Misst wie geschmiert

Sensoren sichern die richtige Dosierung in der Schmierstoffherstellung

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23.04.2018 Bei mehreren Hundert Tanks den Überblick zu bewahren, ist alles andere als einfach. Die Inhalte müssen genauestens gemessen und dokumentiert werden, damit die Dosierung der einzelnen Inhaltstoffe stimmt. Gleichzeitig ist dies die wichtigste Informationsquelle für Einkauf und Vertrieb. Vega-Sensoren messen daher bei Zeller+Gmelin nicht nur Druck und Füllstand, auch deren Messwerte werden im Vega Inventory System erfasst.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Der Chemie- und Schmierstoffhersteller Zeller+Gmelin erfasst Sensordaten zur Druck- und Füllstandmessung in einem Bestandsmanagement-System.
  • Für schwierige Messbedingungen an einem Autoklaven wurde ein Füllstandsensor mit WHG-Zulassung gesucht.
  • Die Lösung beruht auf einer Kombination aus eng fokussiertem 80-GHz-Füllstandradar, robustem Füllstandgrenzschalter und Drucküberwachung.

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Wenn´s ganz hart kommt, dann muss das Füllstandradar auch durch ein Schauglas hindurch messen. Bilder: Vega

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Bei Zeller+Gmelin herrschen in einem Autoklav Temperaturen bis 270 °C und Drücke bis 5,2 bar. Zudem können sich in dem Apparat Säuren oder Laugen befinden. Weil produktberührte Messgeräte hier an ihre Grenzen kommen, wurde ein 80-GHz-Radargerät eingesetzt, das den Füllstand durch ein Schauglas hindurch misst.

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An dem Autoklav werden sowohl Füllstand (links) als auch Druck (rechts) gemessen.

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An diesen Tanks werden Vibrationsgrenzschalter mit WHG-Zulassung als Überfüllsicherung eingesetzt.

Bei der Herstellung von Schmierstoffen, Druckfarben und Industriechemikalien ist Fingerspitzengefühl gefragt. Jedes Produkt, dass den Eislinger Produktionsstandort von Zeller+Gmelin in der Nähe von Göppingen verlässt, ist individuell auf den Kunden zugeschnitten. Das mittelständische Unternehmen legt viel Wert auf ganzheitliche Lösungen und bietet daher Forschung, Entwicklung und Produktion aus einer Hand. Seit 15 Jahren ist Vega ein permanenter Begleiter bei Fragen rund um die Druck- und Füllstandmesstechnik. „Damals wurde ein Vega-Sensor probehalber eingebaut – kurz danach wurde Vega als Standard definiert“, erinnert sich Jochen Geiger, Leiter Elektro- und Automatisierungstechnik bei Zeller+Gmelin, an die Anfänge der Zusammenarbeit.

Heute kommen die Sensoren aus Schiltach in fast jedem Prozess des Chemieunternehmens zum Einsatz. Auf fast 1.000 Stück schätzt Geiger die Zahl der messenden Sensoren am Standort. Fast jeder Sensor ist über das Vega Inventory System sichtbar, auch für diejenigen, die keinen Zugriff auf das Leitsystem haben, sprich den Vertrieb oder den Einkauf. Das Inventory System ist eine webbasierte Software zur Datenerfassung und Visualisierung von Füllstanddaten, beispielsweise in Lagertanks und Silos. Dabei ist nicht nur ein Bestandsmanagement möglich, sondern diese Daten lassen sich auch weiterverarbeiten und in ERP-Systemen nutzen.

Auch bei Zeller+Gmelin werden die Daten direkt ins SAP-System importiert. Die VMI (Vendor Managed Inventory)-Lösung, sprich die Bestandssteuerung durch die Lieferanten, wird bei immer mehr Anwendern eingesetzt. Dabei werden die Daten direkt aus dem Sensor in die Cloud transportiert und dort vom Lieferanten bearbeitet, der beispielsweise die Belieferung mit einem Produkt anstößt. Hier gibt es inzwischen interessante Anwendungen, die die bisherigen Kunden-Lieferanten-Beziehungen vereinfachen und sehr effizient gestalten.

Heiß, widrige Umstände und unter Druck

Doch zurück zur Produktion: Auf die Frage, welche Anforderungen ein Sensor in seinem Betrieb erfüllen muss, hat Jochen Geiger eine schnelle Antwort: „Einfache Inbetriebnahme mit hoher Funktionssicherheit und lange Lebensdauer.“ Ganz so einfach ist es allerdings nicht immer, die drei vorher genannten Aspekte zu erfüllen. Aktuelles Beispiel ist der Einsatzort in Autoklav 3; die Bedingungen dort sind schwierig. Temperaturen bis zu 270 °C, ein Druck bis zu 5,2 bar und der Einsatz von Säuren bzw. Laugen bringen fast jedes Messgerät an seine Grenzen. In diesem Prozessabschnitt wird Öl mit organischer Säure und Lauge in den Autoklaven gegeben. Dort wird es verrührt und unter Druck erhitzt, sodass es zu einer Verseifung kommt. Dieses Produkt dient anschließend als Verdicker für Fette.

