eguana.FLOWMETER

Von Durchflussmessungen, die NICHT den Bach runtergehen

Dass wir uns bei eguana nicht nur mit Soft-, sondern auch Hardware auskennen, konnten wir schon in einigen Projekten unter Beweis stellen. Eine dieser Lösungen wollen wir heute vorstellen: das eguana.Flowmeter.

In der Injektionstechnik ist es unerlässlich, den aktuellen Durchfluss aufzuzeichnen, da dies zum einen ein wichtiger Qualitätsparameter (Mischverhältnisse,  Reaktion des Baugrunds, etc.) ist und zum anderen auch für die Abrechnung zum Tragen kommen kann.

Denken wir beispielsweise an Zahnpasta mit Streifen: der weiße Streifen enthält die Reinigungslösung, der blaue Streifen erzeugt Schaum und angenehmes Frische-Aroma. In unserem Beispiel kommt die Zahnpasta aber nicht aus einer Tube – sondern wird aus zwei Tuben automatisch in Streifen auf die Zahnbürste gespritzt. Im Optimalfall wird auf beide Tuben der gleiche Druck ausgeübt und wir haben den perfekten Zahnpasta-Streifen. Was aber, wenn auf die eine Tube stärker gedrückt wird als auf die andere? Und plötzlich ist unser Streifen fast nur mehr blau und der Überschuss an Frische friert uns fast schon den Mund ein – ohne dabei wirklich zu reinigen?

In der Injektionstechnik stehen wir vor ähnlichen Qualitätsproblemen, nur dass ein abweichendes Mischverhältnis bedeuten kann, dass der gewünschte Abdichtungserfolg nicht mehr gegeben ist. Zur Überwachung der Durchflüsse kommen verschiedene Durchflusssensoren zum Einsatz, von denen aber keiner das Gelbe vom Ei ist.

Gut …

Beispielsweise der relativ simple Hubzähler: Mit jedem Hub der Pumpe wird ein bestimmtes Volumen gefördert; aus der Anzahl der Hübe lässt sich anschließend das geförderte Gesamtvolumen und daraus die jeweilige Durchflussrate berechnen. Schön und gut, aber gerade bei kleinen Mengen zu ungenau, da schon kleinste Abweichungen die Eigenschaften des verpressten Materials (z.B. bei 2-Komponentensystemen) und Abrechnungsmengen beeinflussen können.

Oder aber der Ultraschall-Durchflussmesser (Ultraschallwellen werden in den strömenden Messstoff ausgesendet; über Laufzeit, Phasenverschiebung und Differenzfrequenz zwischen der entsendeten und der empfangenen Welle wird die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt und daraus der Volumen-Durchfluss berechnet) oder der Coriolis-Massendurchflussmesser (dieses Verfahren beruht auf dem Coriolis-Prinzip, Infos für alle die gerne mehr darüber wissen würden gibt es hier). Beide Geräte erlauben sehr genaue Messungen und im Falle des Coriolis noch die Messung anderer Parameter. Sie sind aufgrund der hohen Anschaffungskosten und der nur bedingten Eignung für den Einsatz in rauen Umgebungen nicht unbedingt für die Baustelle geeignet.

… besser …

Deshalb werden in der Regel magnetisch-induktive Durchflussmesser (MID) eingesetzt, welche in sehr robusten Bauformen verfügbar und deshalb für die Bedingungen auf den Baustellen bestens geeignet sind. Im Durchfluss wird durch ein magnetisches Feld Spannung induziert und in Strömungsgeschwindigkeit umgewandelt. MID benötigen keine beweglichen Teile, weshalb sie nicht verschleißen. Klingt soweit schon ganz gut, richtig? Auch MID haben allerdings Nachteile – und zwar sind sie zur Messung darauf angewiesen, dass das durchfließende Material über eine Mindestleitfähigkeit verfügt. Das ist zwar der Fall bei Zement (grob gesagt eine Mischung aus Betonkügelchen und Wasser), aber nicht bei allen chemischen Injektionsmitteln. Im Weiteren kommt es zu einer Ablagerung, welche eine Verkleinerung des Messquerschnitts und damit falsche Messergebnissen nach sich ziehen kann. D.h. der MID muss auch regelmäßig entsprechend gewartet werden.

Bei Polyurethanen beispielsweise, die aus zwei Komponenten bestehen und am Bohrlochmund über einen Mischkopf kombiniert werden, ist die Überwachung der Fließgeschwindigkeiten beider Komponenten entscheidend. Abweichungen der Geschwindigkeiten zueinander, aus welchen Gründen auch immer, führen zu einem veränderten Mischungsverhältnis und damit zu abweichenden Eigenschaften, wie Viskosität, Aushärtungszeit, o.ä.

