Niveaumessung für Lagertanks
mit Schaltautomatik

Niveaumessung für Lagertanks mit Schaltautomatik

Die Niveaumessung mit Schaltautomatik dient zur Überwachung und Steuerung des Wasserstands in drucklosen Lager-, Puffer- und Vorlagebehältern. Zwei Schwimmerschalter erfassen einen unteren und einen oberen Füllstand. Über das zugehörige Schaltrelais können abhängig von der elektrischen Einbindung Pumpen, Wasseraufbereitungsanlagen oder Meldungen angesteuert werden.

Das System eignet sich besonders für Permeat-, Reinwasser- und Prozesswassertanks. Es ermöglicht einen automatischen Tankbetrieb, ohne dass der Füllstand ständig manuell kontrolliert werden muss.

Vorteile der Niveaumessung

• zwei getrennte Schwimmerschalter für obere und untere Schaltpunkte

• automatische Überwachung des Tankfüllstands

• Schaltrelais zur elektrischen Auswertung

• Wandaufbaugehäuse für die stationäre Installation

• geeignet zur Start- und Stoppsteuerung einer Wasseraufbereitungsanlage

• Pumpenfreigabe bei ausreichendem Wasserstand möglich

• Trockenlaufschutz einer Entnahmepumpe realisierbar

• definierter Schaltabstand zwischen Mindest- und Maximalniveau

• geeignet für Lager-, Puffer- und Vorlagebehälter

• einfache Zweipunktsteuerung ohne kontinuierliche Füllstandsmessung

Lieferumfang

• zwei Schwimmerschalter

• Schaltrelais

• Wandaufbaugehäuse

Tank, Verrohrung, Pumpen, Anschlussleitungen und weitere Steuerungskomponenten sind projektspezifisch auszuwählen.

Funktionsprinzip mit zwei Schwimmerschaltern

Die beiden Schwimmerschalter werden auf unterschiedlichen Höhen im Tank angeordnet. Dadurch entstehen zwei definierte Schaltpunkte.

Eine typische Steuerungsfunktion ist:

• der untere Schwimmer erkennt den Mindestfüllstand

• die Wasseraufbereitungsanlage oder Nachspeisung wird freigegeben

• der Tank wird wieder befüllt

• der obere Schwimmer erkennt den maximalen Betriebsfüllstand

• die Befüllung wird beendet

• die nächste Befüllung beginnt erst wieder am unteren Schaltpunkt

Der Abstand zwischen den beiden Schwimmern bestimmt das nutzbare Schaltvolumen. Ein größerer Abstand führt zu längeren Laufzeiten der angeschlossenen Anlage. Ein kleiner Abstand führt zu häufigeren Start- und Stoppvorgängen.

Die konkrete Schaltfunktion hängt von der Verdrahtung, der Ausführung der angeschlossenen Anlage und dem gewünschten Betriebskonzept ab.

Technische Einordnung

Vor dem Einsatz mit Chemikalien, salzhaltigen Lösungen oder anderen Prozessmedien muss die Beständigkeit der Schwimmer, Kabel und Dichtungswerkstoffe geprüft werden.

Zweipunktsteuerung statt kontinuierlicher Füllstandsanzeige

Das System erfasst zwei feste Schaltpunkte. Es liefert keine kontinuierliche Anzeige des aktuellen Tankinhalts in Litern, Prozent oder Millimetern.

Damit eignet es sich besonders für einfache und robuste Automatikfunktionen wie:

• Tank leer oder Mindestniveau erreicht

• Tank ausreichend gefüllt

• Tank voll oder oberer Betriebsschaltpunkt erreicht

• Befüllung starten

• Befüllung stoppen

• Entnahmepumpe freigeben

• Entnahmepumpe sperren

Wird eine fortlaufende Füllstandsanzeige oder eine Übertragung des Messwerts als Analogsignal benötigt, ist eine kontinuierliche Niveaumessung erforderlich.

Automatische Befüllung eines Lagertanks

Bei der automatischen Tankbefüllung steuert die Niveaumessung die vorgeschaltete Wassererzeugung oder ein Nachspeiseventil.

Der typische Ablauf besteht aus:

• Wasserentnahme senkt den Tankfüllstand

• der untere Schwimmerschalter erreicht seine Schaltstellung

• die Wassererzeugung oder Nachspeisung wird eingeschaltet

• der Tank wird bis zum oberen Schwimmerschalter gefüllt

• das Schaltrelais beendet die Befüllung

• die Anlage bleibt bis zum nächsten unteren Schaltpunkt ausgeschaltet

Durch den Abstand der Schwimmer entsteht eine Schalthysterese. Dadurch wird verhindert, dass die angeschlossene Anlage bereits bei kleinen Wasserbewegungen ständig ein- und ausgeschaltet wird.

