Vom Wasser- bis zum Heiz- und Altöltank:

Mehrwert durch IoT bei Füllstandsmessungen

Füllstandsmessung mit Funk und USB spart Laufwege im Haushalt. Bild: iNNO-Tec

Realität ist das, was bleibt, wenn keiner hinschaut. Wer aber nicht hinschaut, muss hoffen, dass die Wirklichkeit ihm keinen Strich durch die Rechnung macht. Gute Beispiele sind einfache, kleine Behälter, deren Inhalt verbraucht oder die mit Abfallstoffen gefüllt werden. Ihr Füllstand wird oft nicht überwacht, weil bisher die Füllstandsmessung unattraktiv, teuer, aufwendig und unzuverlässig war. Mit Ultraschall lassen sich Füllstände in einfachen Anwendungen günstig und zuverlässig überwachen, es gibt aber technische Einschränkungen bei Medien, Temperatur und Druck. Das Messprinzip der geführten Mikrowelle verspricht auch bei schwierigen Bedingungen hohe Zuverlässigkeit und Robustheit bei gleichzeitig überschaubaren Kosten. In Kombination mit M2M Datenübermittlung per Funk oder Handynetz entstehen unabhängig von der Messmethode neue Optimierungspotentiale und Geschäftsmodelle in Prozessen und der Logistik, die Amortisationszeiten betragen nur wenige Monate.

Nicht immer stehen Tanks so, dass man eine Füllstandsanzeige einfach oder mit vertretbaren Kosten regelmäßig ablesen kann. Zudem verhindert manchmal das Medium selbst eine simple Anzeige. Trotzdem ist es oft notwendig, den Füllstand des Tanks zu kennen. Wer würde mit einem Auto ohne Tankanzeige eine Reise unternehmen? Nicht zuletzt bietet die Füllstandsmessung Kostenreduktionen und ein großes Automatisierungspotential.

Aufwandsreduktion und Kostenersparnis dank M2M Füllstandsmessung

Im privaten Bereich bietet eine Füllstandsanzeige bei Heizöltanks und Zisternen Vorteile. Vom Einkauf bis hin zum Verbrauch der Medien wird die Planung zuverlässiger. Wer weiß, dass er bald Heizöl braucht, kann frühzeitig nach einem günstigen Preis Ausschau halten. Wenig zeitkritische Wasserverbraucher wie die Waschmaschine können bevorzugt dann eingeschaltet werden, wenn kostenloses Regenwasser zur Verfügung steht. Das Problem: Zisternen sind oft unterirdisch versteckt, Öltanks stehen meist im Keller und beide werden wenn überhaupt aufwendig manuell überwacht. Eine Füllstandsüberwachung, die über Funk mit einer Anzeigeeinheit im Haus kommuniziert, erspart das Treppenlaufen, verhindert Unfälle in dunklen Heizkellern, bietet Möglichkeiten zur Verbrauchsüberwachung und -optimierung und schafft somit freie Zeit für wichtigere Dinge.

Mobile Tanks, aber auch Feststoffcontainer mit Altkleidern oder Glasmüll stehen oft abgelegen und müssen gefüllt oder geleert werden, wenn sie leer bzw. voll sind. Hier benötigt das Füllen oder Leeren eines evtl. nur halbvollen Behälters im Vergleich zur Anfahrt für eine manuelle Sichtprüfung nur sehr wenig Aufwand. Wer nachschaut, kann sich also auch gleich darum kümmern, tut das aber vermutlich zu früh und damit ineffizient. Automatisch zu messen und z.B. über das Handynetz die Daten der zuständigen Stelle zu melden, bringt auch hier Vorteile: Füllen bzw. Leeren nach Bedarf vermeidet unnötige Fahrten und spart damit Kosten ein. Da die Behälter nun immer rechtzeitig versorgt werden, können sie ihre Funktion zuverlässiger ausüben.

Altöltanks werden oft überfüllt oder halb leer abgeholt. Bild: iNNO-Tec

Altöltanks werden oft überfüllt oder halb leer abgeholt.

Auch und gerade bei Altöltanks, in denen z.B. Werkstätten ihr Altöl sammeln, gibt es großes Optimierungspotential – volle Tanks können überlaufen oder verursachen Mehraufwand, weil stattdessen das Öl in kleinere Gebinde gefüllt werden muss. Auch können sie im Gegenteil beim Abholen halb oder fast leer sein. Eine Füllstandsüberwachung mit M2M Kommunikation zum Entsorgungsdienstleister bringt hier gleich mehrere Vorteile: Kein Altöl läuft mehr über, Mehraufwände bei vollen Tanks entfallen. Der Recycler kann seine Routen optimieren und nicht zuletzt mit der Planungssicherheit den Kunden an sich binden.

Transportiert wird meist per Lkw, was Kosten in Höhe von ca. 2 € pro Kilometer verursacht. Eine Optimierung der Lkw-Routen auf die aktuellen Behälterfüllstände bietet daher ein großes Einsparpotential. Man kann das auch andersherum betrachten: wer sich die M2M-Füllstandüberwachung nicht zu Nutze macht, gibt viel Zeit und Geld für ineffiziente Prozesse aus.

Die richtige Messmethode finden

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Füllstände zu überwachen. Eine davon ist, die Füllhöhe mit einem Drucksensor zu messen. Allerdings ist dieses Verfahren mediumberührend, aufwendig, teuer und gerade bei relativ niedrigen Behältern nicht besonders genau. Dazu kommt, dass Schwankungen in der Dichte des Mediums das Messergebnis verfälschen. Ebenfalls von den Materialeigenschaften abhängig ist eine kapazitive Messung. Die Dielektrizitätszahl kann schon durch kleine Verunreinigungen, insbesondere von Wasser in Öl, großen Schwankungen unterliegen.