Bei solchen chemischen Zwei-Komponenten-Systemen werden üblicherweise Schaufelradsensoren verwendet, welche ähnlich einem Wasserrad aufgebaut sind. Der Volumenstrom treibt über Schaufeln das Rad an. Durch magnetische Abtastung werden elektrische Impulse generiert (vereinfacht gesagt: Wie oft passiert das Schaufelrad bzw. dessen Lamellen die Messstelle?). Die Frequenz der Impulse ändert sich proportional zur Drehgeschwindigkeit und somit zur Fließgeschwindigkeit (Mehr Durchfluss –> schnellere Drehgeschwindigkeit –> mehr Impulse). Anhand der Bauform der Sensoren kann die geförderte Menge pro Impuls bestimmt werden. Somit folgen sie demselben Prinzip wie die Kolbenhubzählung, jedoch mit wesentlich besserer Messauflösung, welche auf bis zu 2ml/Puls genau sein können.

… FLOWMETER!

Da nicht alle Steuerungen in der Lage sind, die Flussrate über Impulseingänge zu erfassen und nur speziell entwickelte Steuerungen auch die Abweichungen der beiden Komponenten zueinander berücksichtigen, haben wir das eguana.Flowmeter entwickelt, das die Schaufelradsensorik um genau diesen Punkt erweitert.

Die Aufgaben sind einfach zusammengefasst:

– Erfassen der Impulse

– Berechnen der aktuellen Flussrate beider Komponenten und der Gesamtflussrate

– Berechnen der Abweichung der geförderten Mengen beider Komponenten zueinander

– Erzeugen eines konstanten Stromes, welcher proportional zur Gesamtflussrate ist und über eine Stromschleife von der Steuerung gelesen wird

– Erzeugen von spezifischen Impulsen welche von der Steuerung zur Mengenerfassung verwendet werden

– Optische Ausgabe des aktuellen Status über eine Signalampel, (Pumpvorgang aktiv/inaktiv, Abweichung OK/Problem)

– Ausgabe der Flussraten, der gepumpten Menge und der Abweichung über ein Display

Da jeder Schaufelradsensor fertigungstechnischen Toleranzen unterliegt, gibt es einen Kalibriermodus, um die Menge pro Impuls zu ermitteln und zu speichern.

Zusätzlich muss das Gerät den rauen Bedingungen von Baustellen standhalten können und mit unterschiedlichen Steuerungen kompatibel sein. Die Kompatibilität konnte sichergestellt werden, indem wir uns an den Ausgangssignalen üblicher MID orientiert haben. Auch diese Messgeräte erzeugen 100ml-Impulse, um die Gesamtmenge zu kodieren, und übermitteln den aktuellen Durchfluss über eine 4-20mA Stromschleife. Das bedeutet, das Gerät erzeugt einen konstanten Strom, welcher proportional der Flussrate ist. Stromschleifen werden verwendet, da somit der Einfluss der Signalleitungen keine Rolle spielt. Leitungsbrüche können ganz einfach erkannt werden. Da selbst ein Messsignal von 0 l/min mit 4mA codiert wird, kommt beim Empfänger immer ein Signal an. Ist dies nicht der Fall, muss ein technisches Problem am Sensor, der Spannungsversorgung oder der Verbindung vorliegen.

Bildrätsel: Head of Development Flo und sein Meter? (Credit: Cesare Schwabl)

Unser FLOWMETER kommt bereits erfolgreich zum Einsatz. Wir leisten damit einen weiteren wichtigen Beitrag zur Qualitätssicherung und Digitalisierung von Baustellen. Erstmals können Injektionen dieser Art optimal überwacht und die Qualität bereits in der Ausführung nachgewiesen werden. Ganz schön mächtig, unsere kleine Box. Und wieder einmal stellt der Leguan unter Beweis, dass durch Willen und Anpassungsfähigkeit auf ein „Geht nicht!“ schnell ein „Mit uns sehr wohl!“ folgen kann.

 

Credit Titelbild: Bru-nO auf Pixabay

Anna Riedler

Als der Orientierungssinn vergeben wurde, hatte sich Anna gerade verlaufen. Umso besser, dass ihre Arbeit mit Baustellen nur peripher zu tun hat – sie würde vermutlich nie wieder zurück ins Büro finden. Stattdessen schreibt die studierte Journalistin fleißig Texte für unsere Homepage, unseren Blog, und literaturnobelpreisverdächtige Kurzbeschreibungen.