Was ist noch drin? Wie viel Platz bleibt mir oder wann benötige ich Nachschub? Das sind elementare Themen in der Materialwirtschaft, Produktion und der Lagerhaltung. Um effizient und sicher zu arbeiten, ist das Wissen über den Füllstand eines Behälters sehr wichtig. Es macht die Lagerung planbarer und wirtschaftlicher. Wir haben dadurch die Möglichkeit rechtzeitig die Abfüllung zu stoppen, ein präzises Mischverhältnis zu erzielen oder bei Bedarf frühzeitig Ersatz zu ordern. Doch wie erkenne ich den Füllstand eines Silos?

Große Tanks, kein Durchblick

Die Frage, wie viel Menge einer Substanz noch vorhanden ist, lässt sich selbst für den Hersteller nicht immer auf den ersten Blick beantworten. Einfach mal rein schauen und schätzen ist wohl kaum das Mittel der Wahl, wenn es um Qualität, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit geht. Schätzwerte genügen nicht den Ansprüchen der heutigen Zeit, in der sich sämtliche Aspekte des Alltags bis ins Detail berechnen lassen. Außerdem sind Silos häufig undurchsichtig und zum Schutz des Inhalts verkleidet. Die meisten Container haben zudem solche Dimensionen, dass ein schnelles Überprüfen des Füllstands mit größerem Aufwand verbunden ist.

Doch zum Glück sind die Zeiten, in denen eine Person zunächst einen großen Wassertank hinaufklettern musste, lange vorbei. Sensoren übernehmen diese Aufgabe für uns. Je weiter die Digitalisierung und Technik voranschreitet, desto mehr leisten und unterstützen sie uns hinsichtlich der optimalen Lagerung und Prozessgestaltung. Die Messtechnik bringt immer präzisere und funktionalere Lösungen hervor, die die Bevorratung in verschiedenen Branchen erleichtern.

Füllstände & Messtechnik

Bei der Auswahl des passenden Messverfahrens sind andere Faktoren zu beachten. So kann beispielsweise die Umgebung Einfluss auf das Messergebnis nehmen. Und nicht jede Messtechnik eignet sich für jedes Füllmaterial. Je nach Beschaffenheit und Messprinzip erfasst der Sensor den Inhalt unterschiedlich gut. Komplexere Messumgebungen wie Behälter mit Einbauten oder maschinellen Einrichtungen können die Detektion bei der Füllstandsermittlung verfälschen. Auch sollte die Qualität der Substanz als auch die Sicherheit der Anlage stets bewahrt bleiben.

Gängige Messtechniken für die Füllstandsmessung

Wer die Wahl hat, hat die Qual. Um Füll- oder Grenzstände zu ermitteln stehen dem Anwender zahlreiche Methoden zu Verfügung, die für die individuelle Messaufgabe andere Vorzüge oder Nachteile bereithalten, die abzuwägen sind.

Im Einsatz für die Füllstandsmessung sind unter anderen optische Sensoren (Infrarot), kapazitive Sonden oder mechanische Messverfahren wie beispielsweise Schwimmer. Die meisten Nutzer setzen bisher jedoch auf Ultraschallsensoren, da diese Technik keine direkte Berührung benötigt und verschiedene Materialien erfassen kann. Bis vor kurzem galten sie als die beste Wahl. Doch mittlerweile verdrängt die Radartechnik zunehmend die Konkurrenz, dank seiner überzeugenden Vorteile.

Radar für die Füllstandsmessung

Lange Zeit galt Radar als teure Luxus-Sensorik, die zwar jede Menge Daten liefert, aber für den Massenmarkt nicht erschwinglich war. Die Technologie sowie die notwendigen Elektronikkomponenten haben in den vergangenen Jahren entscheidende Fortschritte gemacht. Und auch die Bauteilkosten sinken. Die neuesten Radarlösungen bieten der Ultraschall-Technologie beim Preis-Leistungs-Verhältnis längst die Stirn. Im direkten Vergleich besticht Radar außerdem mit einem klaren Vorteil: Die Beschaffenheit des Tanks ist für das Messprinzip irrelevant. Denn Behälter, die die Schallwellen durchlassen oder Mischer-Anlagen installiert haben bereiten Ultraschall Schwierigkeiten. Insbesondere anspruchsvollere Messaufgaben oder -Umgebungen profitieren daher von der Nutzung der Radartechnologie.

Sie überzeugt dank folgender 10 Vorteile:

Radar …

Wie funktioniert die Radardetektion.

