Was ist ein Niveauschalter und wozu wird er benötigt?

Was sind Niveauschalter, Füllstandsschalter, Füllstandsmesser und Füllstandsensoren? Wo werden sie verwendet?

Niveauschalter dienen der perfekten Kontrolle der Befüllung von Behältnissen wie z.B. einer Zisterne. Nachfolgend erläutere ich, wie Füllstandsschalter, Füllstandsmesser und Füllstandsensoren an verschiedenen Standorten zu unterschiedlichsten Zwecken eingesetzt werden und erkläre dir die Unterschiede der einzelnen Komponenten.

Technik, die begeistert: Messen von Befüllungen in geschlossenen Behältern und Systemen mit Niveauschaltern

Nicht nur in Fabriken, Industrieanlagen oder in Großgeräten ist es notwendig, genau zu wissen, wie viel flüssiges, pulverisiertes, granuliertes oder gasförmiges Verbrauchsmaterial in Tanks, Silos, Rohrleitungen oder Vorhaltebecken vorhanden ist. Auch im Privatbereich hat sich diese Technik längst unentbehrlich gemacht. In nahezu jedem Bad sorgt ein Spülkasten am WC für verbrauchsarmes Spülen der Toilette. Damit frisches Wasser nachströmen kann und der Spülkasten nicht überläuft, wurde in die Wasserzuleitung ein Pegelschalter mit Schwimmer eingebaut. Wurde der Spülkasten entleert, öffnet der Schalter und lässt frisches Wasser einströmen. Ist ein vorbestimmtes Volumen erreicht, wird der Zulauf vom Schwimmerschalter geschlossen.

Nach einem ähnlichen Prinzip funktioniert das sogenannte Aqua-Stop-System in Waschmaschinen sowie Geschirrspülern. Und es gibt sogar Kaffeemaschinen als Mengenbrüher wie die in meinem Büro, die zumeist durch Sensorentechnik oder über einen mechanischen Schwimmerschalter das Überlaufen der Kaffeekanne verhindern.

Präzise, zuverlässige Füllstandsmessung ist dir außerdem aus deinem Auto bekannt. Durch Sensoren oder Messsonden geben dir die Tankanzeige oder der Bordcomputer exakt Auskunft darüber, wie viel Kraftstoff noch im Tank vorhanden ist. Und sollte das Kühlsystem in deinem Wagen Kühlflüssigkeit verlieren oder im Bremskreislauf Bremsflüssigkeit austreten, sorgen Messsensoren dafür, dass in deinem Cockpit rechtzeitig Warnlampen aufleuchten.

Auch an einer Zisterne macht ein Niveauschalter Sinn. Er schaltet in diesen Fall die Tauchpumpe in der Zisterne an, wenn ein gewisser Wasserstand erreicht ist.

 

Wie funktionieren Füllstandschalter und Füllstandmesser?

Diese Schalter und Sensoren messen in der Regel den elektrischen Widerstand in einem Behälter oder System. auf diese Weise ermitteln die Geräte, ob ein Behältnis leer, voll oder teilweise mit Material befüllt ist. Füllstände in einfachen Systemen werden auch durch Schwimmer gemessen. Außerdem ist es möglich die Befüllung eines Behälters durch das Gesamtgewicht festzustellen. Bevorratet ein System oder Behälter ein Gas, kann die vorhandene Gasmenge zudem über Druckmesser oder Drucksensoren ermittelt werden. Erfahre in diesem Artikel, wie man den Druckschalter richtig einstellt.

 

Was ist der Unterschied zwischen Niveauschalter und Füllstandsschalter?

Im Prinzip gibt es keinen Unterschied, denn es handelt sich aus technischer Sicht um identische Schalter. Allerdings hat es sich eingebürgert, je nach Verwendungszweck eine andere Bezeichnung zu wählen.

Als Füllstandsschalter werden solche bezeichnet, die das Überlaufen oder Überfüllen eines Behälters oder Systems verhindern. Dabei handelt es sich zumeist um Schalter zur Erhöhung der Sicherheit, beispielsweise bei Tanklastzügen, Heizöltanks in Gebäuden oder eben der bereits erwähnte Schwimmerschalter im Spülkasten deiner Toilette.

