Durchfluss in Kühl-, Hydraulik- und Wasserkreisen: anklemmbare Sensoren in der eigenen Maschine und Anlage

Fast jede Maschine hat Kreise, durch die etwas fließen muss: Kühlwasser durch eine Vorrichtung, Öl durch ein Hydraulikaggregat, eine Prozessflüssigkeit durch einen Prototyp, Wasser durch die Anlage eines Wasseraufbereiters. Ob der Kreis tatsächlich fließt, soll die Maschine selbst melden, und zwar ohne dass die Leitung für den Sensor geöffnet wird. Dieser Beitrag richtet sich an Konstrukteure im Sondermaschinenbau, an Anlagenbauer für Wasseraufbereitung sowie an Hersteller von Pumpen und Hydraulikaggregaten. Er folgt den Kreisen der Maschine und endet mit der Frage, welche Modellreihe zu welcher Rohrgröße passt. Grundlage sind dokumentierte Anwendungen. Die Kühlung am Spritzgießwerkzeug, der Kühlschmierstoff an der Werkzeugmaschine und die Kühlung von Halbleiteranlagen behandeln die jeweiligen Branchenbeiträge, hier geht es um die Kreise, die ein Maschinenbauer selbst konstruiert.

Wichtige Punkte im Überblick

Für eine zugesetzte Wasser-Glykol-Kühlung durch eine Schweißvorrichtung kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-X mit Verstärker in Frage, gefragt ist im Kern nur, ob die Leitung verstopft ist.
Angeklemmt bleibt der Kreis so, wie er konstruiert ist, denn es kommt kein Bauteil in die Leitung, das selbst den Querschnitt verengt oder bei der Wartung ausgebaut werden muss.
Ein Hydraulikkreis mit bis zu 70 °C liegt im Bereich des Standardmodells des Anklemmbaren Durchflusssensors der Modellreihe FD-H, das laut Datenblatt von 0 bis 85 °C arbeitet.
Ob für den Trockenlauf einer Pumpe ein Grenzsignal genügt oder ein Messwert nötig ist, hängt daran, ob die Förderleistung selbst interessiert.
Der Sensor wird nach Rohrgröße, Durchflussmenge und Temperatur gewählt, und wo kleinste und größte Leitung einer Maschine in verschiedene Bereiche fallen, kommen zwei Modellreihen in dieselbe Konstruktion.

Verstopfte Kühlung erkennen: Wasser-Glykol durch die Vorrichtung

Ein Sondermaschinenbauer, dessen Spektrum vom einfachen Montagetisch bis zur verketteten Anlage reicht, baut Schweißgeräte mit Wasserkühlung. Das Kühlmittel läuft nicht nur durch das Gerät, sondern auch durch die Schweißvorrichtung. Als sich die Kühlung zusetzte, entstand die Anforderung, die Leitung zu überwachen. Gefragt ist im Kern nur eines: Leitung verstopft oder nicht.

Die Eckdaten des Kreises: 8 mm Leitung, Wasser-Glykol, etwa 30 °C, eine normale Industriehalle. Für diesen Kreis kommt der Anklemmbare Durchflusssensor der Modellreihe FD-X mit Verstärker in Frage, je einer an vier Leitungen. Die Modellreihe ist für kleine Leitungen und kleine Mengen gedacht; laut Datenblatt erfasst sie Durchflüsse ab 0,1 ml/min.

Für den Konstrukteur hat die angeklemmte Lösung einen praktischen Vorteil: Der Kreis bleibt so, wie er konstruiert ist. Es kommt kein Bauteil in die Leitung, das selbst einen Querschnitt verengt oder bei der Wartung ausgebaut werden muss. Die Steuerung erhält einen Durchflusswert und kann reagieren, sobald er unter die festgelegte Schwelle fällt.

Hydrauliköl und Hydraulikaggregat: Durchfluss am Stahlrohr überwachen

Hydraulik ist der zweite Kreis, den Maschinenbauer häufig selbst auslegen. Die interne Maschinenbauabteilung eines Herstellers mit eigener Fertigung will den Durchfluss an einem Hydraulikaggregat überwachen. Die Leitung ist ein Stahlrohr mit 30 mm, das Öl erreicht bis zu 70 °C. In Frage kommt dafür ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-H. Das Standardmodell arbeitet laut Datenblatt von 0 bis 85 °C, die genannte Öltemperatur liegt also im Bereich.

