In seinem dänischen Druckgusswerk von Bjerringbro, Dänemark, sah der multinationale Pumpenhersteller Grundfos die Möglichkeit zur Optimierung des Mischverfahrens seines Gießwerkzeug-Sprühkonzentrats. Dieses Konzentrat wird mit destilliertem Wasser zu einer 3- bis 5-%igen Lösung gemischt, welche dann vor dem Gießverfahren in das Gießwerkzeug (Form) gesprüht wird. Das Mischen und die Dosierung der Sprühlösung in die Druckgussmaschine erfolgen in einem Verfahren. Dank einer präzisen Dosierung des Werkzeug-Sprühkonzentrats mit Coriolis-Massendurchflussmessern konnte das Unternehmen die Zeit des Druckgießzyklus für Motorgehäuse um 2,9% verkürzen.

Das Dosiersystem, mit dem die zum Mischen und Dosieren benötigte Wasser- und Konzentratmenge zugemessen wurde, ergab Überdosierungen von ca. 10%, ohne eine Möglichkeit der Fehlerprüfung. Die mangelnde Präzision verursachte sowohl bei Über- als auch bei Unterdosierungen Mehrkosten. Zuviel Sprühlösung führte zu zusätzlichen Verkohlungen im Werkzeug, was jeden Monat die Stillstandzeit für Reinigungsarbeiten um einige Minuten verlängerte. Auch die Verschwendung teuren Werkzeug-Sprühkonzentrats ist nicht zu vernachlässigen. Zu geringe Dosierung hatte noch schlimmere Folgen, da das gegossene Metall am Werkzeug haftete. Das Freisetzen des Werkzeugs erforderte dann bei jedem Vorfall zwei Stunden Produktionsausfall. Bei Zykluszeiten von nur 60 Sekunden erreichen die dadurch in Druckgusswerken entstehenden Unkosten kritische Ausmaße. Es ging somit darum, präzise zu dosieren, um sowohl Über- als auch Unterdosierungen zu vermeiden.

Kompatibilität mit Automatisierungssystem

Das Druckgusswerk von Grundfos wird durch ein bewährtes Automatisierungssystem des Typs Simatic SPS gesteuert, in dem ein zusätzlicher Siemens Coriolis-Massendurchflussmesser leicht einbezogen werden konnte. Der Hersteller begann deshalb Versuche mit dem Messumformer Siflow FC070, der für die nahtlose Integration in Simatic-Automatisierungssysteme besonders geeignet ist. Der Messumformer ist ein echtes Plug-and-Play-Gerät - er kann leicht im Rahmen eingerastet werden und konfiguriert sich selbst. "Ein ebenfalls in Erwägung gezogenes Alternativprodukt entsprach zwar unseren Leistungsanforderungen, war aber schwieriger einzustellen", erklärt Jens Vallentin Hansen, der die Sprühversuche in die Wege leitete. "Außerdem konnte es nicht alle Merkmale bieten, mit denen der Siflow FC 070 Messumformer ausgestattet ist." Eine Fertigungslinie des Druckgusswerks wurde für einen zweiwöchigen Test mit zwei Messumformern und zwei Massendurchflussmessern ausgestattet. Trotz geringer Erfahrungen bei solchen Programmierungen gelang dem Grundfos-Personal die Inbetriebnahme des Messumformers in wenigen Stunden.

