Füllstand in Tank, Silo und Kessel messen: Radar statt Schwimmer in Brauerei, Molkerei und Lebensmittelbetrieb
Wie voll ein Behälter ist, fragen in einem Lebensmittelbetrieb mehrere Stellen zugleich. Die Instandhaltung will wissen, ob der Glykolvorrat reicht, die Produktion, ob im Molketank noch Platz für den nächsten Lauf ist, und der Anlagenbauer, welche Messung er in einen neuen Behälter einplant. Dieser Beitrag richtet sich an Instandhalter und Prozessingenieure in Brauereien, Molkereien, Öl-, Soßen- und Getränkebetrieben sowie an Tank- und Maschinenbauer. Er geht die dokumentierten Anwendungen in der Reihenfolge der Behälter durch: kleine Silos und Tagesbehälter, hohe Tanks, Schüttgut, unruhige Oberflächen, der mobile Tank mit Hygieneanforderung und zuletzt die Montage am vorhandenen Tank. Ein laufender Messpunkt ist nicht darunter. Ob die einzelne Flasche genug Inhalt hat, prüft eine eigene Station am Füller.
Wichtige Punkte im Überblick
- Die Anwendungen zielen auf einen Sensor oberhalb der Oberfläche, der nichts in das Produkt bringt und den Füllstand über die ganze Höhe liefert statt nur zwei Schaltpunkte.
- Welcher Messbereich passt, ergibt sich aus der Behälterhöhe und aus dem Mindestabstand zum höchsten Füllstand, der bei kleinen Silos und Tagesbehältern mit darüber entscheidet, wie viel vom Behälter messbar ist.
- Schaum, Strudel, Kondensat an der Linse, Dampf und staubiges Schüttgut gehören in einen Test am realen Behälter, bevor die Messstelle ausgelegt wird.
- Stellt eine Anwendung ausdrücklich eine Hygieneanforderung, kommt das Hygienemodell des Radar-Füllstandssensors der Modellreihe FR ins Spiel, das neben IP67 auch IP69K hat und laut Katalog für den Einsatz in hygienischen Bereichen zertifiziert ist.
- Die Montage folgt dem, was der geschlossene Edelstahltank bietet, einem vorhandenen Stutzen oder dem Deckel, weil eine neue Öffnung zum aufwendigen Umbau wird.
Schwimmer, Gabel und Sonde im Produkt: warum der Füllstand von oben gemessen wird
Viele Behälter sind bereits ausgestattet: mit Schwimmern, mit Grenzstandgabeln für den unteren und den oberen Stand, mit Sonden oder mit einer Waage unter dem Tank. Diese Geräte sitzen im Medium oder tragen den Behälter. Die Anwendungen in diesem Umfeld zielen auf einen Sensor oberhalb der Oberfläche, der nichts in das Produkt bringt. Gefragt ist meist ein Füllstand über die ganze Höhe, nicht nur zwei Schaltpunkte. In einer Tiernahrungsproduktion mit einem großen Tank für eine Mischung aus Innereien und Wasser sitzen heute Gabeln für den unteren und oberen Stand; dort soll künftig über die ganze Höhe gemessen werden.
Der Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR misst von oben, seine Linse besteht bei allen Modellen aus PTFE. Die Modellreihe gliedert sich in Nahbereichsmodelle, die bis 1,5 m erfassen, und Fernbereichsmodelle bis 20 m. Welcher Bereich passt, ergibt sich aus der Behälterhöhe und aus dem Mindestabstand, den der Sensor zum höchsten Füllstand einhalten muss.
Kleine Silos und Tagesbehälter: der Nahbereich bis 1,5 m
Die meisten dokumentierten Behälter sind klein. Ein Hersteller von Filtrationsanlagen für Molkereien will den Füllstand in einem Molketank erfassen, wofür ein Nahbereichsmodell in Frage kommt. In einer Brauerei kommen für Glykol Nah- und Fernbereichsmodelle in Frage, in einer anderen Brauerei geht es um kleine Silos.
