Füllstand, Durchfluss und Druck an Verpackungs- und Druckmaschinen: Vakuum, Farbe, Leim und Kühlwasser im Blick

An einer Verpackungs- oder Druckmaschine fließen Medien, die niemand sieht: Vakuum an den Saugern, Schutzgas im Evakuierungsschritt, Druckfarbe, Lack, Leim und Alkohol an den Werken, Kühlwasser in Walzen und Wärmetauschern. Ob die Saugfunktion noch reicht oder wie viel Alkohol tatsächlich durch die Leitung gegangen ist, fragen Instandhalter in Kartonagen- und Verpackungswerken, technische Leiter von Verpackungsdruckereien und Konstrukteure von Verpackungsmaschinen. Dieser Artikel folgt der Maschine in der Reihenfolge, in der sie ihre Medien braucht. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen und beschreiben Aufgaben und Anforderungen; ein Prozesssensor, der für die jeweilige Aufgabe schon fest montiert ist, ist nicht darunter.

Wichtige Punkte im Überblick

Die Grenze liegt zwischen der Packung und der Maschine: Füllung, Inhalt und Siegelnaht prüft die Kontrolle der Verpackung, hier geht es um Vakuum, Farbe, Leim und Kühlwasser der Maschine.
Druckfarbe, Lack, Leim und Alkohol bringen eigene Bedingungen mit: abrasive Pigmente, transparente Medien und rotierende Schaufeln im Behälter.
Am Sauger meldet ein Schalter nur einen Schaltpunkt, und ob durch einen zugesetzten Sauger oder Filter noch Luft strömt, zeigt erst der Durchfluss, den der Kombinierte Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP zusammen mit dem Druck an einem Punkt misst.
Eine Verpackungsdruckerei überwacht den Alkohol an ihren Druckwerken bisher über die Zeit und weiß nicht, wie viel tatsächlich durchgegangen ist, dafür kommt eine angeklemmte Durchflussmessung an den Schläuchen in Frage.
Für die Walzenkühlung eines Trommeltrockners sind etwa 185 °C genannt, die Hochtemperaturausführung des Anklemmbaren Durchflusssensors der Modellreihe FD-H ist laut Katalog bis 180 °C ausgelegt, deshalb ist die Anforderung am Messpunkt zu klären.

Maschine statt Packung: wo dieses Thema beginnt

Die Grenze liegt zwischen der Packung und der Maschine, die sie herstellt. Ob Beutel, Becher oder Karton richtig gefüllt sind, beantwortet die Maß- und Füllkontrolle, ob der Inhalt vollständig ist, die Anwesenheitsprüfung, und ob die Siegelnaht dicht hält, die Prüfung der Verpackung selbst. Ob ein Teil am Sauger hängt, klärt die Abfrage am Greifer. Auch die Restmenge auf einer Folienrolle und die Tinte im eigenen Codiergerät gehören nicht hierher. Hier geht es um das Vakuum, das den Zuschnitt greift, um den Leim im Behälter und um das Wasser, das eine Walze kühlt.

Sauger und Saugbalken: Vakuum als Messwert statt Schaltpunkt

Mehrere dokumentierte Anwendungen handeln vom Ansaugen. Im Verpackungsbereich eines Werks positioniert ein Roboterarm Karton per Saugkraft, und die Saugfunktion soll sich dort über den Luftstrom prüfen lassen. Ein Betrieb für Kartonverpackungen nennt Vakuumsauger und Fächerdüsen als Messstellen. Ein Automatisierer braucht für eine Verpackungslinie einen Drucksensor zur Vakuumkontrolle; dafür kommt ein Digitaler Drucksensor der Modellreihe AP-20 in Frage.

Warum neben dem Druck auch der Durchfluss gefragt ist, liegt an der Technikklasse. Ein Schalter meldet einen Schaltpunkt, ein Unterdruckwert die Tiefe des Vakuums. Ob durch einen zugesetzten Sauger oder Filter noch Luft strömt, zeigt erst der Durchfluss. Der Kombinierte Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP misst beides an einem Punkt. Sein Katalog nennt die vorbeugende Wartung von Vakuumsaugern als Anwendung: Nachlassende Saugkraft gilt dort als häufiges Problem, der Applikationsmodus überwacht den Ansaugzustand und warnt, bevor Produkte fallen. Der Sensor erkennt den Durchfluss in beide Richtungen, etwa wenn das Vakuum beim Transport unterbrochen wird. Der Nenndruck reicht von -100 kPa bis 0,75 MPa. Im tiefsten Vakuum gibt es keinen Durchflusswert, zwischen -100 und -50 kPa bei den kleinen und zwischen -100 und -30 kPa bei den größeren Baugrößen. Für das Abblasen an den Fächerdüsen kommt zusätzlich ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-EC in Frage.