Das Funktionsprinzip lässt sich mit einem Beispiel aus der Tierwelt vereinfacht darstellen. Ähnlich wie Fledermäuse sich anhand des Echolots durch ihre Umgebung navigieren, nutzen Menschen Radartechnik seit vielen Jahren als Ortungsverfahren. Denn die Technologie liefert uns umfangreiche Informationen, die wir zur Lokalisierung verwenden. Die Radarantenne sendet elektromagnetische Wellen aus. Trifft das hochfrequente Signal auf ein Objekt, entsteht davon eine Reflektion, die an den Empfänger im Sensor ein Antwortsignal zurückstrahlt. Durch die Veränderung der Zeit, Abstände, Puls und Stärke des Signals lassen sich die Parameter für die Lokalisierung des Gegenstands berechnen. Auf diese Weise ermittelt die Technik die Geschwindigkeit, die Position (Entfernung und Winkelablage), Bewegungsrichtung und die Präsenz von statischen und sich bewegenden Objekten.

Welche Daten der Sensor und wie er sie ausgibt, ist abhängig von der gewählten Modulation, also dem Messverfahren, und der Signalverarbeitung des jeweiligen Produkts.

Radarbasierte Abstandsermittlung

Die grundlegende Funktion bei der Füllstandsermittlung ist die Detektion der Entfernung eines Gegenstandes zum Sensor. Das Antennendesign ist mit einem stark fokussierten Radarstrahl ausgestattet, um das Signal für eine punktuelle und präzise Messung zu Bündel und zu konzentrieren. Die Detektion erfolgt berührungslos.

Das Radargerät ermittelt dabei den Abstand zwischen Antenne und Füllgutoberfläche. Diese Abstandswerte gibt das Produkt permanent aus. Durch die Beobachtung der Detektion-Ergebnisse im Zeitverlauf sind die Veränderungen des Füllstands sichtbar. Sobald sich die Distanz ändert, leitet das Radar die neuen Werte in Echtzeit weiter.

Nutzer können zudem auch Angaben zum Maß des Behälters hinterlegen, indem sie die Distanz zwischen Antenne und Behälterboden in der GUI festsetzen. Die Information unterstützt dabei Grenzstände zu definieren. Bei entsprechender Signalauswertung dient die Abstandsermittlung als Trigger-Funktion. Beispielsweise, um bei bestimmten Distanzwerten einen Signal für einen Alarm weiterzugeben. Auf diese Weise kann, wenn ein Maximum oder Minimum-Stand des Füllguts erreicht ist, kann eine Signalausgabe über einen der programmierbaren Outputs erfolgen.

Anwendungsbeispiele

Die Ermittlung des Füllstands ist für viele Branchen essentiell. Nahezu jede Industrie profitiert von der Kenntnis der genauen Inhaltsmenge, da sie der Optimierung der Materialwirtschaft und Produktion dient. Dabei ist das Messverfahren mit unterschiedlichsten Aufgaben und Herausforderungen konfrontiert. Radar ist dank der vorgestellten Vorzüge für zahlreiche Anwendungen sehr gut geeignet.

Beispielsweise sind Füllstandsradare bei der Lebensmittelherstellung im Einsatz. Die berührungslose Technik benötigt keinen direkten Kontakt für eine Messung – ein klarer Vorteil hinsichtlich Lebensmittelhygienevorschriften. Die vorherrschende Hitze oder Kälte, die notwendig ist für die Lebensmittelproduktion oder Lagerung, ist für Radar kein Problem. Zusätzliche Installationen wie Rührwerke beeinträchtigen die Detektion moderner Radarsysteme nicht.

Auch das raue Umfeld der Baustoff-Industrie nutzt Radarsensoren für die Ermittlung des Füllstands. Hier sind die Geräte teilweise sogar draußen, bei Wind und Wetter, im Dauereinsatz. Ein Exempel hierfür ist die Lagerung von Sand und Kies in großen Containern bzw. Gruben. Das Füllmaterial spielt keine Rolle, das Radar detektiert trotz Staub, Lärm oder Schmutz exakt wie viel Schüttgut noch hinein passt.

Ein weiteres, typisches Beispiel ist die Detektion von Flüssigkeiten wie Wasser in einem großen Silo. Das Radarsystem ermittelt auch bei Vibrationen, beispielsweise verursacht durch den Transport eines mobilen Tanks, den aktuellen Pegelstand. Auch langsam fließende Flüssigkeiten erkennt Radar. Eine wichtige Funktion ist dabei die Ausgabe der Information beim Erreichen des maximalen und minimalen Fülllevels, um eine Überfüllung bzw. Unterversorgung zu vermeiden.

Die Einsatzmöglichkeiten der Füllstandsradare sind breit gefächert. Sie ermitteln präzise und zuverlässig die aktuelle Inhaltsmenge sowie den Pegel- und Grenzstand mit Hilfe HF-Abstandsmessung. Die Sensoren finden in zahlreichen Tanks, Containern, Silos, Behältern, Transportern, Speicher, Maschinen und Anlagen oder sonstigen Depots Anwendung.