Warum stellt das Mischen von Polyurethan mit einem Rührwerk eine schwierige Messumgebung für die Füllstandsmessung dar?
Polyurethan-Mischbehälter vereinen drei Messherausforderungen gleichzeitig: hohe Viskosität (800–3.000 mPa·s, je nach Rezeptur), mechanisches Rühren, das turbulente Oberflächenbedingungen erzeugt, und Dampfkondensation, die jede Sonden- oder Antennenoberfläche überzieht. Die Polyurethan-Charge in dieser Fallstudie wird in einem 2.000-Liter-Edelstahl-Mischbehälter mit einem Ankerrührer verarbeitet, der sich mit 45–60 U/min dreht. Vor dem Austausch des Messsystems setzte das Werk auf ein Geführte-Wellen-Radar (GWR) die zu unregelmäßigen Messwerten führten – der Messdraht wurde durch die Strömung des Rührwerks verbogen, und Materialablagerungen an der Sonde führten zu einer fortschreitenden Abweichung, die eine wöchentliche Neukalibrierung erforderlich machte.
Wie gewährleistet der 80-GHz-Radarfüllstandsmesser KLD803 stabile Messwerte in einer Umgebung mit Polyurethan-Rührwerken?
Die KLD803 arbeitet bei 80 GHz (W-Band) mit einem schmalen Strahlwinkel von 3°, was den entscheidenden technischen Vorteil bei dieser Anwendung darstellt. Der schmale Strahl konzentriert das Radarsignal auf die Flüssigkeitsoberfläche, anstatt dass es von den Rührflügeln, Tankwänden oder inneren Leitblechen reflektiert wird. Bei einem typischen Montageabstand von 1,5 m zur Flüssigkeitsoberfläche beträgt der Durchmesser der Strahlfleckfläche auf der Polyurethanoberfläche nur 80 mm – im Vergleich zu einem 24-GHz-Radar mit einem Strahlwinkel von 20°, das einen Bereich mit einem Durchmesser von 530 mm ausleuchten und Reflexionen von den Rührflügeln erfassen würde.
- Frequenz: 80 GHz FMCW (76–81 GHz)
- Abstrahlwinkel: 3° (Standard-Hornantenne)
- Genauigkeit: ±2 mm bei Entfernungen bis zu 30 m
- Aktualisierungsrate: 50 ms für die Echtzeit-Verfolgung von Bewegungen auf unruhigen Oberflächen
- Antennenmaterial: PTFE-verkapselte – beständig gegen das Anhaften von Polyurethan
Einbau – Was war erforderlich, um das GWR durch das KLD803 zu ersetzen?
Die vorhandene GWR-Sonde wurde vom oberen DN80-Flansch des Tanks entfernt. Die KLD803 wurde mithilfe eines Adapters direkt an denselben Flansch montiert, ohne dass Änderungen am Tank erforderlich waren. Die 80-GHz-Hornantenne ragt 120 mm unterhalb des Flansches hervor und ist so positioniert, dass sie den maximalen Flüssigkeitsfüllstand um 300 mm unterschreitet. Die empfohlene Montageposition wurde im Rahmen einer Vor-Ort-Begehung mit einem Laser-Entfernungsmesser überprüft, um sicherzustellen, dass der 3°-Strahlkegel die Rührwelle in keinem Füllstand zwischen leer und voll schneidet. Die gesamte Stillstandszeit für die Installation betrug 1,5 Stunden – die Anlage nahm noch innerhalb derselben Schicht den Betrieb wieder auf.
Messergebnisse – welche Stabilitätsverbesserung konnte die Anlage erzielen?
Während eines 8-wöchigen Dauerbetriebs mit 96 Polyurethan-Chargen (vier Rezepturen mit Viskositäten von 800 bis 2.800 mPa·s) wies das KLD803 eine Messstabilität mit einer Standardabweichung von ±3 mm auf, verglichen mit ±28 mm beim Vorgängermodell GWR. Die Messerfolgsrate – definiert als Messwerte, die keine manuelle Übersteuerung oder Neukalibrierung erforderten – betrug 99,41 TP3T im Vergleich zu 711 TP3T beim GWR. Die Anlagenbetreiber meldeten keine falschen Hochpegelalarme, die zuvor zwei- bis dreimal pro Woche aufgetreten waren, wenn das GWR die Rührflügel fälschlicherweise für die Flüssigkeitsoberfläche hielt.
