| von Armin Waibel, Produktmanager, UWT
  • Je nach Anwendung und zu messendem Medium sind bei der Füllstandmessung verschiedene Funktionsprinzipien unterschiedlich gut geeignet.
  • Schwinggabeln und -stäbe, die nach dem Vibrationsprinzip arbeiten, messen besonders leichte und feinpulvrige Materialien sehr empfindlich.
  • Kapazitive Sonden kommen ohne bewegliche Teile aus und arbeiten auch bei hohen Prozesstemperaturen und Überdrücken.

Grenzstandmelder dienen je nach Anforderung als Voll-, Bedarfs- oder Leermelder, wobei typische Funktionen Überfüllsicherung und Trockenlaufschutz sind.

Projektierung mit der Schwinggabel

Der Bedarf an kompakten Grenzschaltern, die eine weltweit sehr hohe Kompatibilität aufweisen, ist in den vergangenen Jahren gestiegen. Gefragt sind Messlösungen, die sich durch gängige technische Features auszeichnen und in vielen Applikationen ohne großen Konfigurationsaufwand einsetzen lassen. Für kleine Behälter in materialverarbeitenden Prozessen sind beispielsweise robuste Einstäbe bevorzugt. Ein auf den internationalen Märkten etabliertes Design weist sehr kleine Anschlussgewinde auf und arbeitet nach dem Vibrationsprinzip.

Ähnlich funktioniert die Schwinggabel oder Vibrationsgabel. Das Lösungsspektrum der umfassenden Gabelreihe reicht weit und sie wurde über die Jahre erfolgreich in eine Vielzahl an Anwendungsprojekten eingebunden. Viele Applikationen löst zum Beispiel der Anbieter UWT mit der Vibrationsgabel Vibranivo. Der Hersteller bietet fünf Serien, die sich jeweils auf kundenspezifische Applikationsanforderungen ausrichten lassen.

Die Gabel arbeitet über Piezoelemente, die auf ihrer mechanischen Resonanzfrequenz zur Vibration angeregt werden. Bedeckt das Füllgut die Sonde, registriert diese die dadurch entstehende Dämpfung der Vibration elektronisch und gibt ein Schaltsignal aus. Wird die Sonde durch Absinken des Füllstandes frei, fängt die Gabel wieder an zu schwingen, und das Signal wird zurückgeschaltet. Die Gabel misst aufgrund ihrer hohen Sensibilität ab 5 g/l bevorzugt leichte Medien wie Holzstaub, Styropor, Kunststoffpulver, Kalk oder Kieselsäure sowie pastöse Materialien. Mögliche Einsatzorte sind unter anderem Mischanlagen für Baustoffe, Müllheizkraftwerke oder im Bereich Petrochemie. Einige Modelle sind prädestiniert zur Trennschichtmessung wie bei Schlamm in Flüssigkeit.

Ein kunststoffverarbeitender Verpackungshersteller installierte mit dem Modell Vibranivo 2000 eine Lösung zur Füllstandüberwachung des Kunststoffpulvers in den Extrusionsleitungen. Das ungewöhnlich leichte Material erzeugte eine sehr staubige Prozessumgebung. Demzufolge war eine komplett staubdichte Verbauung des Messsensors unabdingbar. Hilfreich war dabei ebenfalls die vergossene Elektronik des VN-Sensors sowie seine robuste Konstruktion mit aus Edelstahl gefertigten Schwingschenkeln. Beim abschließenden Verladen unterschiedlicher pulvriger Stoffe benötigte der Anlagenbetreiber ebenfalls eine Lösung zur Füllstanddetektion. Materialien, die beim Befüllen der LKW zurückbleiben und in separaten kleinen Behältern gesammelt werden, sollten dabei detektiert werden. Da der Einbau der Gabelreihe senkrecht, waagrecht sowie schräg möglich ist, ließ sich der Sensor in jedem Behälter entsprechend seiner ergonomischen Gegebenheiten optimal zur zuverlässigen Detektion ausrichten. Mit der kompakten Auslegerlänge ab 235 mm ist auch der Einsatz in kleineren Prozessbehältern möglich.

