Zum Erfassen der Drehzahl seiner Vpuremix Magnetrührwerke suchte AWH nach einer kompakten Lösung für alle Größen der Geräteserie. Speziell für diese Aufgabe entwickelte Turck einen Hall Sensor, der die exakte Drehzahl des Mischkopfs im Behälter durch die Edelstahlwand hindurch erfasst. Dank einer doppelt ausgeführten Hallsonde erkennt der Magnetfeldsensor auch die Richtung, in die sich die Mischköpfe bewegen. So steigert AWH mit nur einem Sensortyp die Sicherheit der Prozesse  seiner Rührwerke.

Turck Hall Sensor

 

Inhalt

Wer ist AWH?

Turck Hall SondeEine sehr wandlungsreiche Unternehmensgeschichte hat die Armaturenwerk Hötensleben GmbH in Sachsen-Anhalt. An ihren Meilensteinen von 1859 bis heute lässt sich die gesamte jüngere deutsche Geschichte ablesen. Ursprünglich begann die Firma als Metallgießerei, seit 1992 stellt sie Edelstahlkomponenten wie Ventile, Form- und Verbindungsstücke her.

2003 kam zunächst die Reinigungstechnik und später die Molchtechnik hinzu. Seit kurzer Zeit bietet die AWH ihren Kunden mit der Reihe Vpuremix auch Magnetrührwerke an. Die auf Prozesssicherheit und Sterilität optimierten Magnetrührer finden insbesondere in der Pharma-, Biotech- und Lebensmittelindustrie Einsatz. Die Anwender homogenisieren oder suspendieren damit schonend und effizient flüssige Medien, nutzen sie zum Wärmeaustausch oder Konzentrationsausgleich.

Drehzahlsensor für Magnetrührwerke

„Um die Rührerleistung zu bestimmen, benötigen wir u. a. eine Information über die Drehzahl des Mischkopfes“, erklärt AWH-Produktmanagerin Anja Hauffe. In der Branche kennt man dieses Feature als Speed-Sensor. Insbesondere wenn innerhalb eines Produktions-Batchs verschiedene Drehzahlen gefahren werden, benötigt man eine Drehzahlerfassung am Rührwerk. Für die meisten Kunden ist dieses Features daher zwingend erforderlich.


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Der Mischkopf wird berührungslos durch die Behälterwand hindurch über Magnete angetrieben. Da lag es nahe, die Drehzahl über das Magnetfeld zu ermitteln. „Wir brauchten einen Sensor, der das umsetzen kann, denn die Alternativen wären sehr umständlich gewesen. Wir wollten einen Sensor, den wir im Rührwerk integrieren und für möglichst viele Varianten der Rührwerksserie einsetzen können “, präzisiert Frau Hauffe die Anforderung.

Magnetische Kupplung sichert Integrität von Behälter und Produkt

Magnetfeld Sensor

Permanentmagneten in der Antriebseinheit bilden mit Magneten im Mischkopf eine magnetische Kupplung. Diese ist derart belastbar, dass darüber der Mischkopf durch die Behälterplatte hindurch mit bis zu 490 min-1 angetrieben werden kann. Zur Montage des Rührwerks muss die Behälterplatte vorab im Boden eingeschweißt werden.

Dank der magnetischen Kupplung von Antrieb und Mischkopf bleibt die Integrität des Behälters trotz der Mischvorgänge durchgehend gewährleistet. Sterilitätsprobleme und mögliche Kontaminationen, wie sie bei konventionellen Rührern mit Wellendurchführung auftreten können, sind damit ausgeschlossen. In Kontakt zum Medium gelangen nur der Mischkopf und die keramische Lagerung. Sie sind so konstruiert und beschaffen, dass sie sich leicht rückstandslos reinigen lassen.


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Turck Anja HauffeAuf der Suche nach einem magnetischen Sensor, der das Magnetfeld durch die Behälterwand erfassen kann, fiel eine Lösung von der Stange schnell aus. „Wir haben etliche Anbieter angefragt, aber am Markt gab es nichts Brauchbares zum Durchdringen vom Magnetfeld“, berichtet Anja Hauffe weiter. Es musste also eine individuelle Lösung entwickelt werden. AWH wandte sich dazu an den Sensor- und Automatisierungsspezialisten Turck, mit dem das Unternehmen bereits gute Erfahrungen gemacht hatte.

Hall-Sensor erkennt Drehzahl und Drehrichtung

Turck entwickelte für die Applikation einen Magnetfeldsensor mit abgesetzter Auswerteeinheit. Der eigentliche Hall-Effekt-Sensoren Kopf kann daher sehr kompakt gefertigt werden, um ihn am oberen Rand der Mischkopfaufnahme zu integrieren. Im Hallsensor Kopf befinden sich zwei aktive Flächen, sogenannte Hall-Sonden, die den Verlauf des Magnetfeldes durch einen internen zeitlichen Signal Versatz erfassen.


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So kann nicht nur die Drehzahl an sich, sondern auch die Drehrichtung erfasst werden. Der Hallsensor wird auf eine Soll Drehrichtung parametriert. Erkennt er später eine invertierte Drehrichtung, liegt eine Fehlfunktion vor. Die LED an der Auswerteeinheit leuchtet dann rot und die Steuerung gibt – je nach Einstellung des Anwenders – ebenfalls eine Warnmeldung aus.

