Ob Klebefilmrollen für Büro und Heimarbeit oder einseitig und doppelseitig beschichtete Klebebänder für unterschiedlichste industrielle Anwendungen: Wo die Endprodukte bestens haften sollen, geht es auch bei der Produktion schon ausgesprochen klebrig zu. Dies ist eine besondere Herausforderung für die Sensorik, mit der der Herstellungsprozess der zur Filmbeschichtung verwendeten Acrylatkleber überwacht wird.

Bei einem herkömmlichen Messstellenaufbau können die eingesetzten Sonden nicht dauerhaft in dem extrem adhäsiven Medium verbleiben, sondern müssen regelmäßig entnommen und gereinigt werden. Abhilfe verspricht ein Messstellenaufbau, bei dem die Sensorschleuse Ceramat von Knick Elektronische Messgeräte eine zentrale Rolle spielt.

In der konkreten Applikation eines bekannten Klebstoffherstellers ist die Produktionsanlage mit einer Messstelle ausgerüstet, die die Umsetzung der Monomere direkt während der Reaktion per Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) überwacht und die ermittelten Daten online bereitstellt. Für die Güte des Erzeugnisses ist die verbleibende Menge nicht umgesetzter Monomere entscheidend - deren Anteil darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten. Aus diesem Grund empfiehlt sich der Einsatz einer Wechselarmatur, die eine Messung unmittelbar im Kessel ermöglicht, in dem die Reaktion abläuft - und dabei eine unkomplizierte Reinigung der Sonden, eine einfache Wartung und eine raschen Austausch von Komponenten gestattet, ohne dafür eine Prozessunterbrechung erforderlich zu machen.

Messen unter Extrembedingungen

Zu den erschwerenden Faktoren der Messung zählen nicht nur die adhäsiven Eigenschaften des Mediums, das die NIR-Sonde buchstäblich verklebt: Der Reaktionskessel, in dem die Messungen durchgeführt wird, ist für hohen Druck ausgelegt und muss zusätzlich einem Sicherheitsdruck standhalten. Außerdem ist der gesamte Produktionsbereich als ATEX-Zone 0 ausgewiesen. Diese anspruchsvollen Prozessbedingungen und die vorgesehene Anordnung der Messstelle lassen bei der Wahl einer geeigneten Wechselarmatur keine Standardprodukte zu, sondern stellten höchste Anforderungen an den Ex-Schutz, die Dichtigkeit und Materialeigenschaften der benötigten Sensorschleuse.

Wechselarmatur Ceramat

Chemisch aggressive und feststoffhaltige Prozessmedien greifen bei Messstellen die Dichtungen von Wechselarmaturen an und verkürzen die Standzeiten der Sensorik. Meist gestaltet sich der Austausch der Komponenten umständlich und zeitaufwändig. Eine spezielle Wechselarmatur, die für diese Bedingungen in Frage kommt, ist die Ceramat WA153 von Knick Elektronische Messgeräte, eine verschleißfreie Sensorschleuse, die auf die üblichen O-Ring-Dichtungen verzichtet. Bei der pneumatisch betriebenen Wechselarmatur mit ATEX-Zulassung sorgt die Drehbewegung von zwei hochplanen, ultraharten Keramikscheiben auch bei hohen Drücken für die sichere, vollständige Abschottung der Reinigungs- und Kalibrierkammer gegen den Prozess. Auf diese Weise besteht die Möglichkeit einer kontinuierlichen Reinigung des Sensors bei laufendem Prozess. Der Sensor bzw. die Sonde und die Antriebseinheit einschließlich der Dichtungen können jederzeit ausgebaut werden, ohne den Prozess zu unterbrechen. Innerhalb weniger Minuten lässt sich die Messung fortsetzen.