Der Sensor (links) misst den Füllstand auch in schwierigen Medien, die per Kabel angebundene Elektronik versendet die Messwerte über das Handynetz. Bild: iNNO-Tec

Der Sensor (links) misst den Füllstand auch in schwierigen Medien, die per Kabel angebundene Elektronik versendet die Messwerte über das Handynetz.

Die berührungslose Messung per Reflexion von frei abgestrahlten Wellen, z.B. Ultraschall, ist von den Eigenschaften des Mediums unabhängig. Ultraschallsensoren sind zwar günstig, aber ihre Membranen empfindlich gegenüber Temperatur, Druck und Ölschaum. Bereits eine einmalige Überfüllung oder fehlerhafte Montage kann die Messung unzuverlässig machen. Für unkritische Medien wie Heizöl, Wasser und darauf basierende Stoffe oder auch trockene Schüttgüter wie Altglas oder Kleidung ist Ultraschall aufgrund des Preis-Leistungsverhältnisses die erste Wahl.

Mikrowellensensoren bieten viele Vorteile des beschriebenen Ultraschallmessverfahrens, sind jedoch robuster gegenüber Verschmutzung, Veränderungen der Eigenschaften des Mediums sowie Druck- und Temperatureinflüssen. In der Praxis wird ein Mikrowellenpaket auf einen Wellenleiter eingekoppelt, der bis zum Tankboden reicht. Die Mikrowelle folgt dann diesem Leiter und wird wie der Ultraschall an der Medienoberfläche reflektiert. Auch bei Verschmutzung des Leiters durch das Öl funktioniert die Messung zuverlässig.

Mehrwert durch Vernetzung

Füllstandsmessung mit Funk und USB spart Laufwege im Haushalt. Bild: iNNO-Tec

Füllstandsmessung mit Funk und USB spart Laufwege im Haushalt.

Erst mit drahtloser Vernetzung und Messwertübertragung auch über große Strecken können die Füllstandssensoren ihre wahre Größe in der Prozess- und Logistikoptimierung ausspielen. Die Kombination bietet Planungssicherheit und macht neue Geschäftsmodelle möglich. Hier kommen die Spezialisten für Automatisierungsinstrumente der iNNO-TEC GmbH ins Spiel. Ihr Angebot umfasst nicht nur Füllstandssensorik, sondern auch Dienstleistungen von der Montage über die Inbetriebnahme bis zur Datenspeicherung und -auswertung. Für den privaten Bereich eignet sich der günstige Ultraschallsensor Proteus. Er kommuniziert über Funk mit einer Anzeigeeinheit, von der die Daten direkt abgelesen oder per USB mit einem PC abgerufen werden können. Der große Bruder, der Proteus „EcoCloud“, misst ebenfalls per Ultraschall und meldet den Füllstand regelmäßig über das Handynetz an einen Server. Die Daten können über ein Webportal von überall aus abgerufen werden.

Füllstandsmessung per Ultraschall auch über große Distanzen dank Handynetzanbindung. Bild: iNNO-Tec

Füllstandsmessung per Ultraschall auch über große Distanzen dank Handynetzanbindung.

Für schwierigere Medien wie Altöl steht der in Kooperation mit der schweizerischen KFA AG entwickelte modulare Füllstandsmesser KFA2 mit geführten Mikrowellen zur Verfügung. Der zum Tank passende Wellenleiter wird am Messgerät eingeschraubt. Das Komplettsystem enthält ein Datenkommunikationsgerät, das ebenfalls über das Handynetz in wählbaren zeitlichen Abständen regelmäßig den Füllstand übermittelt und ebenfalls ein Webportal bietet, über das der aktuelle Stand von überall ausgelesen werden kann.

So können die Werte zentral überwacht oder bei einem bestimmten Füllstand automatisch ein Signal „in x Tagen voll“ oder „in y Tagen leer“ abgesetzt werden. Übervolle Tanks oder eine Unterversorgung mit zwischengelagerten Stoffen gehören damit der Vergangenheit an. Über die Kosteneinsparungen bezahlen sich die Füllstandsmessgeräte in wenigen Monaten selbst.

Über iNNO-TEC
Die iNNO-TEC GmbH ist spezialisiert auf Instrumentierung in der Prozessautomation und überträgt bewährte Konzepte auf den Automatisierungsgedanken und die Prozessoptimierung. Eingegliedert in ein Netzwerk mit in Summe über 100 Jahren Erfahrung unter anderem im Bereich Füllstand, Durchfluss, Druck und Temperatur, will das Unternehmen sein Wissen und seine Erfahrung nutzbringend weitergeben. Kreativität, ein Blick auch für kleinste Prozessdetails sowie die Begeisterung für Technologie und Analysen machen sie zu einem zuverlässigen, flexiblen und schnellen Partner für die Prozessautomatisierung.

Weitere Informationen zum Thema finden Sie unter www.inno-tec.eu

Alle Bilder: iNNO-Tec

Michael Krause

Geschäftsführer der iNNO-TEC GmbH

Marco Antoni

Marco Antoni

Der Diplom-Physiker arbeitet seit Juni 2015 beim Redaktionsbüro Stutensee. Kontakt können Sie via Xing, Twitter und Facebook aufnehmen.

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