Kontinuierliche Füllstandkontrolle für Hydrauliköle

80-GHz-Radar erfasst Füllstand zuverlässig in sehr kleinen Behältern

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  • Der Vegapuls 64 ist in drei unterschiedlichen Antennenausführungen erhältlich: Mit einer im Gewinde integrierten ­Hornantenne (Mitte), eine Hornantenne aus Kunststoff (links) ­sowie einem Flansch mit gekapseltem Antennensystem (rechts). © Vega Grieshaber KG
  • Nur 50 cm groß sind die Behälter für das Hydrauliköl. Bisher gab es keine Möglichkeit, den Füllstand in solch kleinen Behältern exakt zu messen. Erst mit dem Vegapuls 64 ist dies möglich. © Vega Grieshaber KG
  • Der Füllstand für das Schmieröl der Drehkolbenpumpen ist essentiell für Betrieb. Fällt dieser auf ein Minimum, wird eine sofortige Not-Abschaltung der Papiermaschine ausgelöst. Dank Vegapuls 64 wird nun der Füllstand sicher erfasst. © Vega Grieshaber KG
  • Auffällig – bei den Sensoren fehlt das Vega-Gelb, sondern diese besitzen das typische Progroup-Rot. Das tut der Funktion aber keinen Abbruch. © Vega Grieshaber KG
  • Neben Termintreue steht Qualität im Mittelpunkt der Produktion. Ein Mitarbeiter der Progroup AG prüft das Ergebnis eines laufenden Kundenauftrags. © Progroup AG
  • Blick ins Innere des Wellpappformatwerks Plößberg der Progroup AG. © Progroup AG
  •  Auch bei der Herstellung des Wellpappenrohpapiers steht bei der Progroup AG Qualität an oberster Stelle. Ein Mitarbeiter prüft die Produktion der Papierfabrik Eisenhüttenstadt an der Leuchtwand auf Herz und Nieren. © Progroup AG
  • Jürgen Skowaisa,  Produktmanagement Radar, Vega

Bei dem Wellpappe-Hersteller Progroup vermeiden zwei Vegapuls 64 Radar-Füllstandmessgeräte, die in kleinen Hydrauliköl-Behältern verbaut sind, Produktionsstillstände.

Das Versandgeschäft boomt und damit auch Verpackungen aus Wellpappe. Jahr für Jahr steigt der Absatz von Wellpappe, mit deren Hilfe alle möglichen Waren geschützt verpackt werden. Die Wellpappe ist die Nummer 1 unter den Transportverpackungen, zwei Drittel aller Waren gehen quasi damit auf die Reise. Da der größte Anteil später wieder ins Altpapier geht, überzeugt die Verpackungsart auch durch ihre Umweltfreundlichkeit. Auffälliger Trend: Die Wellpappenindustrie liefert immer aufwändiger verarbeitete Wellpappenprodukte, die eng mit dem Kunden abgestimmt werden, etwa maßgeschneiderte Transportverpackungen.

Ein Unternehmen, das die Partnerschaft zwischen Kunden und Lieferanten auf eine neue Stufe gestellt hat, ist die Progroup. Das Unternehmen hat es mit der Herstellung von Wellpappenrohpapieren und Wellpappenformaten innerhalb von 25 Jahren von null auf den vierten Platz im europäischen Wellpappenmarkt geschafft. Insgesamt verfügt das Unternehmen über ein weitreichendes Produktionsnetzwerk mit dreizehn Produktionsstätten an insgesamt zwölf Standorten in Zentraleuropa. Dabei wird seit Jahren immer wieder in neue Technologien investiert, etwa um leichtere Wellpappenrohpapiere und Wellpappenformate mit verbesserter, zumindest aber gleichbleibender Qualität zu produzieren. Aber auch, um die Vorgaben der Roadmap 2050 zur Emissionsreduzierung in der Papierindustrie zu erfüllen. Mit Erfolg – schon heute arbeiten die Standorte bereits mit einem deutlich niedrigeren Rohstoffbedarf und Energieeinsatz sowie entsprechend niedrigeren Emissionen.

Der Drang zur ständigen Verbesserung hat aber noch einen weiteren Hintergrund. Die Kunden der Progroup sollen just-in-time beliefert werden. Dies setzt Technologien voraus, die reibungslos funktionieren.

Ideen zur Produktionsverbesserung sind deshalb immer willkommen.
Daher kam diesmal auch der Impuls für einen speziellen Einsatz des damals neuen Messgerätes Vegapuls 64 am Standort Eisenhüttenstadt seitens der Betriebsmannschaft. Die Vorteile des berührungslos messenden Radarfüllstandmessgerätes, etwa die höhere Dynamik und bessere Fokussierung, sah das Messtechnik-Team sofort, schließlich kennt man die Qualität der Vega-Sensoren seit Produktionsbeginn des Werkes im Jahr 2009. Dementsprechend viele Vega-Sensoren sind bereits im Werk vorhanden. Bei einer Eigenschaft wurde die Mannschaft jedoch sofort hellhörig, nämlich als es um die Fähigkeit des Messgerätes ging, zuverlässig in sehr kleinen Behältern den Füllstand zu erfassen.

