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Radar-Füllstandmessung Füllstandmessung in Kläranlagen – warum Sie sich Radartechnik merken sollten

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp* / Dr. Jörg Kempf

In der Abwasserbranche steigt der Automatisierungsgrad, damit einher gehen auch höhere Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik. Die Geräte müssen nicht nur sehr zuverlässig, genau und wartungsarm sein, sondern dürfen auch nicht viel kosten. In diese Lücke stößt eine neue kompakte Geräteserie für die kontinuierliche Radar-Füllstandmessung.

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Es gibt viele gute Gründe, warum sich Anwender in der Wasser- und Abwasserwirtschaft ab sofort Radar merken sollten, wenn es um verschiedenste Füllstandmessaufgaben geht.
Es gibt viele gute Gründe, warum sich Anwender in der Wasser- und Abwasserwirtschaft ab sofort Radar merken sollten, wenn es um verschiedenste Füllstandmessaufgaben geht.
(Bild: Vega; ©klick - stock.adobe.com)

Ein warmer Sommertag, stürmische Böen im Herbst, Eiszeit im Winter, sanfte Lüfte im Frühling – Alltag in unseren Breitengraden. Während wir Menschen an diesen Rhythmus gewöhnt sind, tun sich Messgeräte mit wechselnden Wetterverhältnissen häufig schwer. Vor allem Ultraschallmessgeräte, die in vielen Kläranlagen ihren Dienst tun, sind dafür anfällig und liefern ungenaue Füllstandwerte. Hintergrund ist, dass sich die Schalllaufzeit mit der Temperatur, z.B. durch Sonneneinstrahlung und Gaszusammensetzung, ändert. Auch bei starker Nebelbildung, Wind oder Regen werden die Schallwellen zusätzlich gedämpft und der Messbereich weiter eingeschränkt.

Die Radarmesstechnik lässt sich von solchen Umgebungsbedingungen generell nicht beeindrucken und misst nicht nur zuverlässiger, sondern auch viel genauer.

Dank der 80 GHz-Technologie, die Vega vor fünf Jahren auf den Markt brachte, lässt sich der Radarstrahl fast punktgenau auf das zu messende Medium ausrichten. Somit gibt es bei Einbauten, wie Rohre oder Pumpen, in engen Schächten oder bei Ablagerungen an Wänden, keine Störsignale. Damit ist – im Gegensatz zu Ultraschallsensoren – erst gar keine Störsignalausblendung notwendig.

Neuer Chip für neue Anwendungen

Anfang dieses Jahres haben die Radar-Experten aus dem Schwarzwald nun eine neue kompakte Serie von Füllstandsensoren auf den Markt gebracht, die vor allem die preissensitiven Anwendungen in der Abwasserbranche adressiert. Die neuen Vegapuls-Geräte messen ebenfalls mit 80 GHz und besitzen dadurch die sehr gute Signalfokussierung. Die „Neuen“ gibt es in zwei Ausführungen: als Kompaktversion mit kleinem PVDF-Anschluss sowie mit festem Kabelanschluss (IP68).

Herzstück ist ein neu entwickelter Radar-Mikrochip, den die Vega-Spezialisten speziell für die Anforderungen in der Füllstandmessung optimiert haben. Dank der kleinen Bauform sind nicht nur sehr kompakte Sensoren möglich, sondern diese sind zudem so preisgünstig, dass sie in nahezu allen Anwendungen die bisherigen Ultraschallsensoren ersetzen.

Einfacher in den Ex-Bereich

Während in vielen Ländern in Kläranlagen keine besonderen Anforderungen an den Explosionsschutz gestellt werden, sind in Deutschland die Zone 1 und damit die gängige, eigensichere Versorgung vorgeschrieben. Selbst für offene Gerinne, die per Definition kein Ex-Bereich sind, werden häufig Sensoren mit Ex-Zulassung gewählt, weil die Betreiber lieber auf Nummer sicher gehen wollen. Für die Anwender bedeutet dies einen großen Aufwand bei der Verkabelung. Bei den neuen Sensoren Vegapuls C 21, 22 und 23 ist die Installation dank Vergusskapselung sehr einfach. Da hier keine eigensichere Versorgung notwendig ist, kann auf eine Barriere in der Versorgungsleitung verzichtet werden. Hinzu kommt, dass die Sensoren ohne weitere Sicherheitsmaßnahmen oder Kennzeichnungen eingebaut werden können. Der Anwender benötigt deutlich weniger Kenntnisse über den Ex-Schutz, auch ist kein Eigensicherheitsnachweis gegenüber dem TÜV notwendig.