Für einen offenen Eisspeicher, der Kaltwasser für die Kühlung vorhält, kommt ein Nahbereichsmodell in Frage, angebunden über das Netzwerk-Kommunikationsmodul der Modellreihe NQ. Druck und Temperatur des Kältemittels an derselben Anlage sind eine eigene Messaufgabe.
Tagesbehälter, Pufferbehälter und kleine Silos haben gemeinsam, dass wenig Höhe zwischen Deckel und maximalem Füllstand bleibt. Der Mindestabstand zum höchsten Stand entscheidet deshalb mit darüber, wie viel vom Behälter tatsächlich messbar ist.
Hohe Tanks und Überfüllsicherung: Messen bis 20 m
Ein Tank von etwa 12 m Höhe soll mit Überfüllsicherung gemessen werden. Rechnerisch liegt die Höhe innerhalb der 20 m der Fernbereichsmodelle. Ein Weinbetrieb sucht eine einfache Erkennung, die das Überlaufen eines Behälters verhindert.
Nicht jeder Behälter über 1,5 m ist ein Großtank. Ein Hersteller von Edelstahlmaschinen für die Lebensmittelindustrie braucht an neuen Maschinen einen Füllstand über etwa 2 m. Das liegt rechnerisch über dem Nahbereich, sodass ein Fernbereichsmodell die Ausgangsbasis der Auswahl ist.
Bei hohen Tanks sitzt der Sensor weit über dem Boden. Die Anzeigeeinheit lässt sich vom Sensorkopf trennen und bis 30 m entfernt anbringen, damit der Wert unten am Tank gelesen werden kann.
Mehl, Mais und Staub: Füllstand von Schüttgut
Schüttgut ist in den dokumentierten Anwendungen seltener als Flüssigkeit, aber vorhanden. In einer Nassfutterproduktion soll der Mehlstand an mehreren Stellen erfasst werden. Für Mais in einem Behälter an einer Abfülllinie ist ebenfalls der Füllstand gefragt. Ein Betrieb, der sich selbst zwischen Lebensmittel und Chemie einordnet, will Flüssigkeiten und staubige Medien prüfen, die er heute mit Schwimmern und Sonden überwacht; dafür kommen Nah- und Fernbereichsmodelle in Frage.
Ob die Messung auf einer bestimmten Schüttgutoberfläche und bei Staub stabil bleibt, klärt ein Test an dem Silo, um das es geht.
Schaum, Wirbel und Kondensat: wenn die Oberfläche nicht ruhig ist
Kohlensäurehaltiges Mineralwasser bildet bei erhöhter Temperatur in einem rund 1,5 m hohen Mischtank einen Strudel, und für den Sensor ist dort eine eigene Halterung vorgesehen. In einem Getränkebetrieb sollen ein Klärbecken mit Schaum aus Erfrischungsgetränken, ein Reinigungsbecken und ein Schlammtank gemessen werden, mit HART oder analogem Signal.
In einem Soßenbetrieb lautet der Wunsch, dass die Linse nicht regelmäßig abgewischt werden muss. Ein Betrieb, der tierische Nebenprodukte zu Ölen und Futterrohstoffen verarbeitet, möchte den Füllstand bei Dampf bis rund 100 °C messen, wofür 5 m Messbereich sicher reichen, als Redundanz neben einer Durchflussmessung.
Schaum ist eine Grenze jeder Messung, die von oben auf die Oberfläche zielt. Der Katalog des Radar-Füllstandssensors behandelt Schaum und anhaftendes Material beim Mindestabstand zum höchsten Füllstand. Strudel, Kondensat an der Linse und Dampf gehören deshalb in den Test am realen Behälter.
Mobiler Tank, Dampf und Hygieneanforderung: wann das Hygienemodell nötig ist
Für einen mobilen Tank von gut tausend Litern und etwa 1,5 m Höhe verlangt der Betreiber einen Sensor nach Lebensmittelstandard. Das Medium hat 40 bis 90 °C, gereinigt wird mit Dampf, und vor Ort sollen eine Anzeige und eine Bluetooth-Verbindung verfügbar sein.
