Wenn Dosiermenge nicht gleich Dosiermenge ist
Der Einfluss von Druck, Viskosität und Temperatur auf reale Dosiermengen
Druck-Zeit-Dosiersysteme sind ein bewährter Standard in der Dosiertechnik – und das aus gutem Grund. Sie sind robust, wirtschaftlich und für viele Anwendungen technisch vollkommen ausreichend. Solange Materialeigenschaften und Umgebungsbedingungen stabil bleiben, liefern sie reproduzierbare Ergebnisse.
Dosieren ist jedoch kein rein zeitgesteuerter Vorgang, sondern ein physikalischer Prozess. Und physikalische Prozesse reagieren auf Veränderungen. Sobald Prozesse in engen Toleranzen laufen oder Materialeigenschaften variieren, stellt sich eine grundlegende Frage: Bleibt die Dosiermenge tatsächlich konstant – oder ist sie es nur unter idealen Bedingungen?
Die Dosiermenge als Resultat physikalischer Einflussgrößen
In einem Druck-Zeit-System ergibt sich die abgegebene Menge aus dem Zusammenspiel von anliegendem Druck, Öffnungszeit und dem aktuellen Fließverhalten des Mediums. Sie ist damit unmittelbar von den vorherrschenden Prozessbedingungen abhängig.
Zentraler Einflussfaktor ist die Viskosität. Diese ist keine feste Konstante, sondern verändert sich durch Temperaturabweichungen, Chargenunterschiede, Alterung oder mechanische Scherbelastung. Bereits geringe Temperaturänderungen können bei hochviskosen oder gefüllten Medien deutliche Auswirkungen auf das Fließverhalten haben. Zusätzlich wirken systemische Einflüsse wie Druckverluste oder Druckschwankungen entlang der Medienführung. In druckbasierten Systemen beeinflussen diese Größen direkt die abgegebene Menge. In Anwendungen mit größeren Toleranzen bleibt das häufig unkritisch. In präzisionsrelevanten Prozessen können jedoch bereits geringe Abweichungen zu messbaren Veränderungen der Dosiermenge und damit zu Qualitätsabweichungen führen.
Die volumetrische Dosierung: Ein konstruktiver Ansatz
Die Entkopplung von physikalischen Einflussgrößen ist ein zentraler Vorteil volumetrischer Dosierverfahren.
Das volumetrische Dosieren folgt einem anderen Prinzip als das Druck-Zeit-Verfahren: Die Dosiermenge wird nicht aus aktuellen Prozessbedingungen abgeleitet, sondern über ein geometrisch festgelegtes Volumen bestimmt. Dieses Volumen ist nicht unmittelbar von Druck- oder Viskositätsschwankungen abhängig. Änderungen im Materialverhalten wirken sich zwar auf die mechanische Belastung des Dosiersystems aus, jedoch nicht auf die abgegebene Dosiermenge. Der wesentliche Unterschied zum druckbasierten Dosieren liegt somit in der Art der Dosiermengenbildung.
Technische Umsetzung: Das Exzenterschneckenprinzip
Eine etablierte technische Umsetzung volumetrischer Dosierung ist das Exzenterschneckenprinzip. Hierbei bilden ein Rotor und ein Stator hintereinanderliegende Förderkammern, die sich durch die exzentrische Bewegung des Rotors kontinuierlich vom Medieneingang zum Auslass verlagern. Das Medium wird dabei durch fortlaufende Verdrängung transportiert. Die Dosiermenge ergibt sich aus dem geometrisch definierten Fördervolumen pro Umdrehung und der Drehzahl des Rotors. Es entsteht ein nahezu pulsationsfreier, kontinuierlicher Volumenstrom. Das Prinzip eignet sich insbesondere für hochviskose, gefüllte oder strukturempfindliche Medien, bei denen eine gleichmäßige und reproduzierbare Dosierung gefordert ist.
Wann volumetrische Dosierung technisch sinnvoll wird
Ob ein Dosiersystem langfristig prozessstabil arbeitet, hängt maßgeblich von den Randbedingungen der Anwendung ab. In Prozessen mit größeren zulässigen Toleranzbereichen und stabilen Materialeigenschaften bleiben Druck-Zeit-Systeme eine wirtschaftlich sinnvolle Lösung. Werden jedoch Dosiertoleranzen reduziert, variieren Materialeigenschaften im Prozess oder ist eine hohe Wiederholgenauigkeit gefordert, verändert sich die Bewertung. Entscheidend ist dann nicht mehr allein die Robustheit des Systems, sondern das physikalische Prinzip, nach dem die Dosiermenge entsteht.
Ein zusätzlicher technischer Aspekt ergibt sich in automatisierten Anwendungen: Bei variabler Bahngeschwindigkeit muss der Volumenstrom proportional geregelt werden, um eine konstante Menge pro Wegstrecke sicherzustellen. Ohne diese Kopplung verändern Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen unmittelbar die Auftragsmenge pro Strecke.
Mit den Applikations-Ventilen der RotoStream-Serie setzen Sie genau diese notwendige Kopplung um: Durch die geschwindigkeitsproportionale Regelung wird der Volumenstrom in Echtzeit synchronisiert. So bleibt die Dosiermenge pro Millimeter Bahnlänge absolut konstant – egal wie komplex die Bauteilgeometrie oder die Dynamik Ihres Handling-Systems ist.
„Der Wechsel von Druck-Zeit-Systemen zu volumetrischen Dosiersystemen ist insbesondere dann begründet, wenn Prozesse nicht mehr ausschließlich von Wirtschaftlichkeit, sondern von Präzision und Reproduzierbarkeit bestimmt werden.“
Konsequenz für die Prozessauslegung
Die Stabilität eines Dosierprozesses ist kein Zufallsprodukt, sondern das Ergebnis des gewählten Dosierprinzips. Solange Materialverhalten und Umgebungsbedingungen konstant bleiben, liefern unterschiedliche Dosierprinzipien vergleichbare Ergebnisse. Mit steigender Präzisionsanforderung wird die Frage, ob die Dosiermenge aus aktuellen Prozessbedingungen hervorgeht oder konstruktiv definiert ist, zu einem zentralen Kriterium der Prozessauslegung. Mit der RotoStream-Serie haben wir diese Anforderungen in eine praxistaugliche Systemlösung übersetzt.
