Alternative zu Schwinggabeln Füllstandsschalter auf Basis der Frequenzhub-Technologie

Eine der häufigsten Anwendungen in der Prozessindustrie ist die punktuelle Füllstandserfassung. Sie überwacht Materialfüllstände an einem bestimmten Punkt (Maximum/Minimum) oder dient als Überlauf- oder Trockenlaufschutz. Hierfür gibt es eine Reihe von Grenzwertschaltern, die auf unterschiedlichen Technologien basieren. Welche Technologie am besten geeignet ist, hängt vom Einsatzgebiet und somit von den Anforderungen der Branche ab. So sind anwendungsspezifische Faktoren wie Schaumbildung, hochaggressive oder entflammbare Stoffe sowie enge Verhältnisse zu berücksichtigen. Aber auch die Geschwindigkeit des Füllprozesses und die geforderte Messgenauigkeit sind wichtige Faktoren bei der Wahl des geeigneten Messinstruments. Nachteile von Vibrations- Füllstandsschaltern Häufig ist der Einsatzbereich von Füllstandsschaltern begrenzt, weil sie nur in bestimmten Positionen in Behältern angebracht werden können oder weil ihre zu geringe oder zu hohe Empfindlichkeit bei einigen Medien zu Messfehlern führt. Auch die mechanische Beschaffenheit eines Sensors kann zu Beeinträchtigungen führen. Die weit verbreiteten Vibrations-Füllstandsschalter etwa haben zum Teil recht große und weit ins Messmedium hineinreichende Schwinggabeln, um die Frequenzänderung zu messen, welche den Sensorausgang aktiviert. Da pastöse Medien leicht daran haften bleiben, führt dies oft zu Messfehlern. Grobkörnige Medien wie Getreide können leicht zwischen den Gabeln eingeklemmt werden, was wiederum Messfehler verursacht. Da die Schwinggabeln je nach Ausführung fünf bis zehn Zentimeter tief ins Medium hineinreichen, sind sie schwierig zu reinigen. Je länger die Schwinggabeln, desto anfälliger sind sie für mechanische Beschädigungen wie Verbiegungen. Vibrations-Füllstandsschalter benötigen zudem relativ viel Platz außerhalb des Behälters. Auch das spezifische Gewicht des zu messenden Mediums kann den Einsatzbereich von Schwinggabeln beeinträchtigen. Denn sehr leichte Medien wie Asche können einen sehr geringen Widerstand gegenüber den vibrierenden Gabeln aufweisen, sodass diese nicht in der Lage sind, das Medium zu erkennen. Zwar sind Schwinggabel-Füllstandsschalter für relativ viele Anwendungen einsetzbar, aber ihre Flexibilität ist begrenzt, da für flüssige und pulverförmige Substanzen unterschiedliche Ausführungen nötig sind. Auch andere Messmethoden wie Ultraschall- oder optische Sensoren haben oft nur einen sehr begrenzten Einsatzbereich. Sensor für alle Anwendungen Mit einem Füllstandsschalter alle Anwendungsbereiche abzudecken, war bisher kaum möglich. Der neu entwickelte Füllstandsschalter LBFS von Baumer füllt diese Lücke. Er basiert auf der Frequenzhubtechnologie, wobei die vom Sensor ausgesendete Frequenz eine Phasenverschiebung durch das jeweilige Medium erfährt. Bei Kontakt mit einem Medium, das einen dielektrischen Wert außerhalb des festgelegten Bereichs aufweist, wird ein elektronisches Signal ausgelöst. Die hohe Empfindlichkeit über einen großen Messbereich für DK-Werte (Dielektrizitätskonstante) von 1,5 bis über 100 ermöglicht die Grenzwerterfassung für alle Arten von Pulvern, Granulaten und Flüssigkeiten. Selbst schwierige Substanzen wie Polyamidgranulat oder Papier werden zuverlässig erkannt. Gegenüber anderen Messmethoden wie Schwinggabeln, Ultraschall- oder optischen Sensoren hat diese Technologie entscheidende Vorteile: Sie hat keine vibrierenden Teile und ist unempfindlich gegenüber leitfähigkeits-, temperatur- oder druckbasierten Veränderungen. Außerdem ist der Sensor für alle Arten von Anwendungen geeignet, für die bisher verschiedenartige Geräte erforderlich waren. Der Sensor ist in einem kompakten, robusten und korrosionsbeständigen Edelstahlgehäuse untergebracht. Er kann einfach installiert