Steuerung einer Umkehrosmoseanlage

Bei Umkehrosmoseanlagen wird das erzeugte Permeat häufig in einem drucklosen Vorratstank gespeichert. Die Niveaumessung kann dabei die bedarfsgerechte Freigabe der Umkehrosmoseanlage übernehmen.

Der untere Schwimmer fordert neues Permeat an. Die Umkehrosmoseanlage produziert anschließend in den Tank, bis der obere Schwimmer den eingestellten maximalen Betriebsfüllstand erkennt.

Diese Betriebsweise ermöglicht:

• automatische Permeatbevorratung

• längere zusammenhängende Laufzeiten

• Verringerung unnötiger Start- und Stoppvorgänge

• Trennung von Permeatproduktion und Wasserverbrauch

• Bereitstellung einer definierten Betriebsreserve

• Versorgung kurzzeitiger Verbrauchsspitzen aus dem Tank

Die Umkehrosmoseanlage muss über einen geeigneten externen Freigabe- oder Schalteingang verfügen. Die elektrische Einbindung ist anhand des Schaltplans der Anlage auszuführen.

Steuerung einer Nanofiltrationsanlage

Auch bei Nanofiltrationsanlagen kann die Schaltautomatik zur füllstandsabhängigen Tankbefüllung eingesetzt werden.

Die Nanofiltrationsanlage arbeitet bis zum oberen Schaltpunkt. Nach der Wasserentnahme wird sie erst wieder freigegeben, wenn der untere Schwimmer erreicht wird. Auf diese Weise kann die Wasserproduktion vom wechselnden Verbrauch der nachgeschalteten Anlage entkoppelt werden.

Bei der Festlegung der Schwimmerpositionen sind zu berücksichtigen:

• Produktionsleistung der Nanofiltrationsanlage

• mittlerer Wasserverbrauch

• maximale kurzfristige Entnahme

• gewünschte Betriebsreserve

• erforderliche Mindestlaufzeit

• Leistung einer nachgeschalteten Pumpe

• zulässige Wasserstandzeit

• erforderlicher Abstand zum Überlauf

Trockenlaufschutz für Entnahmepumpen

Der untere Schwimmerschalter kann zur Sperrung einer Entnahme- oder Druckerhöhungspumpe verwendet werden. Sinkt der Tankfüllstand unter das festgelegte Mindestniveau, wird die Pumpe abgeschaltet oder ihre Freigabe aufgehoben.

Dadurch kann verhindert werden, dass:

• die Pumpe Luft ansaugt

• der Förderstrom abbricht

• die Pumpe trockenläuft

• Druckschwankungen im Versorgungsnetz entstehen

• nachgeschaltete Verbraucher unkontrolliert mit Luft beaufschlagt werden

Die Niveauschaltung ersetzt nicht automatisch die interne Trockenlaufsicherung der Pumpe. Bei kritischen Anwendungen können zusätzliche Schutzfunktionen erforderlich sein.

Pumpenfreigabe und Tankbefüllung kombinieren

Abhängig vom Steuerungskonzept können die Füllstandssignale sowohl für die Befüllung als auch für die Entnahme verwendet werden.

Mögliche Funktionen sind:

• Start und Stopp der vorgeschalteten Wasseraufbereitung

• Freigabe einer Entnahmepumpe

• Abschaltung bei Mindestfüllstand

• Meldung „Tank wird befüllt“

• Meldung „Tank voll“

• Störmeldung bei ausbleibender Befüllung

• Freigabe nachgeschalteter Verbraucher

• Verriegelung zwischen Befüll- und Entnahmebetrieb

Für mehrere gleichzeitige Steuerungsfunktionen können zusätzliche Relais, Koppelrelais oder eine übergeordnete SPS erforderlich sein.

Positionierung der Schwimmerschalter

Die Einbauhöhe der beiden Schwimmerschalter bestimmt das Betriebsverhalten des Tanks.

