleiter. Andernfalls bestehe im schlimmsten Fall die Gefahr eines Ofenbrandes, was einen Totalschaden der Anlage verursachen kann und ein erhöhtes Sicherheitsrisiko darstellen würde, da die Anlage im Betrieb unter 50 bis 100 bar Druck des Gases Argon steht.

Hoher Wartungs- und Reparaturaufwand

Insgesamt hat die Sinterei daher weit mehr als 100 Durchflusswächter im Einsatz, wobei die Anzahl der Geräte je nach Anlage variiert und mitunter einige Lösungen in der Vergangenheit auch Probleme bereiteten.

So waren an einer Anlage bereits werkseitig Durchflusswächter verbaut, die eine Art Flügelrad mit Magneten integrierten und an der Außenseite eine Spule hatten. Das Flügelrad eines in einer Leitung verbauten Gerätes wurde durch den Kühlwasserdurchfluss in Bewegung versetzt und somit je nach Durchflussmenge eine minimale Spannung von 60 bis 300 mV induziert, die wiederum an eine Auswerteelektronik zur entsprechenden Verarbeitung an der Anlagensteuerung übertragen wurde. Allerdings erwiesen sich diese Geräte als überaus verschleißanfällig und waren sehr wartungs- und reparaturintensiv. „Hinzu kamen immer wieder Fehlalarme, wenn beispielsweise Schmutzpartikel im Kühlwasser ein Flügelrad blockierten und somit das Gerät nicht mehr die korrekte Durchflussmenge ermittelte. Musste dann ein Wächter zur Reinigung geöffnet werden, war es mitunter schwierig, ihn anschließend wieder dicht zu bekommen“, erinnert sich der Instandhaltungsleiter.

Messung nach dem kalorimetrischen Prinzip

Gute Argumente also, eine Alternative wie den SS410124 von IPF Electronic in Erwägung zu ziehen. Solche kompakten Strömungssensoren mit integrierter Auswerteelektronik sind unter anderem aufgrund des Designs, des Gehäuses in Schutzklasse IP67 und der Messfühler aus Edelstahl äußerst robust und arbeiten nach dem kalorimetrischen Prinzip. Hierbei wird der Messfühler um einige Grade Celsius von innen heraus gegenüber dem Strömungsmedium, in das der Fühler hineinragt, aufgeheizt. Fließt das Medium, dann wird die in dem Fühler erzeugte Wärme durch das Medium abgeführt. Die sich in dem Fühler einstellende Temperatur als auch die Medientemperatur werden gemessen, miteinander verglichen und aus der ermittelten Temperaturdifferenz der Strömungszustand des überwachten Mediums abgeleitet.

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Visualisiert wird die Strömungsintensität und damit auch die jeweilige Durchflussmenge über LED an der Geräteoberseite. Dort befindet sich auch ein Potentiometer zur manuellen Einstellung des gewünschten Schaltpunktes.

„Wir haben an der besagten Anlage sämtliche 22 Durchflusswächter durch die neuen Lösungen ersetzt. Da die Messelemente der alten Wächter in Fließrichtung eingebaut waren, mussten wir die entsprechenden Rohquerschnitte anpassen und einige wenige Umbauten an der Anlage vornehmen, damit wir die Neugeräte einsetzen konnten“, berichtet der Instandhaltungsleiter.

Mit nur einem Blick sofort informiert

Der Sensor wurde so eingestellt, dass alle LED aufleuchten, wenn der korrekte Durchfluss in den entsprechenden Rohrabschnitten am Vor- und Rücklauf vorhanden ist. „Generell kontrollieren wir vor jedem Ofenstart die Durchflusswächter. Durch die neuen Lösungen ist nun mit nur einem Blick auf die LED-Anzeigen sofort ersichtlich, ob ein ausreichender Durchfluss vorhanden ist oder nicht. Gleichzeitig ist auf diese Weise auch deutlich ein Trend erkennbar, sodass wir auf eine sinkende Durchflussmenge sehr frühzeitig mit geeigneten Maßnahmen reagieren können.“

Sollte der Durchfluss indes während der laufenden Produktion einmal unbemerkt unter den eingestellten Grenzwert sinken, fällt das Schaltsignal des Sensors ab, woraufhin die Anlagensteuerung die Stromversorgung zum Ofen sofort unterbricht. Überdies wird eine optische als auch akustische Störmeldung ausgegeben.

Die Entscheidung zur Umrüstung der Anlage mit den Durchflusswächtern bereut das Unternehmen laut des Instandhaltungsleiters nicht: „Vergleichbare Probleme wie mit den Altgeräten sind nun passé. Die Sensoren arbeiten verschleißfrei und überaus zuverlässig. Daher werden wir ältere mechanische Durchflusswächter an einigen anderen Anlagen nun sukzessive, zum Beispiel im Zuge von Wartungsmaßnahmen oder bei Gerätedefekten, umrüsten.“

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