und beispielsweise mithilfe eines Teflon-Bandes abgedichtet werden. Eine helle 360°-LED-Anzeige garantiert eine gute Sichtbarkeit des Schaltpunktes, selbst wenn der Sensor oben auf einem Behälter montiert ist. Mithilfe des FlexProgrammer 9701 lässt sich der LBFS am PC konfigurieren. Das Gerät eignet sich für einen großen Betriebstemperaturbereich von -40 bis +115°C. An dem kompakten, glatten Sensorkopf haften selbst klebrige Medien nicht an. Dank der Teach-in-Funktion lässt sich der Schaltpunkt auch für solch schwierige Medien anpassen. Zudem ragt der Sensorkopf nur wenig in das Medium hinein und lässt sich leicht reinigen. Der LBFS erkennt Füllstände in Tanks, Behältern und Rohrleitungen. In Speicher-, Puffer- und Fülltanks werden im Allgemeinen Schalter für hohe Füllstände eingesetzt. Die kurze Ansprechzeit des LBFS von nur 0,2 Sekunden ermöglicht schnelle Füllprozesse ebenso wie das genaue und zuverlässige Halten von Füllständen. Der Sensor eignet sich auch als Überlaufschutz und als Pumpentrockenlaufschutz. Das Trockenlaufen von Pumpen ist ein kritisches Prozessproblem, da es zu Dosierabweichungen oder Schäden führen kann. Selbst bei viskosen oder klebrigen Medien bietet der LBFS einen zuverlässigen Trockenlaufschutz. In bestimmten Prozessen kommt das Medium in unterschiedlichen Phasen vor. In solchen Fällen können die Phasen erkannt (Mediumstrennung bei Öl-Wasser-Gemischen) oder ihre Messung unterbunden (z. B. Schaumschicht) werden. Das Gerät erkennt selbst Füllstände von zähflüssigen oder trockenen Substanzen und kann in beliebiger Position in Behältern oder Rohrleitungen und auch an schwer zugänglichen Orten eingebaut werden. Der Sensor ist unempfindlich gegenüber Strömung, Turbulenzen, Blasen- oder Schaumbildung sowie festen Schwebstoffen. Außerdem arbeitet er absolut geräuschlos. Der LBFS ist mit den Prozessanschlüssen G1/2\“, G3/4\“ und G1\“ erhältlich. Andere Prozessanschlüsse sind auf Anfrage ebenfalls lieferbar. Der Schaltzustand kann als \’normal offen\‘ oder \’normal geschlossen\‘ gewählt werden. Als Ausgangssignale stehen PNP und NPN zur Verfügung. Der Sensor entspricht der Schutzart IP67. Vielfältige Anwendungsbereiche Da der LBFS für alle Medien und in räumlich beengten Verhältnissen eingesetzt werden kann, gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, z.B. in den Bereichen Trinkwasser, Abwasser, Filterung, Kunststoffspritzgießmaschinen, Hochleistungsmühlen, Reinigungsmaschinen für Metall, HLK, Hydraulik, Getriebeölstände, Öl und Gas, Holzpellets, Getreidemühlen, Schienenverkehr, Bioenergie und Pumpensysteme. Für Anwendungen in der Wasseraufbereitung müssen Füllstandsmessgeräte äußerst robust sein. Dies betrifft einerseits die verwendeten Materialien, wenn die Messinstrumente mit aggressiven oder korrosiven Medien in Kontakt kommen, wie bei Entsalzungsanlagen oder in der Klärschlamm-Verarbeitung. Außerdem müssen die Geräte eine hohe Resistenz gegenüber starken Vibrationen aufweisen, die beispielsweise in Anwendungen mit volumetrischen Pumpen kontinuierlich entstehen. Weitere Herausforderungen sind Schaumbildung, Schwebstoffe und Kondenswasserbildung im Tank. Der LBFS ermöglicht in solchen Anwendungen eine zuverlässige und genaue Füllstandserkennung. Die hygienische Ausführung: LFFS Mit Ausnahme von hygienischen Anwendungen kann der LBFS in allen Branchen und Bereichen eingesetzt werden. Für die Lebensmittel- und Getränkeindustrie bietet Baumer ein hygienegerechtes Pendant zum LBFS: Der Füllstandsschalter LFFS entspricht den EHEDG-Anforderungen und hat eine 3A-Zulassung. Er eignet sich auch für hohe Prozesstemperaturen bis zu 200°C (mit Kühlstrecke). Auch der LFFS erkennt den Füllstand von Flüssigkeiten, dickflüssigen Medien und trockenen Stoffen und ist somit für viele Medien einsetzbar. SPS/IPC/Drives 2010: Halle 4A, Stand 341