Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikropumpen helfen wesentlich bei der Optimierung von Prozessen

19.08.2008
Die Systemintegration bildet den Schwerpunkt vieler Innovationen im Maschinenbau. Lange Zeit lag der Fokus auf der Integration elektronischer Baugruppen. Die fortschreitende Miniaturisierung anderer Komponenten bietet heute weitere Potenziale der Prozessoptimierung und Effizienzsteigerung. Der Einsatz von Mikropumpen zur Schmierstoffförderung oder bei der Prozesskontrolle sind zwei Beispiele.

Bei der Weiter- oder Neuentwicklung von Maschinen stehen verschiedene Motive im Hintergrund: Zum einen sollen Innovationen den Energieverbrauch und Wartungsaufwand senken sowie gleichzeitig die Umweltverträglichkeit steigern. Zum anderen soll jede neue Maschinengeneration alle Prozesse in optimierter Weise durchführen und dabei aus Gründen der Effizienz, Sicherheit und Qualitätssicherung weitgehend selbstüberwachend arbeiten.

Konzipiert vor dem Hintergrund all dieser Anforderungen, muss eine Maschine heute als hochintegriertes System mit zahlreichen, komplex kombinierten Komponenten verstanden werden.

Die Mikrosystemtechnik (MST) entwickelt als Zulieferer für die Industrie zahlreiche Elemente, die diesem aspektreichen Anforderungsprofil der Maschinen- und Anlagenbauer gerecht werden. Denn in den vergangenen Jahren hat sich die MST ausgehend vom früheren Schwerpunkt der Mikroelektronik und -sensorik aus verbreitert und miniaturisierte Komponenten auch anderer Funktionalitätsbereiche entwickelt.

Das Beispiel der Mikrofluidik, oder spezieller, der Mikropumpe, zeigt auf, welches Potenzial für den Maschinenbau hier oftmals noch ungenutzt ist.

Mikropumpen sind für viele Produktionsprozesse wichtig

Mikropumpen erfüllen mit dem Transport kleiner Mengen an Flüssigkeiten oder Gasen eine grundlegende Funktion, die in zahlreichen Zusammenhängen industrieller Abläufe relevant ist. Die Schmierstoffförderung ist zum Beispiel eine nahe liegende Anwendung, ein anderes Einsatzfeld ist beispielsweise die Zirkulation beziehungsweise Abgabe von Kühlmitteln.

Aus diesem Grund sind Mikropumpen, wie sie Bartels Mikrotechnik im Geschäftsbereich Bartels Micro Components anbietet, streng auf vielseitige Einsetzbarkeit hin ausgelegt. So kommt in der jüngsten Generation der robusten Piezomembranpumpen aus Kunststoff nur PPSU als inertes Material in Kontakt mit dem gepumpten Medium.

Chemische Unverträglichkeiten werden somit so weit wie möglich ausgeschlossen, die Medienbeständigkeit ist hoch. Eine ebenfalls hohe Partikel- und Blasentoleranz, die auch die Förderung von Gas-Flüssigkeitsgemischen ermöglicht, trägt weiter zum zuverlässigen Einsatz der Komponente bei.

Um die konkreten Vorteile zu verdeutlichen, die Maschinenbauer durch die Integration von Mikropumpen realisieren können, wird hier das Beispiel der Schmierstoffzufuhr beleuchtet.

Automatische Schmierung erhöht die Lebensdauer

Die automatisierte Schmierung komplexer Maschinen und Anlagen hat sich gegenüber der manuellen Nachschmierung beziehungsweise der Lebensdauerschmierung mit Fett als material- und arbeitssparende sowie die Lebensdauer verlängernde Alternative weitgehend durchgesetzt. Insbesondere bei diskontinuierlich betriebenen gelagerten Teilen wie Linearantrieben muss meist eine fortlaufende Ölschmierung vorgesehen werden.

Die Mehrzahl der eingesetzten automatischen Schmiersysteme verwendet zentrale Reservoire, von denen aus der Schmierstoff über ein teilweise komplexes Leitungsnetz zu mehreren Auslassstellen verteilt wird. Ventile stellen dort den Fluss des Mediums ein.