Scharfer Schnitt der Ränder
Dazu muss man wissen, dass die Ränder der Papierrollen jeweils mit einem Hochdruckwasserstrahl geschnitten werden, damit der Rand glatt ist und es später zu keinen Problemen in der Verarbeitungsmaschine kommt. Dieser Hochdruckwasserstrahl mit immerhin einem Druck von 1.200 bar wird von Drehkolbenpumpen erzeugt, die wiederum gut geschmiert sein müssen. Das Schmieröl befindet sich in Behältern mit einer Höhe von 50 cm. Bisher war hier nur eine Schwinggabel für eine Min.-Schaltung eingesetzt. Fiel der Ölstand auf dieses Minimum, wurde eine sofortige Not-Abschaltung der Papiermaschine ausgelöst. Dieser Stillstand und das darauffolgende Hochfahren kostete jedes Mal viel Zeit und damit Geld.

Sehr kleiner Prozessanschluss
Allerdings gab es bis zur Einführung des Vegapuls 64 keine andere Lösung für kleine Behälter. Bei Ultraschallsensoren ist die Blockdistanz, also der Abstand zwischen Prozessanschluss und Flüssigkeitsoberfläche, zu groß. Zwar ist diese Blockdistanz bei Radarmessgeräten deutlich geringer als bspw. bei Ultraschallmessgeräten – für Anwendungen in kleinen Behältern waren die mechanischen Abmessungen aber oft zu groß. Bei den bisherigen Radarfüllstandmessgeräten bereiteten vor allem die Größe und das Design der Antennen oder auch die Messunsicherheit am Behälterboden Probleme. All dies ist mit der Entwicklung des Vegapuls 64, der mit einer Messfrequenz von 80 statt 26 GHz arbeitet, Vergangenheit. Damit ist es nun möglich, einen Füllstandsensor mit kleinen Prozessanschlüssen zu realisieren.

Die Fokussierung eines Radarmessgerätes hängt von der Sendefrequenz und der wirksamen Antennenfläche ab. Bei gleichbleibender Antennengröße kann also mit einer höheren Frequenz eine deutlich bessere Fokussierung erreicht wird. Der neue Vegapuls 64 arbeitet mit einer Sendefrequenz von 80 GHz und einer Antennengröße von circa 80 mm. Dadurch wird ein Öffnungswinkel von nur 4° erreicht. Bei einem Radarsensor mit 26 GHz-Sendefrequenz beträgt der Öffnungswinkel dagegen schon etwa 10° bei gleicher Antennengröße. Umgekehrt bedeutet dies: Durch eine um den Faktor 3 höhere Sendefrequenz können die Antennengrößen um denselben Faktor kleiner werden und erzielen trotzdem eine ähnliche Signalfokussierung. Dadurch sind wesentlich kleinere Prozessanschlüsse mit einer Antennengröße von nur ¾“ möglich. Dies entspricht gerade mal der Größe eines 1-Euro-Stückes. Hier im Behälter wurde ein Prozessanschluss mit 1,5“ gewählt. Außerdem fokussiert das Gerät nun mit einer Art optischer Linse, so dass die Antennen deutlich kleiner gebaut werden können.

Zuverlässige Messung über den gesamten Bereich
Gleichzeitig konnten die Störsignale im Nahbereich des Vegapuls 64 deutlich reduziert werden. Durch die deutlich kürzere Wellenlänge der 80 GHz-Signale des Vegapuls 64 werden diese im Medium erheblich stärker gedämpft als bei 26 GHz-Sensoren. Dadurch ist die Reflexion am metallischen Behälterboden deutlich geringer. Das hat zur Folge, dass eine Messung bis zum leeren Behälter deutlich einfacher möglich ist, als mit bisherigen Sensoren. Dies erlaubt nun die Füllstanderfassung über das gesamte Behältervolumen selbst in kleinen Tanks, auch in den beiden relativ kleinen Öl-Behältern für das Schmieröl der Hochleistungspumpen.

Problemloser Einbau
Im August 2018 wurden die Vega-Sensoren vom Team selbst eingebaut und dank bekanntem plics-Bedienkonzept ohne Probleme in Betrieb genommen. So dient wie gewohnt das Anzeige- und Bedienmodul Plicscom zur Inbetriebnahme und Bedienung der plics-Sensoren und zeigt die Messwerte vor Ort an. Ein PC oder eine spezielle Software sind nicht erforderlich. Das Anzeige- und Bedienmodul kann jederzeit in den Sensor eingesetzt und wieder entfernt werden, ohne die Spannungsversorgung zu unterbrechen. Die neue optionale Bluetooth-Funktion ermöglicht es, den Sensor aus einer Entfernung von ca. 25 m drahtlos zu bedienen. Da auch kein weiterer Stutzen oder ähnliches nötig war, um das Messgerät zu in­stallieren, waren auch die Einbau- und Inbetriebnahmekosten gering. Der wichtigste Vorteil ist jedoch sicherlich, dass dank kontinuierlicher Füllstanderfassung eventuelle Leckagen nun rechtzeitig erkannt und behoben werden können, ohne dass die Papiermaschine abgeschaltet werden muss.

Fazit
Progroup arbeitet seit langem mit Vega zusammen und schätzt die hohe Qualität und die einfache Bedienung der Sensoren. Vor allem die schnelle Reaktionszeit überzeugte das Unternehmen. Bei dieser Anwendung freute man sich jedoch besonders, dass eine Messstelle, die bis dahin als „unbefriedigend, aber nicht anders lösbar“ galt, sich nun zur Vorzeigemessung entwickelte. Seit der Installation der vier Radarfüllstandmessgeräte auf 80 GHz-Basis wurde jedenfalls kein Stopp der Papiermaschine aufgrund eines zu niedrigen Hydrauliköl-Füllstandes ausgelöst.

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