Schwingstab ergänzt Schwinggabel-Reihe

Ein vom Hersteller entwickelter Schwingstab ergänzt die Schwinggabelmodelle Diese Messtechnik lässt sich in unterschiedlichen Prozessanwendungen durch gängige Gerätecharakteristika schnell und einfach umsetzen. Der Fokus liegt dabei auf einer hohen Kompatibilität für unterschiedliche Behälter- und Prozesskonditionen, was Anlagenbetreibern zusätzliche Flexibilität bringt.
Der Schwingstab Mononivo MN 4000 ist vom Aufbau her eine Einstabsonde mit sehr kompakter Bauform. Er nutzt dasselbe Mess­prinzip wie die Vibrationsgabel: Der Stab schwingt piezoelektrisch angeregt auf einer mechanischen Resonanzfrequenz. Wird die Sonde durch das Material bedeckt, so wird die dadurch entstehende Dämpfung elektronisch registriert und ein entsprechender Schaltausgang betätigt.

Der Stabdetektor verfügt über kleine Anschlussgewinde ab 1 Zoll und eignet sich als Voll-, Bedarfs- oder Leermelder in Silos und Tanks mit begrenztem Raum. Insbesondere der Einsatz als Rückstaumelder in Rohren und Schächten ist möglich. Die hohe Oberflächengüte des Sondenauslegers ermöglicht vielfältige Anwendungen, auch bei zu Anhaftung neigenden Materialien. Aufgrund der 4-stufig einstellbaren Sensibilität erfasst der Detektor sehr leichte, pulvrige Schüttgüter ab 20 g/l, auch solche mit Neigung zur Brückenbildung. Gleichzeitig ermöglicht die robuste Verbauung das Messen in grobkörnigen Granulaten. Das Gerät kann damit zur Detektion sowohl von Kunststoffen, Nahrungsmitteln sowie Baustoffen oder chemischen Materialien für Prozesstemperaturen bis 150 °C dienen.

Der Schwingstab ist einfach und ohne Kalibrierung in Betrieb zu nehmen und kann bereits bei der Sensorauswahl durch die verschiedenen Geräteserien exakt und ohne großen Aufwand auf die Applikation konfiguriert werden. So gibt es die Stabmesssonde mit verschiedenen Flanschen sowie variablen Auslegerlängen mit Rohrverlängerung. Durch die Ausstattung des Schwingstabes mit den weltweit gebräuchlichen Geräteattributen lässt sich dieser reibungslos in das Projektierungskonzept zur Messtechnik-Ausstattung einer Anlage integrieren. KIT-Lösungen mit anwendungsbezogenem Produktdesign sind leicht umsetzbar, was individuell schnell anpassbare Gerätebauweisen bedeutet. Der modulare Aufbau ermöglicht kurze Lieferzeiten.

CT-Produktfokus Füllstandmessgeräte

Der Klassiker: Drehflügelmelder

Der Klassiker unter den Sensoren zur Grenzstanderfassung ist der Drehflügelmelder, da dieser aufgrund seines widerstandsfähigen Designs ebenfalls extremen Anwendungsbedingungen gewachsen ist. Beim Drehflügelmelder wird ein motorbetriebener rotierender Messflügel bei Bedeckung mit Schüttgut in seiner Drehbewegung gehemmt. Es entsteht ein Drehmoment, das über einen Schalter in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Bedeckt das Schüttgut den Messflügel nicht mehr, wird über eine Feder der Schalter in seine Ausgangslage zurückgesetzt und das Ausgangssignal wieder umgeschaltet.

Drehflügelschalter der Serie Rotonivo werden je nach Anforderung als Voll-, Bedarfs- oder Leermelder in Lagersilos sowie Prozessbehältern eingesetzt und eignen sich für nahezu alle Feststoffe. Typische Funktionen sind Überfüllsicherung und Trockenlaufschutz.