Diese Systeme benötigen eine große, leistungsstarke Pumpe, vor allem, wenn Höhenunterschiede überbrückt werden müssen. Die Leitungen selbst müssen überwacht und gewartet werden und schaffen in vielen Fällen auch Platzprobleme. An schwer zugänglichen Stellen, etwa in Linearantrieben, können sie und die Auslassmodule oft nur schwer oder gar nicht angebracht werden.

Dezentrales Schmiersystem mit Mikropumpen bietet Vorteile

Ein dezentrales Schmiersystem mit Mikropumpen umgeht diese Probleme. Pro Auslassstelle wird eine Mikropumpe mitsamt eigenem Reservoir integriert. Anders als bei existierenden, schwerkraftbasierten Systemen ist die relative Lage der Kombination aus Pumpe und Reservoir zur zu schmierenden Stelle dabei beliebig. Somit kann die Einheit dort montiert werden, wo die maximale Integration in eine Maschine bei größtmöglicher Zugänglichkeit erreicht werden kann.

Die Mikropumpen selbst benötigen kaum Raum. Die mp6 von Bartels hat Abmessungen von nur 30 mm × 15 mm × 3,5 mm. Ihren Energiebedarf können die Geräte, die schon mit einer Betriebsspannung von 3V arbeiten, in vielen Fällen aus bestehenden Speisungen decken. Ohne zusätzliche Verkabelung können sie auch aus Batterien betrieben werden, da die Leistungsaufnahme unterhalb von 100 mW liegt. Für die Auslegung der Fördereinheit ist vor allem der Schmierstoffbedarf zu berücksichtigen, weil das Ölvolumen treibender Faktor für die Baugröße des Reservoirs und damit auch der Betriebsdauer der Einheit ist.

Schmierstoffbedarf bestimmt Betriebsdauer der Mikropumpe

Je nach Anwendungsfall kann die Einheit entweder direkt an den beweglichen Teilen montiert werden oder an einem unbeweglichen Element in Kombination mit einer beweglichen Ölleitung. Ein Einsatzbeispiel ist eine Einheit, die unter Verwendung eines Reservoirs mit einem Ölvolumen von 29 cm3 direkt an einer Linearführung angebracht werden kann. Nimmt man die für kleinere Lineareinheiten übliche Nachschmiermenge von etwa 0,5 cm3 an, wird klar, dass das Reservoir über die Betriebsdauer entscheidet. Weil allerdings mit jedem Nachschmiervorgang unter normalen Lastbedingungen einige tausend Kilometer Laufleistung erreicht werden, ist auch mit begrenzten Ölvolumina eine starke Verlängerung der Wartungsintervalle realisierbar.

Die Wartung des Schmiersystems kann beim Einsatz von robusten Kunststoff-Mikropumpen auf das turnusmäßige Ersetzen der Pumpen mitsamt der angeschlossenen Reservoire reduziert werden. Kostengünstig im Spritzgussverfahren hergestellt und automatisch assembliert, kann die Pumpe so als Einwegartikel genutzt werden. Gegenüber der Anschaffung einer teuren Großpumpe mit hohem Wartungs- und Energiebedarf entstehen also weitere, klare Vorteile.

Mikropumpen auch zur Anlagen- und Prozesüberwachung

Folgt man über das Beispiel der Schmierstoffdosierung hinaus dem Gedanken der Anlagen- und Prozessüberwachung, so findet sich hier ein weiteres Einsatzgebiet für die kleinen Pumpen.

Flüssigkeiten oder Gase, durch deren Analyse der Prozessfortgang überwacht werden soll, entstehen oder agieren oft unter Bedingungen, die für Sensoren problematisch sind. Bei thermischen Prozessen zum Beispiel sind Fehlabläufe oft durch das Entstehen von Kohlenmonoxid oder anderen organischen Gasen gekennzeichnet. Die entsprechenden Sensoren aber können unter den hohen Umgebungstemperaturen am Entstehungsort der indikativen Gase oftmals nicht zuverlässig arbeiten.