Ein Zulieferer, der für ein größeres Projekt Hydrauliköl überwachen soll, will wissen, wie sich ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-R und die Modellreihe FD-H in vergleichbarer Größe zueinander verhalten. Der Sensor wäre dort eine Zusatzausstattung der Maschine.

Ob das jeweilige Öl, die Rohrwand und die Nennweite zum Sensor passen, gehört vor der Auswahl ans Datenblatt und, wo möglich, in einen Test am realen Rohr. Für Hydraulikkreise, die der Maschinenbauer in mehreren Maschinen gleich ausführt, lohnt dieser Test besonders, weil sich sein Ergebnis auf baugleiche Kreise übertragen lässt.

Fördert die Pumpe: Trockenlauf als einfaches Ja-Nein-Signal

Nicht jede Messstelle braucht einen Messwert. In einer Anlage, in der ein Maschinenbauer einen Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR vorsieht, soll zusätzlich der Trockenlauf einer Pumpe erkannt werden. Gefragt ist nur, ob Durchfluss da ist oder nicht.

Die Aufgabe ist schlicht, die Folgen eines Fehlers sind es nicht: Eine Pumpe, die trocken läuft, fördert nichts und kann Schaden nehmen. Meldet ein Sensor an der Druckleitung fehlenden Durchfluss, kann die Steuerung die Pumpe abschalten oder eine Warnung ausgeben. Ob dafür ein Gerät mit Messwert nötig ist oder ein Grenzsignal genügt, hängt daran, ob die Förderleistung selbst interessiert. Wer nur das Ja oder Nein braucht, spart sich die Auswertung eines Werts; wer später auch die Fördermenge verfolgen will, plant den Messwert von Anfang an ein.

Prozessflüssigkeit im Prototyp: Elektrolyt und Polyol mit Durchfluss und Temperatur

In neuen Maschinen fließen auch Medien, die nicht Wasser oder Öl sind. Ein OEM, der den Prototyp einer neuen Maschine aufbaut, braucht Durchfluss und Temperatur einer Elektrolytflüssigkeit, dazu einen Drucksensor für die Flüssigkeit. Mit der Modellreihe FD-H wurde am Prototyp gemessen; der Test war nach Auskunft des Anwenders sehr erfolgreich. Den Temperaturwert gibt ein im Standardmodell integrierter Temperatursensor aus, für den Elektrolyten genügt also ein Gerät für beide Größen.

Ein Hersteller von Pumpen, Schäumanlagen und Formenträgern hat den Durchfluss von Polyol getestet. Die Leitungen haben Außendurchmesser zwischen 16 und 38 mm, alle lassen sich mit der Modellreihe FD-H erfassen, und gebraucht werden Impulsausgänge. Getestet wurde zusätzlich der Radar-Füllstandssensor, den der Anwender als klaren Mehrwert sieht.

Wasseraufbereitung und Grundwasserreinigung: Durchfluss in den Anlagen des Anlagenbauers

Anlagenbauer für Wasser denken nicht in einer Maschine, sondern in vielen ähnlichen Anlagen. Ein Planer von Wasseraufbereitungsanlagen arbeitet für produzierende Unternehmen aller Art, deren Kühlprozesse und Dampfkessel Wasser brauchen. Aufgebaut werden die Anlagen meist vom Kunden oder von externen Anlagenbauern, die Sensorik legt der Planer selbst fest. Gemessen wird nur Wasser, an Rohren von DN15 bis DN50 aus PVC, Messing oder Edelstahl, Schläuche kommen nicht vor. Gewünscht ist ein anklemmbarer Sensor, der auch geringe Durchflüsse gut erfasst. Die vorhandene Messtechnik arbeitet mit anderen Messprinzipien.

Ein Anlagenbauer für Altlastensanierung, inzwischen vor allem für Grundwasserreinigung und Wasserneutralisation, braucht Sensoren für einen weiten Bereich von Rohrgrößen ab 1/2 Zoll. Angebunden wird meist analog mit 4-20 mA, teils über Impulsausgang, die Durchflüsse liegen je nach Anlagengröße zwischen etwa 5 und 100 m³/h. Ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-Q wurde dort früher vor Ort für gut befunden. Die Modellreihe FD-R deckt laut Datenblatt bis DN200 ab; größere Rohre dieses Anlagenbauers bleiben Anforderung und Gegenstand eines Versuchs.

