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MSR/Automatisierung

Der Joker im Silo

08.02.2007 | Autor / Redakteur: Redaktion PROCESS /

Bei der kontinuierlichen Füllstandmessung von Schüttgütern mussten die Anwender bisher oft Kompromisse in Kauf nehmen. Staub, Befülllärm, mechanische Beanspruchungen und schwierige Einbaubedingungen erschwerten die Messung oder machten sie gar unmöglich. Mit einem neuen Schüttgutradar – sozusagen als Joker im Wettstreit der Messprinzipien – sollen diese Schwächen der Vergangenheit angehören.

Bei der kontinuierlichen Füllstandmessung von Schüttgütern mussten die Anwender bisher oft Kompromisse in Kauf nehmen. Staub, Befülllärm, mechanische Beanspruchungen und schwierige Einbaubedingungen erschwerten die Messung oder machten sie gar unmöglich. Mit einem neuen Schüttgutradar – sozusagen als Joker im Wettstreit der Messprinzipien – sollen diese Schwächen der Vergangenheit angehören.

Keine Frage: In der Schüttgutwelt gestaltet sich eine Füllstandmessung anders als in der Welt der Flüssigkeiten. Die Anforderungen an Messprinzip und Messaufgabe unterscheiden sich deutlich. Wichtige Einflussgrößen auf die Messtechnik sind der Behälter, die Einbaubedingungen des Messgerätes, die Prozessbedingungen und die Produkteigenschaften.

  • Behälter: In der Schüttgutbranche gibt es unterschiedliche Behältertypen. Typisch sind große, hohe und schlanke Silos, die oft zusätzlich segmentiert sind, was besonders enge Verhältnisse im Behälter verursacht und bei einer Füllstandmessung zu berücksichtigen ist. Bunker, Halden und Aufschüttungen dagegen sind eher breit, flach, großvolumig und offen. Einfluss auf eine Füllstandmessung haben auch der Behälterauslauf - entweder flach oder konisch - und nicht zuletzt die Dachkonstruktion. So können auf einen an der Decke montierten Sensor je nach Messprinzip erhebliche mechanische Belastungskräfte wirken.
  • Bezüglich der Einbaubedingungen stellen sich verschiedene Fragen: Erfolgt der Einbau des Sensors von oben oder seitlich durch die Behälterwand? Werden die korrekten Abstände eingehalten, und zwar zur Behälterwand, zu Befüllung und Entleerung (der Sensor sollte nicht ständig dem Befüllstrom ausgesetzt sein), zu Einbauten sowie zu anderen Messgeräten

Welche Montagevoraussetzungen sind gegeben? D.h. wie groß ist die Behälteröffnung und zu welchem Zeitpunkt kann der Sensor installiert werden? Ist ein Einbau bei leerem Behälter erforderlich, und kann der Sensor überhaupt in vorhandene Behälter eingebaut werden (ggf. vorhandenes Mannloch)? Ist für die Inbetriebnahme ein Abgleich mit Produkt erforderlich?

  • Prozessbedingungen: Bei der Befüllung sind neben Temperatur und Druck Schüttströme, Staubentwicklung, Luftturbulenzen sowie Befülllärm und die Ausbildung von Schüttkegeln zu berücksichtigen. Bei der Entleerung können die Ausbildung von Abzugstrichtern und Wächten sowie ein diskontinuierlicher Produktaustrag (plötzliches Nachrutschen) ins Gewicht fallen.
  • Produkteigenschaften: Einfluss auf das Messprinzip haben Körnung, Form, Gewicht, Feuchte und elektrische Eigenschaften (leitend oder Dielektrikum) des Schüttgutes.
  • Kombinierte Einflussgrößen sind: mechanische Kräfte (Zug und Druck, Scherkräfte, Abrasion), elektrische Einflüsse auf das Messprinzip und die Messtechnik, Produktablagerungen im Behälter und an der Messtechnik sowie Sicherheitsrichtlinien (Staub-Ex, Gas-Ex).

Die gängigsten Messprinzipien bei der Füllstandmessung von Schüttgütern sind die Elektromechanische Messung (Lotung), die Wägetechnik, die kapazitive Messung, die Geführte Mikrowelle (TDR), Laser sowie Ultraschall. Die Vor- und Nachteile der verschiedenen Verfahren sind in der Tabelle gegenübergestellt. Wie man sieht, ist die Liste der Nachteile nicht gerade kurz. In der Schüttgutindustrie hat man jedoch über die Jahre gelernt, mit gewissen Restriktionen zu leben. Würde man Anwender fragen, ob sie mit ihrem Messprinzip zufrieden seien, so würde man wahrscheinlich in neun von zehn Fällen ein klares „Ja“ als Antwort erhalten. Doch muss man wirklich mit den Schwächen leben? Die Füllstand-Experten von Vega Grieshaber in Schiltach sind der Überzeugung: Nein!