Hier kommt das Hygienemodell FR-LS20 ins Spiel. Es gehört zu den Fernbereichsmodellen, hat neben IP67 auch IP69K und ist laut Katalog für den Einsatz in hygienischen Bereichen zertifiziert; außerdem erfüllt es die Vorgaben der EC 1935/2004. Seine Anschlusstemperatur reicht bis +100 °C, bei den übrigen Modellen bis +85 °C. Die Standardmodelle haben IP67. Wird der Sensor an Ort und Stelle sterilisiert, verlangt der Katalog einen Klemmadapter mit seitlicher Leckageöffnung, um 3-A-Standards oder EHEDG-Richtlinien zu erfüllen. Das ist eine Montagebedingung, keine Zertifizierung des Sensors.
Ob die 40 bis 90 °C des Mediums und der Dampf zur Anschlusstemperatur passen, wird an der konkreten Messstelle geprüft. Die gewünschte Bluetooth-Verbindung bleibt eine Anforderung der Anwendung.
Montage am Bestandstank: Deckel, Klemmstutzen und abgesetzte Anzeige
Ein geschlossener Edelstahltank hat selten eine freie Öffnung. In einer Brauerei blieben die großen Silos deshalb außen vor: Eine neue Öffnung wäre ein zu aufwendiger Umbau gewesen, gemessen werden sollen nur die kleinen. Die Montage folgt also dem, was der Behälter hat, einem vorhandenen Stutzen oder dem Deckel.
Für Kokosöl in Edelstahltanks kommt ein Fernbereichsmodell mit Klemmstutzenmontage und 10 m Kabel in Frage. Beim mobilen Tank ist die Anzeige vor Ort ausdrücklich gewünscht. Die abgesetzte Anzeigeeinheit mit bis zu 30 m Abstand zum Sensorkopf deckt diesen Wunsch ab und ebenso das Ablesen am Fuß eines hohen Tanks.
Zur Anbindung nennen die Anwendungen analoge Signale, HART und das Netzwerk-Kommunikationsmodul der Modellreihe NQ. Welche Ausgänge ein Modell bietet, gehört in die Auswahl der Messstelle, ebenso die Frage, ob eine eigene Halterung nötig ist.
Häufige Fragen
F Welcher Messbereich des Radar-Füllstandssensors passt zu welchem Behälter?
A
Die Nahbereichsmodelle erfassen bis 1,5 m und passen zu kleinen Silos, Tages- und Pufferbehältern. Die Fernbereichsmodelle reichen bis 20 m; ein Tank von etwa 12 m Höhe liegt rechnerisch darin. Zusätzlich zählt der Mindestabstand zwischen Sensor und höchstem Füllstand.
F Muss für die Radarmessung ein neues Loch in den Tank?
A
Der Sensor braucht eine Öffnung, von der aus er auf die Oberfläche zielt: einen vorhandenen Stutzen oder den Deckel. Wo nur eine neue Bohrung bleibt, wird der Umbau zur eigentlichen Hürde. In einem dokumentierten Fall sollen deshalb nur die kleinen Silos einer Brauerei gemessen werden.
F Wie liest man den Füllstand am Tankfuß ab, wenn der Sensor oben sitzt?
A
Beim Radar-Füllstandssensor der Modellreihe FR lässt sich die Anzeigeeinheit vom Sensorkopf trennen. Sie kann bis 30 m entfernt montiert werden, etwa in Augenhöhe am Fuß des Tanks.
F Wann braucht ein Tank das Hygienemodell FR-LS20?
A
Dann, wenn die Anwendung ausdrücklich eine Hygieneanforderung stellt, etwa ein mobiler Tank nach Lebensmittelstandard mit Dampfreinigung. FR-LS20 hat IP67 und IP69K, ist laut Katalog für hygienische Bereiche zertifiziert, erfüllt die EC 1935/2004 und hat eine Anschlusstemperatur bis +100 °C. Die übrigen Modelle haben IP67 und bis +85 °C.
F Lässt sich auch der Füllstand von Mehl oder Mais messen?
A
Die dokumentierten Anwendungen betreffen Mehl an mehreren Stellen, Mais an einer Abfülllinie und staubige Medien. Ob die Messung auf der jeweiligen Schüttgutoberfläche stabil ist, klärt ein Test am betroffenen Silo.
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