Unbeeindruckt von Schaum, Kondensat und Schmutz

Vor der offiziellen Markteinführung wurde die neue Sensorserie in 30 Ländern in mehr als 400 Einsätzen getestet. In Kläranlagen kommen die Sensoren an verschiedenen Stellen zum Einsatz, etwa in Pumpstationen, wo sie die Betriebssicherheit erhöhen. Pumpstationen gleichen die Höhenunterschiede aus, wenn das natürliche Gefälle von den Haushalten bis zur Aufbereitung nicht ausreicht. Diese Pumpenschächte sind eng und enthalten Leitern, Rohre und Ablagerungen. Zudem sind sie ein bevorzugter Aufenthaltsort von Spinnen, die fleißig ihre Netze bauen. All dies führt bei Ultraschallmessungen zu Messunsicherheiten, und damit besteht die Gefahr, dass die Pumpen trocken laufen. Die 80 GHz-Technologie mit ihrem schmalen Messstrahl geht an diesen Hindernissen einfach vorbei. Damit werden nicht nur die Pumpen vor Trockenlauf geschützt, sondern es ist auch eine wirtschaftliche Steuerung der Pumpen möglich.

Misst sicher selbst bei Überflutungen

Naturgemäß kommt es in diesen Branchen häufiger zu Überflutungen der Sensoren, zum Beispiel in Regenüberlaufbecken oder in Kanalsystemen. Damit Ultraschallsensoren auch unter diesen Bedingungen sicher funktionieren, benötigen sie unter anderem mechanische Überflutungshülsen. Solche zusätzlichen Komponenten verschmutzen leicht oder es bilden sich Ablagerungen, die die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Messung zunehmend einschränken und den Wartungsaufwand erhöhen. Dagegen kommen Radarsensoren in diesem Umfeld ohne zusätzliche Komponenten aus. Dank vergossenem Kabel ist der neue Radarsensor sogar überflutbar und steht für eine sichere Vollmeldung.

Auch die Regenüberlaufbecken (RÜB), die Kläranlagen bei starken Regenfällen vor einer Überlastung schützen, sind ein idealer Ort für die neue Sensorserie. Hier wird bei Starkregen anfallendes Schmutzwasser erst einmal zwischengespeichert, bevor es nach und nach an die Kläranlage abgegeben wird. Reichen diese Becken nicht mehr aus, muss das Wasser abgeschlagen werden. Diese Mengen müssen genau gemessen und dokumentiert werden. Radarsensoren messen hier sicherer als Ultraschallgeräte – selbst bei Überflutung. Gleiches gilt für die Durchflussmessungen der Abwässer, die über Sammelkanäle zur Kläranlage transportiert werden. Auch hier ist eine genaue Messung am Eingang der Kläranlage wichtig, da hierüber die Umlagekosten berechnet werden.

Messen bis zum Behälterrand

Besonderer Vorteil ist, dass die neuen kompakten Sensoren ohne Totzone bis zum Behälterrand messen. Gerade bei Ultraschallsensoren wird damit bereits die optimale Anpassung des Sensors erschwert: Die Totzone wird erhöht und die maximale Reichweite reduziert. Bei Radarsensoren sind diese Einflüsse deutlich geringer – so ist die Totzone viel geringer und selbst stark verschmutzte Sensoren liefern noch exakte Messwerte. Selbst Ausgasungen des Mediums stellen kein Problem dar. Typische Einsatzgebiete in der Kläranlage sind daher beispielsweise Notstromgeneratoren oder Lager- und Pufferbehälter, etwa zur Lagerung von Chemikalien und Fällmitteln.

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Berechnungen leicht gemacht

Füllstände müssen nicht nur gemessen, sondern auch an die Betreiber übermittelt werden. Auch hier gilt das Prinzip der Einfachheit. Die Vegamet-Steuergeräte speisen die angeschlossenen 4…20 mA-Sensoren, verarbeiten die Messwerte und zeigen diese an, ganz ohne aufwändige Programmierungen. Ein großes Display zur Datenvisualisierung ist in dem für raue Feldbedingungen konzipierten Gehäuse integriert. Pumpensteuerungen, Durchflussmessungen an offenen Gerinnen und Wehren, Summenzähler, Differenz-, Summen- und Mittelwertberechnungen sind damit auf einen Blick erkennbar – auch eine Überfüllsicherung nach WHG ist ohne Aufwand möglich.

Aus sicherer Entfernung messen

Zwar wirken Kläranlagen auf den ersten Blick nicht besonders gefährlich, es gibt aber durchaus Stellen, die äußerst ungemütlich werden können. Etwa wenn man in Kanäle einsteigen muss und dabei Gasschnüffler zum Einsatz kommen und weitere Kollegen für die Sicherheit des Servicepersonals notwendig sind. Jeder Anwender kann dank bewährter Vega-Tools-App die neuen Radarsensoren schnell und drahtlos über Bluetooth einrichten und bedienen – und dies aus sicherer Entfernung. Parametrierung, Anzeige und Diagnose sind damit kein Problem mehr.

Fazit: Die kompakten Radarfüllstandsensoren messen nicht nur genauer und zuverlässiger, clevere Montagetools ermöglichen eine einfache Montage der Sensoren. Die Sensoren erhöhen auch die Sicherheit bei der täglichen Arbeit in der Abwasserbranche. Gerade, weil sie ohne großen Aufwand – auch aus der Ferne – zu installieren sind.

* Die Autorin arbeitet als freie Fachjournalistin in Karlsruhe.

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