Aufbruch in eine neue Epoche

Ein wichtiges Messprinzip fehlt in der obigen Aufzählung: die Radarmessung. Auf diesem Gebiet ist Vega im Flüssigkeitsbereich bereits seit Jahren führend. Mit ihrem neuen Schüttgutradar Vegapuls 68, das vor einem Jahr auf den Markt kam, haben die Schwarzwälder die Vorteile der Radarmesstechnik für Flüssigkeiten mit den speziellen Bedingungen der Schüttgutindustrie kombiniert und die Auswertealgorithmen entsprechend optimiert. Ursprünglich „nur“ als konsequente Ergänzung des Produktprogramms vorgesehen, war man bei Vega nach den Felderfahrungen des vergangenen Jahres selbst überrascht, welcher Wurf damit tatsächlich gelungen war.

Passen muss das Radargerät eigentlich erst dann, wenn die Dielektrizitätskonstante des Schüttgutes zu niedrig ist (<1,4). Rechtzeitig zur diesjährigen Interkama, auf der das Schüttgutradar das Messe-Highlight sein wird, kann Geschäftsführer Günter Kech somit nicht ohne Stolz verkünden: „Mit dem Vegapuls 68 leiten wir eine neue Epoche in der Füllstandmessung von Schüttgütern ein. Unsere Vision vom universellen Messgerät ist mit Radar Wirklichkeit geworden.“

Was ist nun das „Revolutionäre“ an dem neuen Schüttgutradar?

Haargenaue Messung

Das Messgerät liefert zuverlässige Füllstände auch bei hohen Temperaturen, und selbst extrem staubreiche Umgebungen lassen es unbeeindruckt. Das Besondere im Vergleich zu den bisherigen Radargeräten ist dabei der sehr hohe Dynamikbereich von über 100 dB. Dadurch können noch Signale ausgewertet werden, die um den Faktor 1000 kleiner sind als bei herkömmlichen Radargeräten. Dies lässt sich mit einem Beispiel verdeutlichen:

Würde man eine Person mit einer Masse von 100 kg wiegen, so könnte eine Waage mit einer entsprechenden Genauigkeit den Gewichtsverlust eines einzelnen Haares erfassen! Rainer Waltersbacher, Leiter Produktmanagement und Marketing bei Vega erklärt: „Genau diese Leistungsreserven, die wir dank des hohen Dynamikbereiches gewinnen, erlauben es uns, unter schwierigsten Bedingungen noch zuverlässige Messungen durchzuführen.“ Erreicht wurde die Genauigkeit u.a. durch den Einsatz hoch empfindlicher, rauscharmer Empfänger, die durch das geringe Eigenrauschen sehr kleine Signale noch deutlich verstärken.

Ein weitere Neuerung betrifft den elektrischen Anschluss: So steht eine 2-Leiter-Variante zur Verfügung, mit der sich Messungen bis 70 m durchführen lassen. Dies ist z.B. beim Ultraschall-Prinzip nicht möglich: Hier benötigt man in der Schüttgutmessung immer 4-Leiter-Geräte.

Neue Antennentechnologie

Der Vegapuls 68 ist mit zwei Antennen-Varianten erhältlich:

  • Die bekannte Hornantenne wurde in ihrer Abstrahlcharakteristik für Schüttgüter optimiert und lässt sich auch in kleinen Behälterstutzen montieren. Sie ist speziell im Nahbereich hoch empfindlich.
  • Neu ist die Parabolantenne mit einem Durchmesser von 250 mm für eine, so Vega, bisher nicht erreichte Signalfokussierung. Durch ein trennbares Antennensystem lässt sie sich auch auf kleinen Prozessanschlüssen montieren. Dank ihres innenliegenden Feed-Systems ist sie unempfindlich gegen Verschmutzung sowie Zerstörung und sendet ein gleichmäßiges Signal ohne störende Randeinflüsse.

Zur optimalen Ausrichtung des Sensors sind beide Antennentypen schwenkbar. Zudem verfügen sie über einen Spülluftanschluss zur Reinigung und Kühlung des Antennensystems.

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