Zur Programmierung des Messumformers werden die mit dem Durchflussmesser gelieferten Programmblöcke verwendet. Der Durchfluss-Messumformer konfiguriert sich selbst und die Massendurchflussmessung ist in Simatic sofort sichtbar. Der Messumformer ist zudem mit Manager, PCS7 und PDM kommunikationsfähig. Mit umfassenden Diagnose- und Prozessalarm-Methoden bietet er eine standardisierte Schnittstelle für Diagnose- und Meldungszwecke. Sensorfehler (SE) und Prozessfehler (PE) werden über LEDs auf der Vorderseite des Messumformers angezeigt. Hansen fährt fort: "Sobald wir den Massendurchflussmesser geprüft hatten, waren uns sofort alle Zweifel genommen." Er erklärt, dass das Siflow-System beim Mischen der Lösung bei Grundfos Präzision und Wiederholbarkeit in vollständig neuen Bereichen lieferte und zudem den Zugang zu Prozessdaten verschaffte, welche zuvor unerreichbar waren.
Die Lösung umfasst einen Messaufnehmer Sitrans Mass 2100 DI6 zur Messung eines Wasserdurchflusses der Größenordnung 540 kg pro Stunde und einen Messaufnehmer Sitrans FC 300 DN4 zur Messung des Konzentratflusses von ungefähr 36 kg pro Stunde. Die Massendurchflussmenge wird automatisch berechnet und dem Automatisierungssystem vom Siflow FC070 Messumformer mitgeteilt. Die erhaltene Genauigkeit von 0,1% ermöglicht Grundfos ein Mischen und Dosieren des Formsprühmittels innerhalb äußerst enger Grenzen, was bedeutende Einsparungen bei der Zykluszeit, der zur Werkzeugreinigung erforderlichen Stillstandszeit und beim Sprühkonzentrat-Verbrauch ermöglicht. Grundfos sieht nun vor, die Konfiguration in seinem gesamten Druckgusswerk einzubauen.

Bemerkenswert schnelle Amortisation

Die Einsparungen werden im Druckgusswerk praktisch sofort spürbar sein und die von Grundfos in die Siflow-Coriolis-Technologie investierten Mittel innerhalb weniger Monate wieder erwirtschaftet sein. Grundlage für die Entscheidung zum Wechsel der Technologien waren natürlich die bemerkenswerten Einsparungen. Doch es gibt eine Reihe weiterer Vorteile.

Es gelang Hansen, seine Wartungs-Stillstandszeiten in mehrerer Hinsicht zu verkürzen. Zunächst wurden übermäßige Verkohlungen in den Gießwerkzeugen drastisch eingeschränkt. Dann war bei der zuvor benutzten Dosierpumpe der regelmäßige Austausch von O-Ringen erforderlich, um einen Anstieg der Ungenauigkeit auf über 20% zu verhindern, was nun nicht mehr nötig ist. Massendurchflussmesser und Messumformer sind wartungsfrei und enthalten keine Verschleißteile, weshalb ihre Präzision und Wiederholbarkeit jahrelang gewährt bleiben. „Das System versetzt uns darüber hinaus in die Lage, die Maschine bei Auftreten eines Fehlers im System zu stoppen. Das wiederum ergibt Einsparungen bei Ausfallzeit und Reparaturen", ergänzt Hansen.

Das vielseitige Coriolis-Durchflussmesssystem ermöglicht die Messung mehrerer Parameter, so dass Grundfos nicht nur die Massendurchflussmenge, sondern auch die Mediumtemperatur, die Dichte und den Volumendurchfluss überwachen kann. Auch die Fraktionswerte für eine Mischung zweier Stoffe können erhalten werden. Zusätzlich weist der Siflow FC070 Zähler und fortschrittliche Chargenfunktionen auf. Bei voller Ausnutzung der vielseitigen Kapazitäten ist nur ein geringes Maß an Messtechnik erforderlich. Hansen meint hierzu: „Es bleiben uns zahlreiche Möglichkeiten und wir haben eine Menge Daten extrahiert. Wir können nun alle Prozessparameter präzise anpassen, was uns zuvor nicht möglich war."

Das Grundfos-Team schätzt den Messumformer auch auf Grund seiner kompakten Bauweise und der Einbaumöglichkeit in einem Simatic-Rahmen: „Wir können den Messumformer nun an einem beliebigen Ort installieren und die Steuerungen an einer Stelle zusammenfassen". Mehr als zufrieden mit seinen Prozesseinsparungen und seiner letzten Neuerung bei Grundfos meint Hansen zusammenfassend: „Der Messumformer ist Platz sparender und kann leicht installiert und eingebaut werden. Es ist einfach mit ihm in Kommunikation zu treten, wir mussten uns nur mit einer neuen Art von Programmierung vertraut machen."