Bei winterlichen Straßenverhältnissen sind die Mitarbeiter der Streudienste auf funktionierende Technik angewiesen, dass die Straßen eisfrei bleiben. So muss die Streusalzlösung immer in der richtigen Konzentration zur Verfügung stehen. Die Sole sollte homogen und nicht verunreinigt sein, damit sich die feinen Düsen der Streufahrzeuge nicht zusetzen. Durchflussmesser, die nach dem SAW-Verfahren arbeiten, haben bei der Soleherstellungalles unter Kontrolle.
Die ASF Schwörer GmbH mit Sitz in Hüfingen im Schwarzwald-Baar-Kreis ist Spezialist für Anlagen zur Soleproduktion und -bevorratung für Winterdienstfahrzeuge. Produktionsanlagen unterschiedlicher Kapazität sind in vielen Kommunen und Straßenmeistereien im Einsatz. „Eine Herausforderung ist allerdings immer wieder die kontinuierliche Messung der Solekonzentration während des Produktionsprozesses“, berichtet Felix Böhe, Geschäftsführer der ASF Schwörer GmbH.
Stand der Technik sind hier sogenannte Biegeschwinger, die über einen Bypass mit der Anlage verbunden sind. Sie liefern zwar hochgenaue Messwerte, allerdings setzt sich der für diese Sensoren typische und nur 2 mm dünne Bypass im Betrieb je nach Salzqualität auch immer wieder zu, was in der Vergangenheit Reinigungsarbeiten notwendig machte. Im Winter sind durch solche ungeplanten Wartungsmaßnahmen verursachte Produktionsstillstände aber kaum tolerierbar. Besteht Glatteisgefahr, muss die Soleproduktion rund um die Uhr laufen, um die Streufahrzeuge mit Salzlösung zu versorgen. Eine wartungsfreie Alternative für die Konzentrationsmessung war deshalb dringend erforderlich.
Durchflussmessung nach SAW-Verfahren
Felix Böhe erinnert sich: „Bereits kurz bevor ich das Unternehmen 2019 übernommen habe, hat der Firmengründer Arno Schwörer deshalb mit Bürkert Fluid Control Systems Kontakt aufgenommen und während der Übergabephase haben wir dann in enger Zusammenarbeit mit den Fluidikspezialisten in Flowave für unsere Applikation eine passende Lösung gefunden.“
Der eingesetzte Durchflussmesser arbeitet nach dem patentierten SAW-Verfahren (Surface Acoustic Waves). Das hat den Vorteil, dass es keinerlei Einbauten oder Verengungen und damit auch keine Toträume im Messrohr gibt. Zudem wird ohne jeden Kontakt zwischen Sensorelementen und Medium gemessen. Es entstehen also keine Fluideinwirkungen auf die Sensorelemente. Das Messrohr verhält sich genauso wie ein gerades Stück der Rohrleitung, es kann sich also nichts festsetzen. Die Nennweite des Flowave wurde dazu an die Verrohrung der Applikation angepasst (DN 25). Im Gegensatz zu Biegeschwingern wird jetzt nicht nur die Konzentration einer über den Bypass abgezweigten Teilmenge, sondern die der kompletten Produktion gemessen. Die Steuerung der Produktionsanlage kann bei Bedarf dann das Mischungsverhältnis entsprechend nachregeln.
Ein Sensor für mehrere Parameter
Dank des SAW-Sensors ist zudem nicht nur eine kontinuierliche Konzentrationsmessung der Sole realisiert. Das Messprinzip liefert darüber hinaus auch die Medientemperatur und den Volumenstrom. Ein zusätzlicher Durchflussmesser wie bei den davor verwendeten Biegeschwingern ist damit nicht mehr notwendig. Optional können über den Dichtefaktor auch Gasblasen und Partikel in der Sole erkannt werden. Der Betreiber der Soleproduktionsanlagen kann diese Daten für die Dokumentation und Qualitätsüberwachung nutzen.
„Während der Testphase haben wir eng mit Bürkert zusammengearbeitet und wurden von den Fluidikspezialisten bestmöglich unterstützt, so dass wir schon nach kurzer Zeit und vor allem rechtzeitig vor der Wintersaison die neue kontinuierliche Konzentrationsmessung einsetzen konnten“, berichtet Felix Böhe. Tests für den Winterbetrieb im Sommer durchzuführen war dabei sehr anspruchsvoll, denn die Konzentrationsmessung muss an den Soleproduktionsanlagen auch bei Temperaturen von bis –20 °C zuverlässig funktionieren.
Wintereinsatz mit Bravour gemeistert
Mittlerweile hat sich Flowave im vergangenen Winter unter realen Einsatzbedingungen an einer großen Sole-Produktionsanlage mit ungefähr 3000 l/h Löseleistung so gut bewährt, dass zeitnah gleich eine weitere Anlage umgerüstet wurde. Weitere Anlagen werden folgen, zumal der Aufwand für die Umbaumaßnahmen überschaubar ist und Bürkert die Anlagenbauer dabei ebenfalls unterstützt, beispielsweise wenn applikationsspezifische Modifizierungen bei der Verrohrung notwendig werden. Bei neuen Anlagen wird ASF Schwörer die kontinuierliche Konzentrationsmessung jetzt standardmäßig einsetzen.
Das SAW-Messprinzip
Die zugrundeliegende Surface-Acoustic-Wave-Technologie (SAW) nutzt für die Messung eine Wellenausbreitung wie sie bei seismischen Aktivitäten (z.B. Erdbeben) auftritt. Der Hauptteil des Sensors besteht aus einem Messrohr, auf dessen Oberfläche Interdigitalwandler – sogenannte Transducer – angeordnet sind, die elektrisch angeregt die Wellenausbreitung starten.
Die Flowave-Technologie funktioniert mit vier Transducern, die jeweils als Sender und Empfänger operieren. Ist einer als Sender aktiv, arbeiten die beiden am weitesten entfernten als Empfänger. Die an der Rohroberfläche generierten Oberflächenwellen koppeln auch in die Flüssigkeit aus. Der Auskopplungswinkel ist abhängig von der Flüssigkeit bzw. der Geschwindigkeit der sich ausbreitenden Welle. Auf der anderen Seite des Messrohrs koppeln die Wellen wieder in das Messrohr ein und laufen zum nächsten Transducer. So führt die Anregung jedes Transducers zu einer Folge von Empfangssignalen an zwei anderen. Zwei Transducer senden also in Durchflussrichtung, zwei dazu entgegengesetzt. Der Volumendurchfluss ist proportional zur Zeitdifferenz der Dauer der Wellenausbreitung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung. Mit der entsprechenden mathematischen Auswertung liefern sie zudem Informationen zum Fluid selbst.
Die kontinuierliche Konzentrationsmessung nach dem SAW-Prinzip eignet sich daher auch für viele andere Branchen. Das gerade Messrohr ist ideal für Applikationen mit hohen Hygieneanforderungen. Die Geräte bieten wahlweise eine digitale Schnittstelle (über M12-Stecker) oder sind alternativ mit analoger 4…20 mA-Schnittstelle erhältlich. Ausführungen mit digitaler Datenanzeige vor Ort sind ebenso verfügbar wie eine Flowave L-Ausführung mit Atex-Zulassung für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen. Flowave gibt es für große Nennweiten bis DN 80 und das bei nur max. 6 kg Eigengewicht gegenüber vergleichbaren Sensoren, die bis zu 240 kg auf die Waage bringen.