Druck und Gas an der Maschine: Druckschalter, Prozessdruck und Begasung

Ein Hersteller von Verpackungsmaschinen will Druck und Durchfluss in seinen Maschinen einheitlich erfassen. Bisher misst er nur den Druck, der Durchfluss wird gar nicht überwacht, doch seine Kunden wollen zunehmend wissen, was die Maschinen verbrauchen. Gemessen werden soll am Hauptstrang beziehungsweise an der Zuleitung. Zwei Aufgaben stehen an: der Evakuierungs- und Begasungsschritt mit einem Schutzgas und die Druckluft bis 10 bar. Weil der Druck laut Anforderung zwischen -1 und 10 bar schwankt, soll es ein kombinierter Sensor sein; dafür kommt die Modellreihe FD-EP in Frage. Die Grenzen stehen im Katalog. Der Nenndruck endet bei 0,75 MPa, die Gasartenwahl kennt Luft, Stickstoff und Argon sowie eine manuelle Eingabe. Welcher Teil des geforderten Bereichs am Hauptstrang tatsächlich auftritt, ist am Messpunkt festzustellen. Am Schlauch setzt derselbe Maschinenbauer bereits den Anklemmbaren Durchflusssensor der Modellreihe FD-Q ein.

An einer Beutellinie arbeiten mehrere pneumatische Druckschalter, an deren Stelle ein kombinierter Sensor der Modellreihe FD-EP treten könnte; er würde statt eines Schaltpunkts einen Messwert liefern. Ein Maschinenbauer für Kartuschenbefüllung, der Anlagen für Klebstoffhersteller baut, braucht einen Drucksensor mit Analogausgang. Eine bündige Membran kommt ihm entgegen, gewünscht ist ein Gewinde G1/4. In Frage kommen Digitale Drucksensoren für anspruchsvolle Aufgaben der Modellreihe GP-M. Welches Medium der Sensor in dieser Maschine misst, ist nicht dokumentiert; zulässig sind laut Katalog Gase und Flüssigkeiten, die die medienberührten Teile nicht angreifen.

Die Druckluft als Verbrauch der Maschine, ihre Leckage und die Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F, die in mehreren Anwendungen eine Rolle spielt, behandelt der Artikel zur Prozesssensorik im Maschinenbau.

Druckfarbe, Lack, Leim und Alkohol: Zufuhr und Behälter an den Werken

Die Medien, die nur dieses Thema kennt, sind in vier Fällen dokumentiert. Eine Verpackungsdruckerei überwacht den Alkohol an ihren Druckwerken bisher über die Zeit und weiß nicht, wie viel tatsächlich durchgegangen ist. Die Druckwerke haben Schläuche von etwa 12 mm; dafür kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-H in Frage.

Bei weißer Druckfarbe mit Titandioxid, deren Partikel abrasiv wirken, soll der Durchfluss überwacht werden. Dafür kommt ein Anklemmbarer Durchflusssensor der Modellreihe FD-X in Frage, der von außen am Rohr misst. Soll an derselben Stelle auch ein Drucksensor sitzen, ist dessen Chemikalienbeständigkeit zu klären; eine pauschale Aussage gibt es nicht, sie hängt an Medium und Modellreihe.

Im automatischen Reinigungssystem einer Druckmaschine soll der Füllstand eines Schmutzbehälters von etwa 50 cm Höhe erfasst werden. Das Analogsignal soll dort in drei Schaltpunkte umgewandelt werden. Offen ist noch die Einbindung in die Maschine. Dafür kommt ein Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR in Frage, dessen Nahbereichsmodelle bis 1,5 m erfassen.

Ein Anlagenbauer der Druckbranche will den Füllstand von Lack und von Kleber in Behältern erfassen. Beide Medien sind transparent, und rotierende Schaufeln im Behälter kreuzen den Messbereich; für den Schallkegel bleibt wenig Platz. Für einen Prototypaufbau kommen Digitale Hochleistungs Ultraschallsensoren der Modellreihe FW in Frage; ob der Schallkegel an den Schaufeln vorbei die Oberfläche erreicht, zeigt erst der Aufbau.