Ein Anlagenbauer, der seine Fabriken mit einer Wasseraufbereitung als Option anbietet, integriert je Anlage meist zwei Durchflusssensoren; für sie kommt die Modellreihe FD-H in Frage. Ein Maschinenbauer für die Glasindustrie will Durchflussüberwachung und Wärmemengenberechnung mit den Modellreihen FD-H und FD-R verbinden. Die Wärmemenge dient dort der Überwachung, nicht der Abrechnung.

Welche Modellreihe für welche Rohrgröße: von kleinen Leitungen bis DN200

Wer mehrere Maschinen oder Anlagen mit ähnlichen Kreisen baut, wählt den Sensor nach Rohrgröße, Durchflussmenge und Temperatur. Die dokumentierten Bereiche der Modellreihen grenzen sich so ab:

Modellreihe FD-X: kleine Leitungen und kleine Durchflüsse, ab 0,1 ml/min.
Modellreihe FD-H: Standardmodell 0 bis 85 °C mit integriertem Temperatursensor, Hochtemperaturausführung bis 180 °C an Rohren bis 1 1/4 Zoll, Schlauchausführung bis 100 °C. Für eine 1-Zoll-Leitung nennt das Datenblatt bis 200 l/min, die größte Schlauchausführung bis 500 l/min. IO-Link wird unterstützt, Messdaten lassen sich über USB auslesen.
Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-R: DN40 bis DN200 bei -20 bis +120 °C.
Modellreihe FD-Q: Rohre bis 2 Zoll bei 0 bis 85 °C.

Ein Sondermaschinenbauer, der mit geringen Durchflüssen um 1 l/min arbeitet, braucht die Genauigkeit der Modellreihe FD-H in diesem Bereich. Sie beträgt laut Katalog ±3,0 % vom Anzeigewert, aber nur zwischen 10 und 100 % des Messbereichs; der Messbereich muss also zur Durchflussmenge passen. In Frage kommen Standard- und Schlauchausführung. Ein Maschinenbauer, der zwei Maschinen aufbaut, eine für den eigenen Bedarf und eine für einen Kunden, braucht zwei Größen der Modellreihe FD-H, eine für kleinen und eine für großen Durchfluss. Die Temperatur ist das zweite Kriterium: Liegt ein Kreis über 85 °C, führt das bei der Modellreihe FD-H zur Hochtemperaturausführung, die an der Rohrgröße begrenzt ist. Wo die kleinste und die größte Leitung einer Maschine in verschiedene Bereiche fallen, kommen zwei Modellreihen in dieselbe Konstruktion. Wie aus dieser Auswahl ein Standard für eine ganze Baureihe wird, behandelt ein eigener Beitrag dieser Reihe.

Häufige Fragen

F Wie erkennt man eine verstopfte Kühlleitung in einer Maschine?

Ein anklemmbarer Durchflusssensor sitzt außen auf der Leitung und meldet den Durchfluss an die Steuerung. Fällt der Wert unter eine festgelegte Schwelle, kann die Maschine reagieren. Für eine 8-mm-Leitung mit Wasser-Glykol kommt in einer dokumentierten Anwendung die Modellreihe FD-X mit Verstärker in Frage.

F Welche Modellreihe passt zu sehr kleinen Durchflüssen?

Die Modellreihe FD-X ist für kleine Leitungen und kleine Mengen ausgelegt und erfasst laut Datenblatt Durchflüsse ab 0,1 ml/min. Für größere Leitungen und Mengen sind die Modellreihen FD-H und FD-R vorgesehen.

F Kann ein anklemmbarer Durchflusssensor den Trockenlauf einer Pumpe melden?

Er zeigt, ob in der Leitung Durchfluss vorhanden ist, und damit, ob die Pumpe fördert. In einer dokumentierten Anwendung ist genau dieses Ja oder Nein gefragt. Ob ein Messwert oder ein Grenzsignal genügt, entscheidet die Aufgabe.

F Bis zu welcher Temperatur arbeitet die Modellreihe FD-H?

Das Standardmodell arbeitet laut Datenblatt von 0 bis 85 °C, die Hochtemperaturausführung bis 180 °C und die Schlauchausführung bis 100 °C. Ein Hydraulikkreis mit bis zu 70 °C liegt damit im Bereich des Standardmodells.

F Welche Modellreihe deckt große Nennweiten in Wasseranlagen ab?

Die Modellreihe FD-R ist laut Datenblatt für DN40 bis DN200 bei -20 bis +120 °C ausgelegt. Für Rohrgrößen jenseits dieses Bereichs gibt es keine dokumentierte Angabe; sie bleiben Anforderung und Gegenstand eines Tests.

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