Der Drehflügelmelder der Serie RN 3000 erfüllt dabei hohe Anforderungen durch den Einsatz von speziellen Dichtungen und korrosionsbeständigen Materialien bei Lagern. Gerade bei Mischprozessen, wo viele Schaltzyklen erfolgen, ist eine langlebige Messtechnik gefragt. Eine Variante mit abgesetzter Elektronik verhindert außerdem eine negative Einwirkung von Vibrationen auf die Elektronik, denn oft werden einige Behälter während der Produktion unter Vibrationen gesetzt, um Materialanbackungen an den Behälterwänden zu verhindern.

Mit integrierter Allspannungselektronik und Laufüberwachung kann der Drehflügelmelder Messergebnisse sehr präzise und zuverlässig detektieren. Seine punktgenaue Schaltung ist beispielsweise bei Verwiege- und Dosierprozessen sehr von Vorteil. Die einstellbare Sensibilität der Drehflügelgrenzschalter erleichtert dabei auch eine exakte Volumendosierung. Durch die kurze Reaktionszeit der Überfüllsicherung und raschen Detektion der Leermeldung eignet er sich ebenfalls bei kleinen Übergabebehältern. Das Einsatzspektrum deckt einen Temperaturbereich von -40 bis 1.100 °C ab.

Stabsonde mit kapazitivem Messprinzip

In den USA und China sind kapazitive Grenzschalter die Nummer 1 vor allen anderen Messprinzipien. In Deutschland sind Sonden mit dieser Messmethode vermehrt in der Baustoffe- und Zementindustrie, aber auch in der Lebensmittel-, Chemie- und zunehmend in der Futtermittelbranche im Einsatz. Sie eignen sich besonders für Applikationen, wo stark anbackende und aggressive Medien zu messen sind. Typische Anwendungsgebiete sieht man dort, wo Einstabsonden bevorzugt sind, etwa wegen Brückenbildung oder kleinen Anschlussgewinden, weil keine bewegten Teile im Behälter erwünscht oder prinzipiell nur Edelstahlausleger zu verwenden sind. Auch hohe Prozesstemperaturen und Drücke sind ein Grund für kapazitive Messung. Kapazitive Grenzschalter messen die Kapazität zwischen der Sonde und der Behälterwand und erkennen so, wenn die Sonde mit Produkt bedeckt ist.

Der kapazitive Grenzschalter RF-Nivo 3000 kompensiert Anbackungen mittels der integrierten „Active Shield Technologie“, sodass die Messresultate unbeeinflusst bleiben. Außerdem ist die Stabsonde für den Einsatz mit aggressiven Medien auch mit einem Ausleger aus hochwertigem Edelstahl erhältlich. Die Einstabsonde kann für Prozesstemperaturen bis 500 °C und Prozessüberdrücke bis 25 bar eingesetzt werden. Auch Korngrößen über 10 mm lassen sich messen, da eine Klemmgefahr ausgeschlossen ist. Durch ihre robuste Bauform ist die Einstabsonde außerdem für Abfüllanwendungen einsetzbar. Im Zulauf von Tanktrucks können die Sensoren der RF-Reihe den Rückstau von Material überwachen. Aufgrund der hohen Durchflussgeschwindigkeit des Granulates, des beschränkten Platzes im Ansatzrohr und der sehr staubigen Atmosphäre ist der Messsensor bei dieser Anwendung mechanisch stark belastet.
Die nutzerfreundliche Elektronik des Messgeräts unterstützt den Betreiber aktiv bei der Kalibrierung. Sowohl die Sensibilität – und damit der Schaltpunkt – als auch verschiedene Signalparameter lassen sich in einem Schnellstartmenü einfach verändern. Die Inbetriebnahme ist innerhalb weniger Minuten möglich, ohne dass der Betreiber tief in die physikalischen Zusammenhänge des kapazitiven Messprinzips einsteigen muss.

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