Produkt in der Zuführung: Füllstand in der Waage

Ein Hersteller von Schlauchbeutelmaschinen will den Füllstand in der Waage erfassen; dafür kommt ein CMOS-Lasersensor mit integrierter Auswerteeinheit der Modellreihe LR-Z in Frage. Der Erfassungsbereich liegt je nach Ausführung zwischen 25 und 500 mm. Genau hier liegt die Grenze des Themas: Das Produkt in Waage und Zuführung gehört zur Maschine, das Produkt im fertigen Beutel zur Füllkontrolle der Packung.

Kühlwalze, Trockner und Wärmetauscher: Wasser an der Maschine und im Werk

Für die Walzenkühlung eines Trommeltrockners bei einem Verpackungshersteller soll der Durchfluss an mehreren Stellen gemessen werden. Der Trockner ist nur wenige Wochen im Jahr in Betrieb, ein Ausfall der Kühlung würde zu einer Verschmutzung von Anlage und Produkt führen. Genannt sind etwa 185 °C. Die Hochtemperaturausführung der Modellreihe FD-H ist laut Katalog bis 180 °C ausgelegt, oberhalb von 140 °C mit abgesetzter Anzeige. Die Anforderung liegt damit über dem dokumentierten Bereich und ist am Messpunkt zu klären.

Ein Verpackungshersteller in einem anderen Markt will im Rahmen eines Wasseraufbereitungsprojekts wissen, wann und wo im Werk die hohen Verbräuche entstehen. Die Werksleitung sieht Spitzen, kennt aber deren Ursache nicht. Vermessen werden sollen alle Leitungen, mehr als ein Dutzend Messstellen an Rohren von etwa 15 bis etwa 54 mm. In Frage kommen mehrere Größen der Modellreihe FD-H einschließlich der Schlauchausführung und für die größte Leitung die Modellreihe FD-Q.

In einem Kartonagenwerk soll der Füllstand eines Beckens der Wasseraufbereitung erfasst werden. Dafür kommt der Radar-Füllstandssensor in Frage; für ihn sprechen dort die Unempfindlichkeit gegen Schmutz und die einfache Einstellung. Am selben Standort ist ein Durchflusssensor der Modellreihe FD-H in einer anderen Anwendung bereits im Einsatz. An der Beutellinie ist außerdem der Durchfluss an einem Wärmetauscher zu überwachen. Wie eine angeklemmte Messung ohne Öffnen der Leitung arbeitet und wo ihre Grenzen liegen, erklärt der Überblick zur Prozesssensorik.

Häufige Fragen

F Was zeigt der Durchfluss am Sauger zusätzlich zum Vakuumschalter?

Der Schalter meldet nur das Über- oder Unterschreiten eines Schaltpunkts. Der Durchfluss zeigt, ob an der Saugstelle noch Luft strömt oder ob ein Sauger oder Filter zugesetzt ist. Der Kombinierte Druck- und Durchflusssensor der Modellreihe FD-EP erfasst Druck und Durchfluss an einem Punkt und hat einen Applikationsmodus für das Ansaugen.

F Gehört die Füllhöhe im Beutel oder Becher zu diesem Thema?

Nein. Die Füllhöhe in der fertigen Packung, der Inhalt und die Dichtheit der Siegelnaht sind Prüfungen an der Verpackung. Zu Füllstand, Durchfluss und Druck gehören die Medien der Maschine, also auch das Produkt in Waage und Zuführung vor dem Abfüllen.

F Welchen Druckbereich deckt die Modellreihe FD-EP ab?

Der Nenndruck reicht laut Katalog von -100 kPa bis 0,75 MPa. Zwischen -100 und -50 kPa bei den kleinen und zwischen -100 und -30 kPa bei den größeren Baugrößen liefert der Sensor keinen Durchflusswert. Als Gasart lassen sich Luft, Stickstoff und Argon einstellen oder manuell eingeben.

F Lässt sich der Durchfluss an heißen Kühlleitungen von außen messen?

Die Standardausführung der Modellreihe FD-H arbeitet bis 85 °C Rohroberflächentemperatur, die Hochtemperaturausführung bis 180 °C, oberhalb von 140 °C mit abgesetzter Anzeige. Liegt die Medientemperatur höher, wie in einer dokumentierten Anwendung an einem Trommeltrockner, ist die Auslegung vor der Auswahl am Messpunkt zu klären.

F Ist die Energie-Management-Einheit der Modellreihe MP-F ein Durchflusssensor?

Nein. Die Modellreihe MP-F erfasst Gase und elektrische Energie, ein Durchflusssensor ist sie nicht. An Verpackungsmaschinen geht es dabei um die Druckluft; die Druckluft als Verbrauch der Maschine behandelt der Artikel zur Prozesssensorik im Maschinenbau.

Weiterführende Artikel

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