Durch ihre praktisch unzerstörbaren Keramikelemente und ein nicht bewegtes Außengehäuse aus carbonverstärktem PEEK, PVDF oder Edelstahl eignet sich Ceramat für den Einsatz in aggressiven oder abrasiven Medien sowie für Medien, die starke Ablagerungen bilden. Eine tangentiale Führung der Spülmedien in der Kalibrierkammer sorgt für die optimale Reinigung des Sensors. Zudem verfügt die Sensorschleuse über eine zusätzliche Hohlraumspülung zwischen Gehäuse und Keramik, die eine effektive Beströmung und Reinigung der Toträume gewährleistet. Auch sonst zeichnet sich die Wechselarmatur durch besondere Wartungsfreundlichkeit aus: So lässt sich der Antrieb bei laufendem Prozess und vollem Mediendruck austauschen.

Bei Ceramat ist die die Kalibrierkammer auch ohne Spezialwerkzeug leicht zugänglich, alle Wartungsarbeiten können vor Ort und ohne Werkstatthilfe durchgeführt werden. Der Anschluss sämtlicher Zuleitungen für Spül- und Kalibriermedien sowie Steuerluft und der elektrischen Leitungen zur Signalübertragung erfolgt mit nur einem Steckvorgang über den zentralen Multistecker. Die Wechselarmatur ist in zwei Varianten erhältlich: Neben der Inline-Version Ceramat WA 150 mit einer Eintauchtiefe von 135 mm bietet Knick die überlange Eintauch-Version Ceramat WA 160 an. Mit Längen bis 2000 mm eignet sie sich für den Betrieb in offenen Becken oder an Kesseln, an denen kurze Armaturen nicht seitlich montiert werden können. Wie bei der kompakten Variante lässt sich der Antrieb zu Wartungszwecken während des laufenden Prozesses demontieren. Für den Betrieb der Sensorschleusen dienen die Steuerungen Uniclean 900 oder Unical 9000, die eine vollautomatische Reinigung nach Kundenvorgaben uneingeschränkt auch in Ex-Zonen der Kategorie 0 gestatten.

Nicht zuletzt bietet die keramische Sensorschleuse den entscheidenden Vorteil, dass sie, anders als Schubstangenarmaturen, bei optischen Messungen keine messwertverfälschenden Reflexionen verursacht.

Knick bietet für beide Varianten umfangreiches Zubehör an. Dazu zählen Adapter für Zusatzmedien, ein Anschluss-Set zum manuellen Betrieb oder Betrieb an einer SPS, Haltebügel für Ceramat WA 160 und ein pneumatisches Handsteuerventil.

Konfektionierung der Komponenten

Im Gesamtkonzept der Messstelle ist Ceramat jedoch nur eine der erforderlichen Komponenten. Das eingesetzte Spektrometer zur Auswertung der Messdaten einer realisierten Messstelle stammt von Bruker. Die Online-NIR-Messung in diesem anspruchsvollen Prozess wurde erst durch die enge Zusammenarbeit von Knick und Hellma Analytics möglich, dem Hersteller der in diesem Aufbau verwendeten Hellma Flacata 12 NIR-Sonden. Der Spezialist für optische Tauchsonden hat die Formfaktoren seines umfangreichen Programm an Sonden für die NIR-, VIS- und UV-Spektographie eigens an die Abmessungen der Ceramat angepasst, während Knick die keramische Sensorschleuse um spezielle Aufnahmen für die optischen Sonden sowie einen Torsionsschutz für die abgehenden Lichtleiter ergänzte. Zudem wurde die Ceramat mit Spül- und Ablaufleitungen aus chemikalienbeständigem, flammwidrigem PFA mit hoher Temperaturfestigkeit, Teflon und Edelstahl ausgestattet. Für statische Dichtungen wählte Knick den chemisch unverwüstlichen Werkstoff Kalrez.

Fazit

Die keramisch dichtende Wechselsonde Ceramat ermöglicht die erfolgreiche Einrichtung der automatisierten Online-Messeinrichtung mit NIR-Sonden unter anspruchsvollsten Prozessbedingungen. Die Effizienz und Qualität der Messergebnisse und damit die Prozesssicherheit wird deutlich erhöht und gleichzeitig werden Stillstandzeiten minimiert.