Soll in einem Behälter eine zuvor festgelegte Mindestbefüllung nicht unterschritten und eine Maximalbefüllung nicht überschritten werden, spricht der Fachmann von einem Befüllungsniveau. Ein einfaches Beispiel dafür sind Schiffe. In diesen sind fast immer Lagertanks vorhanden und mindestens ein sogenannter Brauchtank. Damit der Motor eines Schiffes keinen am Tankboden abgelagerten Dieselschlamm ansaugt, wird eine Mindestbefüllmenge festgelegt. Wird diese erreicht, setzt der Niveauschalter Pumpen in Gang, obwohl eigentlich noch Diesel im Tank vorhanden ist. Damit der darin enthaltene Schlamm nicht angesaugt wird, wird rechtzeitig aus den Vorratstanks Kraftstoff in den Brauchtank umgepumpt. Ist das maximale Fassungsvermögen des Brauchtanks erreicht, werden die Pumpen abgeschaltet. Damit ist gewährleistet, dass immer ein vorgegebenes Kraftstoffniveau im Brauchtank verfügbar ist, reguliert durch die Niveauschalter.

Begriffsbestimmung:

  • Wenn die Flüssigkeit den Füllstandsschalter berührt, gibt sie ein Signal aus, um zu verhindern, dass die Flüssigkeit überläuft. Dies wird als vollständige Erkennung oder Erkennung der oberen Grenze bezeichnet.
  • Wenn andererseits der Flüssigkeitsstand beim Ablassen der Flüssigkeit abfällt, wird ein Niveauschalter verwendet, auch Pegelschalter genannt, um ein vollständiges Entleeren des Tanks zu verhindern. Dies wird als Leerzeichenerkennung oder Erkennung der unteren Grenze bezeichnet.

 

Was ist ein Füllstandsmesser?

Im Gegensatz zu Niveauschaltern messen Füllstandsmesser kontinuierlich das Volumen von Flüssigkeiten, Pulvern, Gasen oder granulierten Materialien.

  • Der Unterschied ist, dass ein Füllstandsschalter das Vorhandensein von Material nur an einem bestimmten Punkt erkennen kann.
  • Ein Füllstandsmesser ermittelt permanent und stufenlos einen Messwert des gesamten Materialvolumens in einem Tank oder Behälter, normalerweise von 0% bis 100%. Ein Füllstandsmesser kann also die vorhandene Befüllungsmenge detaillierter überwachen und, kombiniert mit einem Schalter, auch steuern. Dabei arbeiten Füllstandsmesser für gewöhnlich mit sehr niedrigen Spannungen, zumeist in einem Bereich von 4 bis 20 mA. Hierdurch kannst du diese Messsonden auch in leicht brennbaren Materialien einsetzen, ohne dass von ihnen eine Gefahr ausgeht. Achte aber unbedingt darauf, dass die tatsächliche Stromstärke im Niedervoltbereich liegt.

 

Technische und qualitative Anforderungen bei Niveauschaltern und Niveaumessern

Niveauschalter bzw. -messer müssen gewissen Anforderunen genügen:

  • Um ein Befüllungsniveau zu ermitteln oder die Nachfüllung eines Systems zu bewirken, werden generell energiesparende Schalter sowie Sensoren oder Sonden verwendet.
  • Je nach Verwendungszweck sind diese Sensortypen auch rauen Bedingungen Soll heißen, diese Geräte funktionieren zuverlässig auch bei extremen Temperaturen, hohen Drücken, starken Vibrationen und heftigen Stößen.
  • Die von Füllstandsensoren gemessenen Objekte sind stark diversifiziert. Deshalb werden für verschiedene Behälter und Füllmaterialien auch unterschiedliche Füllstandssensoren Ein Niveausensor für einen Tank mit Flüssigkeit darin sieht anders aus, als ein Sensor, der die Befüllung in einer Gasflasche anzeigt.

 

Füllstandsensoren mit verschiedenen Funktionsprinzipien

Du kannst keine Substanzen erkennen, wenn du nicht den optimalen Sensor für dieses spezifische Material auswählst. Deshalb rate ich dir unbedingt vor dem Kauf eines Schalters oder Sensors dessen genauen Verwendungszweck zu definieren und nur dafür passende Geräte einzukaufen.