Prozesssicherheit durch Überwachung von Drehzahl und Drehrichtung

Hall-SondeZusatzinformationen wie die Erfassung der Drehzahl und Drehrichtung benötigen nicht alle Kunden. In speziellen Branchen wie der Pharmaindustrie, Biotechnologie aber auch in explosionsgefährdeten Anlagen kann jedoch gerade die Detektion dieser beiden Größen die Sicherheit des Produktionsprozesses steigern. Vor allem die Pharma- und Biotechindustrie sind in höchstem Maß dazu angehalten, jeden Prozessschritt fehlerfrei aufzusetzen, zu sichern und zu dokumentieren.

Eine falsche Drehzahl kann schnell zu einer verminderten Produktausbeute und hohen finanziellen Verlusten führen. Eine nicht detektierte falsche Drehrichtung des Mischkopfes gefährdet das Magnetrührwerk selbst und könnte in explosionsgefährdeten Bereichen durch elektrostatische Aufladung infolge von Reibung sogar zu Explosionen führen.

Konstruktion schließt Falscheinbau aus

Bei der Konstruktion der Hall-Sensoren kommt Turck seine Erfahrung mit robusten IP67-Produkten und das nötige Know-how zum Verguss von Elektronik zugute. Es wurde eigens ein Spritzgusswerkzeug erstellt, in dem das Sensor-Kopfgehäuse aus einem speziellen Kunststoff gefertigt wird. Dieses kleine Kunststoffteil wird später mit der Elektronik komplett vergossen.

Die Magnetfeldsensoren müssen dabei dauerhaft und präzise in einem spezifischen Winkel zu den Magnetfeldern liegen. Das gewährleistet der Verguss und die spezielle Bauform der Hall-Sensor Einheit, die sich nur korrekt in die Nut der Mischkopfaufnahme einsetzen lässt. Diese Konstruktion verhindert ein Verrutschen vom Hall Effekt Sensor. Bei anderen Herstellern ist die Lage der Sensoren nicht fixiert und kann sich bei Vibrationen verschieben, was dann zu einem falschen Signal und einer Fehlfunktion führt.

Gut sichtbare optische Anzeigen erleichtern Diagnose

HallspannungDie abgesetzte Auswerteinheit ist aus robustem Edelstahl gefertigt und so auch gegen aggressive Reinigungsmedien geschützt. Sie verfügt über Diagnose-LED, die gut sichtbar den Zustand der Sensorik anzeigen. Stimmt beispielsweise die Drehrichtung nicht, sieht der Bediener die LED rot leuchten. Sensor Kopf, Verbindungsleitung und Auswerteeinheit können bei Umgebungstemperaturen von -20° bis +70 °C dauerhaft betrieben werden. Auch einer Sterilisation (150 °C) bis zu 1 h halten Sensor und Leitung stand. Der Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich mit der Atex-Zone 2 ist möglich.

Ein Hall-Effekt Sensor für alle Magnetrührwerke

AWH stellt Vpuremix-Magnetrührwerke in neun unterschiedlichen Größen her, die mit unterschiedlich vielen Magneten am Antrieb und Mischkopf bestückt sind. Bestellt der Kunde einen Mixer, parametriert AWH den Sensor per IO-Link. Für den Endkunden bleibt die IO-Link-Schnittstelle geschlossen.

„Dass wir alle Größen mit nur einem Sensor abdecken können, ist wirklich praktisch. Auch die Software zur Einstellung der Sensoren ist ganz einfach. Über einen Dropdown wähle ich die vorliegende Rührwerksgröße aus. Alle weiteren Parameter werden über hinterlegte Datensätze automatisch angewendet. Mit zwei bis drei Klicks ist das erledigt“, zeigt sich die zuständige Produktmanagerin überzeugt.

„Auch die Montage des Hall Sensors finde ich gut. Die abgesetzte Sensor-Einheit kann nicht beschädigt werden und die Auswerteeinheit ist im Unterschied zu anderen Herstellen nicht aus Kunststoff, sondern aus Edelstahl“, zieht Anja Hauffe Bilanz.

„Kunden, die zum ersten Mal ein Vpuremix-Magnetrührwerk bestellten, waren von der Qualität und Funktion überzeugt. Viele davon sind Anlagenbauer und bevorzugen unsere Magnetrührwerke seitdem und empfehlen zudem ihren Kunden aus der Pharma-, Biotech-, und Lebensmittelindustrie unsere Rührwerke“, freut sich Frau Hauffe.

Häufige Fragen

Was ist ein Hall Sensor?

Ein Hall Sensor, Hall Sonde oder auch Hall Geber ist ein Messmittel zum Messen von Magnetfeldern. Dabei nutzen sie den von dem Physiker Edwin Hall entdeckten Hall Effekt. Dieser basiert darauf, dass die Ausgangsspannung der Wandler von Stärke und Richtung eines Magnetfeldes abhängt. Die durch die Lorenzkraft ausgelöste Spannung, auch Hall Spannung genannt, entsteht in einem Strom durchflossenem Leiter, der sich in einem Magnetfeld befindet. Hallsensoren erfassen Linear und Drehbewegungen.

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Autorenangabe
Wolfram Stahl

Wolfram Stahl ist Vertriebsspezialist bei Turck in Mülheim an der Ruhr.