Leistungsvergleich – 80-GHz-Radar im Vergleich zu Wellenleitradar in bewegten viskosen Medien
| Parameter | Altes GWR (Guided Wave Radar) | KLD803 80-GHz-FMCW-Radar |
|---|---|---|
| Messprinzip | Zeitbereichsreflektometrie entlang des Messdrahts | FMCW durch Luft (berührungslos) |
| Messstabilität (σ) | ±28 mm (Strömung durch Rührwerk verformt die Sonde, Turbulenzen an der Oberfläche) | ±3 mm (der 3°-Strahl ignoriert Reflexionen vom Rührwerk) |
| Erfolgsquote bei der Messung | 71% (erfordert eine manuelle Übersteuerung der Messwerte von ~29%) | 99.4% |
| Falsche Alarme der höchsten Alarmstufe pro Woche | 2–3 (Reflexion am Rührflügel) | 0 |
| Materialablagerungen am Sensor | Signifikant (die Beschichtung der Sonde verursacht eine Drift) | Minimal (PTFE-Horn verhindert Anhaftungen, keine Sonde) |
| Kalibrierungshäufigkeit | Wöchentlich (Sondenbeschichtung + Drift) | Keine in der 8-wöchigen Studie |
Welche betrieblichen Auswirkungen hatte die Verbesserung der Messverfahren auf die Serienfertigung?
| Betriebskennzahl | Vorher (GWR) | Nach (KLD803) |
|---|---|---|
| Ungeplante Ausfallzeiten (Stunden pro Monat) | 6.5 (Neukalibrierung, Fehlalarme, Reinigung der Sonde) | 0,5 (einmaliger Kontrollbesuch) |
| Chargen, die von Überfüllungs- bzw. Fehlentleerungsereignissen betroffen sind | 8–12% Chargen | 1 Charge (Füllstandsalarm bestätigt, kein Materialverlust) |
| Pro Schicht ist die Anwesenheit eines Bedieners erforderlich | 45 Minuten (Überprüfung des Füllstands, manuelle Steuerung) | 3 Minuten (Blick auf das Display) |
| Ereignisse zur Neukalibrierung | Wöchentlich (Beschichtung der Sonde und Drift) | Keine während der 8-wöchigen Studie |
Fazit – Ist ein 80-GHz-Radar die richtige Wahl für Polyurethan-Rührbehälter?
Ja, der 80-GHz-Radar-Füllstandsmesser KLD803 ist bei Anwendungen mit Polyurethan-Rührwerken dem geführten Radar deutlich überlegen. Der Strahlwinkel von 3° ist dabei das entscheidende Merkmal – er beschränkt die Messung auf die Flüssigkeitsoberfläche und filtert Reflexionen von Rührflügeln, Tankwänden und inneren Strukturen heraus. Eine Einschränkung: Wenn sich auf der Flüssigkeitsoberfläche eine Schaumschicht von mehr als 200 mm Dicke bildet, kann das 80-GHz-Signal um 6–10 dB gedämpft werden und ein schwaches Rück-Echo erzeugen. In solchen Fällen sollte die Installation eines Beruhigungsbeckens oder eines Spülsystems zur Schaumbekämpfung in Betracht gezogen werden, obwohl dieser Schaumzustand während des achtwöchigen Versuchs nicht beobachtet wurde.
Weitere Informationen zur Bewerbung: Produktseite zum 80-GHz-Radar-Füllstandssensor KLD803 · Einfluss der Dielektrizitätskonstante auf Radar-Füllstandsmesser · Technischen Support kontaktieren · Leitfaden zur Auswahl von 80-GHz-Radargeräten.
Externer Verweis: ISO 21809 – Messung industrieller Prozesse · AWWA-Normen für die Prozessmesstechnik
Häufig gestellte Fragen zur Implementierung
F: Welche Standortbedingungen sollten vor der Einführung dieser Lösung überprüft werden?
A: Vor der Festlegung des Sensormodells und des Zubehörs sollte im Rahmen einer Standortbegutachtung der Messbereich, der Umgebungstemperaturbereich, die verfügbare Stromversorgung und die Abdeckung des Kommunikationsnetzes überprüft werden.
F: Wie lange dauert die Installation eines solchen Systems in der Regel?
A: Eine Standardinstallation durch zwei Techniker dauert in der Regel 4 bis 8 Stunden, abhängig von der Herstellung der Halterungen, der Verkabelung und der Konfiguration der Plattform. Außer den üblichen elektrischen und mechanischen Werkzeugen sind keine Spezialwerkzeuge erforderlich.
F: Wie oft sollte der Sensor kalibriert oder gewartet werden?
A: Für den Dauerbetrieb in stabilen Umgebungen reichen eine jährliche Kalibrierungsprüfung und eine Sichtprüfung aus. In rauen Umgebungen mit starker Staubbelastung, Dämpfen oder extremen Temperaturen kann eine halbjährliche Inspektion erforderlich sein.
F: Lässt sich der Sensor in bestehende SCADA- oder IoT-Plattformen integrieren?
A: Ja, der Sensor unterstützt die Standardschnittstellen 4–20 mA und RS485 Modbus RTU, die mit den meisten SPS-, DCS- und SCADA-Systemen kompatibel sind. Für die Integration in eine Cloud-Plattform ist eine DTU oder ein Gateway für die drahtlose Datenübertragung erforderlich.
F: Was passiert, wenn der Sensor keinen Strom mehr hat oder die Netzwerkverbindung unterbrochen wird?
A: Der Sensor nimmt den Betrieb automatisch wieder auf, sobald die Stromversorgung wiederhergestellt ist. Bei netzwerkabhängigen Funksystemen ist sicherzustellen, dass der Datenlogger über einen lokalen Speicher verfügt, um die Messwerte während Kommunikationsausfällen zwischenzuspeichern.