Schalter zur Flüssigkeitserkennung

Flüssigkeitsstandsmesser und Wasserstandsmesser zum Messen und Erfassen von Flüssigkeiten. Typische Beispiele sind:

  • Float-Typ – wobei hier ein Schwimmer, der auf dem Flüssikeitsspiegel ruht, als Ein- und Ausschalter dient.
  • Ultraschallwellentyp – Verwendet die Reflexion einer Ultraschallwelle
  • Kapazitätstyp – Verwendet die Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeit
  • Druckart – Verwendet den Druck der Flüssigkeit oder des Gases

Jeder Typ hat Vor- und Nachteile. Flüssigkeitssensoren sind in der Regel überaus zuverlässig, einfach konstruiert sowie zu montieren und preisgünstig. Allerdings ist es typabhängig, unter welchen Bedingungen diese Sensoren zuverlässig arbeiten. Deshalb solltest du die Typbeschreibung genau studieren.

Einige Modelle sind nicht geeignet:

  • für viskose Flüssigkeiten
  • Flüssigkeiten mit niedrigem spezifischem Gewicht
  • in Situationen mit hoher Temperatur oder hohem Druck
  • im Vakuum
  • in verdampfenden Flüssigkeiten
  • staubiger Umgebung
  • wenn Hindernisse in der Flüssigkeit schwimmen Andere als Flüssigkeit erkennen (Niveauschalter)

 

Schaltertypen zum messen und nachweisen von Pulver und granulierten Materialien

Diese Schalter eignen sich:

  • Vibrationsart – Verwendet das Prinzip der Dämpfung eines Vibrationsstabs
  • Kapazitätstyp – Verwendet die Dielektrizitätskonstante des Pulvers
  • Paddeltyp – Verwendet das Prinzip, eine rotierende Schaufel zu verlangsamen oder anzuhalten
  • Ultraschallwellentyp – Verwendet die Reflexion einer Ultraschallwelle

Vorteil dieser Technik ist, dass auch dann Material erkannt wird, wenn sich dessen physikalische Eigenschaften geändert haben. Keine anfängliche Einstellung und Wartung erforderlich. Kann unter harten Bedingungen, beihohen Temperaturen und hohem Druck erkennen und messen. Kann auch klebende Pulver und granulierte Materialien messen. Kostengünstig und einfach zu bedienen.

Die Nachteile einiger Modelle sind,

  • dass an Orten mit starken Vibrationen Messungen unmöglich werden oder sehr ungenau sind.
  • dass Füllstände nicht gemessen werden, wenn sich die Dielektrizitätskonstante des Materials ändert.
  • dass dieser gewartet werden muss, da es sich um einen mechanischen Typ handelt.
  • dass teilweise kein Einsatz im Vakuum möglich ist.
  • dass Hindernisse im Granulat oder Pulver häufig zu Ausfällen oder Fehlmessungen führen.

 

Schalter und Sensoren für Spezialverwendungen

Spezielle Anwendungen erfordern auch ganz spezielle Niveau- bzw. Pegelschalter:

  • Kapazitätspegelschalter
    Dieser Niveauschalter erkennt das Vorhandensein von Material durch Ablesen von Kapazitätsänderungen. Diese Schalter können verschiedene Arten von Substanzen erfassen, von Flüssigkeiten über Pulver bis hin zu granulierten Materialien. Einige Konstruktionen sind darüber hinaus fähig, sogar Schaum oder Schlamm zu messen.

    Mein Tipp: diese Art Schalter ist ideal für Häuser mit Sickergrube oder Gülleschacht, denn sie bewahren dich davor, dass diese überlaufen.

  • Niveausensoren für Sedimente
    Erkennt zuverlässig mit Flüssigkeiten verbundene Sedimente.
  • Elektrodenwasserstandsmesser
    Kann über mehrere Messpunkte denn Flüssigkeitsstand im Freien messen, beispielsweise in Staudämmen, Gartenteichen oder im Pool. Wichtig ist einzig, dass die zu messende Flüssigkeit elektrisch leitfähig ist.
  • Optische Niveauschalter
    Diese Schalter und Sensoren nutzen den Brechungsindex von Licht. Diese sind optimal für kleine Geräte, werden gerne im Sanitärbereich, in der Getränkeindustrie und in der pharmazeutischen Produktion eingesetzt.