Die Lösung liegt in der Auslagerung der Sensorik. Robuste Mikropumpen können kleine Gasmengen absaugen und über eine Kühlstrecke zu einem dezentral gelagerten Sensor weitertransportieren. Die kleine Menge Gas lässt sich schnell effektiv abkühlen, um den Sensor zu schonen und zuverlässig arbeiten zu lassen. Dieser wird kontinuierlich mit Gas aktiv angeströmt, so dass Messergebnisse unter konstanten Bedingungen erzielt werden. Auch andere für Messgeräte problematische Umstände, etwa starke Erschütterungen oder ungleichmäßige Strömungsverhältnisse am Ort der Gasentstehung, können so gehandhabt werden.

Im Sinne der maximalen Integration können Mikropumpe, Sensor sowie die dazwischen liegende Kühl- beziehungsweise Leitungsstrecke als ein zusammengefasstes, Platz sparendes Modul konzipiert werden. Das spart auch bei Bezug und Wartung die Beschäftigung mit einer Vielzahl von Einzelteilen.

Auslagerung der Sensorik steigert die Zuverlässigkeit

Diese beiden Beispiele veranschaulichen nur einen kleinen Ausschnitt aus den zahlreichen Einsatzmöglichkeiten von Mikropumpen. Ihre grundsätzliche Vielseitigkeit verdankt die mp6 ihrem einfachen Design, das sie – in optimierter Form – von der Vorgängerserie mp5 geerbt hat.

Kern der Pumpen sind Piezoaktoren, deren Verformung beim Variieren der angelegten Spannung eine Membran auf und ab bewegt. Unter der Membran befindet sich die Pumpkammer, aus der Flüssigkeiten oder Gase beim Senken der Membran herausgedrückt werden und die sich beim Hub der Membran erneut füllt. Passive Ventile an beiden Seiten der Pumpkammer geben die Flussrichtung vor. Die zwei Aktoren werden phasenverschoben angesteuert, wodurch sich der Druck der Pumpe verdoppelt.

Mikropumpe bewältigt Gegendruck von bis zu 500 bar

Bei der Förderung von Wasser etwa bewältigt sie einen Gegendruck von bis zu 500 mbar. Die maximale Förderrate liegt bei 5 ml/min. Sollten die Parameter der Mikropumpe die Anforderungen einer Anwendung nicht erfüllen können, etwa weil ein extremer Gegendruck zu bewältigen ist, bietet Bartels auch die Entwicklung kundenspezifischer Mikropumpen an.

Nachdem sich die Sensorik heutzutage einen festen Platz im Anlagenbau gesichert hat, liegt in der MST ein ähnliches Maß an ungenutztem Potenzial, aus dem sich für Pioniere schnell ein Wettbewerbsvorteil generieren lässt. Der Einsatz von Mikropumpen ist ein Beispiel dafür.

Dipl.-Ing. Severin Dahms ist Produktmanager Micro Components bei der Bartels Mikrotechnik GmbH in 44227 Dortmund.

Severin Dahms | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/betriebstechnik/pumpenarmaturenrohrleitungen/articles/140762/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Das Auto lernt vorauszudenken
28.06.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Stresstest über den Wolken
21.06.2017 | Hochschule Osnabrück

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Im Focus: Das Proton präzise gewogen

Wie schwer ist ein Proton? Auf dem Weg zur möglichst exakten Kenntnis dieser fundamentalen Konstanten ist jetzt Wissenschaftlern aus Deutschland und Japan ein wichtiger Schritt gelungen. Mit Präzisionsmessungen an einem einzelnen Proton konnten sie nicht nur die Genauigkeit um einen Faktor drei verbessern, sondern auch den bisherigen Wert korrigieren.

Die Masse eines einzelnen Protons noch genauer zu bestimmen – das machen die Physiker um Klaus Blaum und Sven Sturm vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

Technologietag der Fraunhofer-Allianz Big Data: Know-how für die Industrie 4.0

18.07.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - September 2017

17.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

1,4 Millionen Euro für Forschungsprojekte im Industrie 4.0-Kontext

20.07.2017 | Förderungen Preise

Von photonischen Nanoantennen zu besseren Spielekonsolen

20.07.2017 | Physik Astronomie

Bildgebung von entstehendem Narbengewebe

20.07.2017 | Biowissenschaften Chemie