Der untere Schaltpunkt sollte so gewählt werden, dass:

• die Entnahmeöffnung weiterhin ausreichend mit Wasser überdeckt ist

• eine angeschlossene Pumpe keine Luft ansaugt

• ausreichend Reaktionszeit für die Nachspeisung vorhanden ist

• Sedimente am Tankboden die Schwimmerfunktion nicht beeinträchtigen

• ein erforderliches Restvolumen im Tank verbleibt

Der obere Schaltpunkt sollte so angeordnet werden, dass:

• ausreichend Abstand zum Tankdeckel vorhanden bleibt

• der Überlauf nicht dauerhaft beaufschlagt wird

• ein Sicherheitsvolumen oberhalb des Schaltpunkts verbleibt

• Wasserbewegungen keine unerwünschten Schaltvorgänge verursachen

• die Tankbelüftung nicht durch Wasser blockiert wird

Die Schwimmer müssen sich frei bewegen können. Tankwand, Leitungen, Kabel, Einbauten oder Strömungen dürfen ihre Bewegung nicht behindern.

Nutzbares Schaltvolumen

Das nutzbare Schaltvolumen ist die Wassermenge zwischen dem unteren und dem oberen Schwimmerschalter. Es ist kleiner als das gesamte Behältervolumen.

Für die Festlegung des Schaltvolumens sind relevant:

• Tankgeometrie

• Abstand zwischen den Schwimmern

• Leistung der Wasseraufbereitungsanlage

• Wasserverbrauch während der Befüllung

• gewünschte Anlagenlaufzeit

• notwendige Betriebsreserve

• Mindestüberdeckung der Entnahme

• Abstand zum Überlauf

• zulässige Standzeit des Wassers

Bei einem Rechtecktank kann das Volumen zwischen zwei Höhen näherungsweise aus der Grundfläche und dem Höhenabstand berechnet werden. Behälterrundungen, Einbauten und nicht vollständig nutzbare Bereiche müssen dabei berücksichtigt werden.

Geeignete Lagertanks

Die Niveaumessung kann in drucklosen Behältern eingesetzt werden, sofern eine geeignete und sichere Montage der Schwimmerschalter möglich ist.

Passende Behälter finden Sie beispielsweise in der Kategorie PE-HD-Rechtecktanks. Vor der Montage müssen Tanktyp, Deckel, Domöffnung, Wandstärke und vorgesehene Einbauposition geprüft werden.

Die Schwimmer dürfen nicht unkontrolliert an ungeeigneten Stellen durch die Tankwand geführt werden. Bei erforderlichen zusätzlichen Anschlüssen oder Halterungen ist eine fachgerechte Behälterbearbeitung notwendig.

Be- und Entlüftung bleibt erforderlich

Die Niveaumessung steuert den Füllstand, ersetzt aber keine ausreichend dimensionierte Tankbelüftung.

Beim Befüllen muss die verdrängte Luft aus dem Tank entweichen können. Bei der Entnahme muss Luft nachströmen. Eine verschlossene oder zu klein dimensionierte Be- und Entlüftung kann zu Überdruck, Unterdruck oder einer Verformung des Behälters führen.

Abhängig von Wasserqualität und Anwendung können erforderlich sein:

• einfache Be- und Entlüftung

• Partikelfilter

• Sterilfilter

• CO₂-Absorber

• kombinierte Belüftungs- und Hygienefilter

Passende Komponenten finden Sie beim Zubehör für Wassertanks.

Kein automatischer Überfüllschutz für jede Anwendung

Der obere Schwimmerschalter kann zum Abschalten der normalen Tankbefüllung verwendet werden. Daraus ergibt sich jedoch nicht automatisch ein zugelassener oder unabhängiger Überfüllschutz für jede Anwendung.

Abhängig von Medium, Tankgröße und gesetzlichen Anforderungen können zusätzlich erforderlich sein:

• unabhängiger Hochalarm

• mechanischer Überlauf

• separate Überfüllsicherung

• Leckageüberwachung

• Auffangwanne oder Auffangraum

• Sicherheitsabschaltung

• Störmeldung an eine zentrale Steuerung

Insbesondere bei wassergefährdenden Flüssigkeiten muss das erforderliche Sicherheitskonzept projektspezifisch festgelegt werden.

Elektrischer Anschluss

Schaltrelais und Schwimmerschalter müssen durch eine Elektrofachkraft angeschlossen werden. Vor der Verdrahtung sind die elektrischen Daten der angeschlossenen Wasseraufbereitungsanlage, Pumpe oder Steuerung zu prüfen.