Ein Füllstandsensor muss aber nicht nur den harten Prozessbedingungen gewachsen sein, sondern auch eine WHG-Zulassung besitzen. Zudem ist die Messung auch aus anderen Gesichtspunkten alles andere als einfach: Beim Kochen entstehen turbulente Oberflächen, das Rührwerk verursacht ebenfalls Störsignale, und Ablagerungen bzw. Verschmutzungen sind ständige Begleiter.
Quasi das i-Tüpfelchen in der Liste der schwierigen Randbedingungen ist die Tatsache, dass sich ein Autoklav prozessbedingt während des Verfahrens nicht öffnen lässt. Doch auch hierfür hatte der Sensorhersteller einen überzeugenden Vorschlag: Alle Füllstandmessungen in diesem Behälter finden durch ein Schauglas statt.

In der übrigen Produktion kamen bisher vor allem Radarsensoren mit einer Messfrequenz von 26 GHz zum Einsatz. Aufgrund der schwierigen Randbedingungen im Autoklav entschied sich das Automatisierungsteam, den neuen Vegapuls 64 auszuprobieren, der mit einer Frequenz von 80 GHz misst. Das Gerät hat seit seiner Markteinführung schon so manches – vorher als unlösbar geltendes – Messproblem gemeistert. Vor allem seine um den Faktor 3 bessere Fokussierung und die größere Dynamik versprachen einiges.

Bessere Fokussierung und größere Dynamik lösen das schwierige Messproblem

Hintergrund ist, dass ein Radarsensor nur dann den korrekten Füllstand ermitteln kann, wenn auch ein richtiges Füllstandecho vorhanden ist. Weisen die Störsignale (also in diesem Fall Verschmutzungen, das Rührwerk und das Schauglas) die gleiche Größe wie das Füllstandecho auf, ist eine zuverlässige Messung nicht möglich. Bisher galt: Bei einem Radarsensor mit 26 GHz Sendefrequenz betrug der Öffnungswinkel bei einer Antennengröße von DN 80 etwa 10°. Beim Vegapuls 64 liegt der Abstrahlwinkel bei nur noch 3°. Dadurch kann der Sensor selbst in Behältern mit Einbauten oder bei Anhaftungen an der Behälterwand sicher eingesetzt werden, weil der Strahl einfach daran vorbei geht.

Der Dynamikbereich bei Radarsensoren liefert eine Aussage darüber, in welchen Anwendungsbereichen ein Sensor eingesetzt werden kann, sprich den Unterschied zwischen größtem und kleinstem Signal. Je größer die Dynamik, desto breiter das Einsatzspektrum der Sensoren und desto höher die Messsicherheit. Der Vegapuls 64 verfügt über einen sehr großen Dynamikbereich. Dies macht sich besonders bemerkbar bei Schaum, extrem turbulenten Füllgutoberflächen, Kondensat oder Anhaftungen, wie sie in diesem Fall am Schauglas vorkommen. Allein durch die höhere Messsicherheit wird eine zuverlässige Messung ermöglicht. Zudem lässt sich der Füllstand auch ganz nah am Behälterboden ermitteln. Die Genauigkeit liegt bei ±1 mm.

Einheitliches Bedienkonzept erleichtert die tägliche Arbeit

„Wir haben uns dabei auf die Erfahrungen von Vega verlassen und den Vegapuls 64 vom Start weg verwendet“, so Jochen Geiger. Zusätzlichen Komfort bringt nach Aussage des Betreibers das Plics-Konzept mit sich, mit dem auch der Vegapuls 64 optional ausgestattet ist. „Die einheitliche Bedienoberfläche erleichtert die tägliche Arbeit enorm“, so Geiger. Bei Zeller+Gmelin plant man sowohl die Anlagen als auch die Automatisierung im Haus. Gleichzeitig überwachen Sensoren des Typs Vegabar 81 noch den Druck im Autoklav.

Ein Vega­swing 66 wurde als Überfüllsicherung mit WHG-Zulassung eingesetzt und stellt somit den Betrieb nach AwSV-Richtlinien (Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen) sicher. Dieser Vibrationsgrenzschalter meistert auch die hohen Temperaturen im Autoklav. Im Gegensatz zu herkömmlichen Vibrationsgrenzschaltern verfügt das Gerät über einen induktiven Antrieb, der die Schwinggabel selbst unter extremen Temperaturbedingungen anregen kann. Der Anwender kann so weiter die Vorteile der einfachen Handhabung des Vibrationsgrenzschalters nutzen kann, aber trotzdem steht ein erweiterter Anwendungsbereich von -196 °C bis 450 °C sowie ein Druckbereich von -1 bis 160 bar zur Verfügung.

Fazit: Mit der Kombination aus eng fokussiertem 80-GHz-Füllstandradar, robustem Füllstandgrenzschalter und Drucküberwachung verlaufen die Messungen im Autoklav 3 zuverlässig und sicher. Trotz der widrigen Bedingungen war die Einrichtung der Messstelle unkompliziert. „Seit vielen Jahren schätzen wir die partnerschaftliche Zusammenarbeit mit Vega, insbesondere wenn eine Messstelle nicht ganz so einfach ist. Hier wird auch einfach mal etwas ausprobiert, wie es bei der Messstelle am Autoklav der Fall war“, zieht Geiger sein persönliches Fazit.

Ifat 2018 Halle C1 – 239
Achema 2018 Halle 11.1 – C63

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Heftausgabe: Mai/2018
Jürgen Skowaisa ist Produktmanager  Radar, Vega Grieshaber

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