Zu berücksichtigen sind insbesondere:

• Versorgungsspannung der Steuerung

• zulässige Schaltleistung

• Art des externen Freigabeeingangs

• potenzialfreier Kontakt oder geschaltete Spannung

• gewünschte Schaltlogik

• Sicherheitsverhalten bei Kabelbruch

• Schutzart des Einbauorts

• Leitungsführung und Zugentlastung

• Absicherung

• erforderliche Koppelrelais oder Schütze

Größere Pumpen und elektrische Verbraucher dürfen nicht ohne Prüfung direkt über das Schaltrelais betrieben werden. Abhängig von der Anschlussleistung kann ein separates Leistungsschütz erforderlich sein.

Inbetriebnahme und Funktionsprüfung

Vor dem regulären Betrieb muss die vollständige Schaltfunktion geprüft werden.

Empfohlene Prüfschritte sind:

• freie Beweglichkeit beider Schwimmer kontrollieren

• unteren Schaltpunkt manuell auslösen

• Start- oder Freigabefunktion prüfen

• oberen Schaltpunkt auslösen

• Abschaltfunktion prüfen

• Verhalten bei gleichzeitig betätigten Schwimmern kontrollieren

• Trockenlaufschutz der Pumpe testen

• Überlaufweg überprüfen

• elektrische Verriegelungen kontrollieren

• Schaltpunkte bei realer Befüllung beobachten

• Tank und Anschlüsse auf Dichtheit prüfen

Die Funktion sollte in regelmäßigen Abständen erneut geprüft werden. Ablagerungen, Kabelverschiebungen oder mechanische Behinderungen können das Schaltverhalten verändern.

Wartung

Schwimmerschalter sind regelmäßig auf Verschmutzung und freie Beweglichkeit zu kontrollieren. Besonders bei Prozesswasser, Brunnenwasser oder Flüssigkeiten mit Ablagerungsneigung können Beläge die Funktion beeinträchtigen.

Zu prüfen sind:

• Beweglichkeit der Schwimmer

• Zustand der Anschlusskabel

• Befestigung und Einbauposition

• Ablagerungen und Verunreinigungen

• sichere Kabeldurchführung

• Funktion des Schaltrelais

• Dichtheit der Einbaustellen

• korrekte Start- und Stoppfunktion

• Zustand des Wandaufbaugehäuses

• Änderungen am Anlagenbetrieb

Die Wartungsintervalle richten sich nach Wasserqualität, Tanknutzung, Schalthäufigkeit und Betriebsumgebung.

Abgrenzung zur Prozessmesstechnik

Die Schaltautomatik übernimmt eine einfache Füllstandssteuerung mit zwei festen Schaltpunkten. Für komplexere Anlagen können zusätzliche Mess- und Steuerfunktionen erforderlich sein, beispielsweise:

• kontinuierliche Füllstandsmessung

• Leitfähigkeitsmessung

• Durchflussmessung

• Drucküberwachung

• Temperaturmessung

• pH- oder Redoxmessung

• Datenaufzeichnung

• Fernüberwachung

• Einbindung in eine SPS oder Gebäudeleittechnik

Auf unserer Homepage finden Sie weitere Informationen zur Messtechnik für Wasseraufbereitungsanlagen.

Angaben für die technische Zuordnung

Vor der Bestellung oder elektrischen Einbindung sollten folgende Angaben vorliegen:

• Tanktyp und Tankvolumen

• gespeichertes Medium

• gewünschte Einbaupositionen der Schwimmer

• unterer und oberer Schaltpunkt

• gewünschte Steuerungsfunktion

• Typ der Wasseraufbereitungsanlage

• Ausführung des externen Freigabeeingangs

• Daten der Entnahmepumpe

• Versorgungsspannung

• erforderliche Schaltleistung

• gewünschte Alarm- und Sicherheitsfunktionen

• Aufstellort und Umgebungsbedingungen

• vorhandene übergeordnete Steuerung

Standardsteuerung oder individuelle Tankausrüstung

Die Niveaumessung mit zwei Schwimmern eignet sich für standardisierte Start-, Stopp- und Freigabefunktionen. Werden kontinuierliche Füllstandswerte, zusätzliche Sicherheitsstufen, mehrere Pumpen, frequenzgeregelte Druckerhöhungen oder eine SPS-Anbindung benötigt, ist eine projektspezifische Tanksteuerung erforderlich.

Auf unserer Homepage finden Sie weitere Informationen zu unserem individuellen Tank- und Behälterbau einschließlich Niveaumessung, Verrohrung, Pumpentechnik und Steuerungseinbindung.