Füllstandsmessung in der automatisierten Industrie 4.0

Eine automatisierte Füllstandsmessung von Substanzen in Lagerbehältern ist in der Industrie 4.0 unverzichtbar. Für einen sicheren und stabilen Produktionsablauf ist eine kontinuierliche Überwachung der Füllstände Voraussetzung. WayCon Positionsmesstechnik bietet für viele Branchen eine bedarfsgerechte, automatisierte Füllstandsmessung.
Unterschieden wird dabei in zwei Hauptfelder:

• Die Überwachung der Füllstande für die Nachspeisung oder Stoppung des Füllprozesses sowie die Abfrage des Lagerstatus

• Das Auslösen von Sicherheitsmaßnahmen (wie z.B. Abschalten) bei Erreichen eines maximalen oder minimalen Füllstandes

Im ersten Fall spricht man von einer kontinuierlichen Füllstandskontrolle. Der Füllstand der zu überwachenden Substanzen kann zu jedem Zeitpunkt, an jeder Position des Behälters, erfasst werden und gewährleistet eine durchgängige Ablesung. Der Vorteil dabei ist, dass die Kapazitätsplanung bei unregelmäßiger Nutzung jederzeit dem Produktionsprozess angepasst werden kann.

Im zweiten Fall wird von einer „Grenzstandmessung“ gesprochen. Vordefinierte maximale und/ oder minimale Füllstände werden definiert und während des Produktionsablaufs überwacht. Bei Überschreitung oder Unterschreitung der entsprechenden Grenzwerte wird eine Aktion ausgelöst. Diese Überwachung eignet sich besonders bei andauernden Prozessen zur rechtzeitigen Zuführung oder Abführung der benötigten Substanzen. Außerdem dient die Grenzstandmessung als Sicherungsmaßnahme, z.B. zur Vermeidung einer Überfüllung durch Abschaltung des Systems.

Die verschiedenen Verfahren der Füllstandsmessung
Die Füllstandsmessungen erfolgen über berührende oder berührungslose Sensoren, die den Abstand zwischen dem Sensor und dem zu messenden Objekt ermitteln.

Füllstandsmessung mittels Ultraschall
Die klassische Füllstandsmessung erfolgt über Ultraschallsensoren. Die Messung durch Ultraschallsensoren ist eine berührungslose Messung und eignet sich für die kontinuierliche Füllstandskontrolle, wie auch für die Grenzstandmessung. Ultraschallsensoren senden eine hochfrequente Schwingung aus, welche durch das Messobjekt reflektiert wird. Anhand der Laufzeit zwischen „Senden und Empfangen“ werden die Abstände ermittelt. Der Vorteil dieser Messmethode ist, dass sie unabhängig von den verwendeten Substanz, wie z.B. Öl oder Wasser, ist.

Füllstandsmessung mittels magnetostriktivem Prinzip
Magnetostriktive Sensoren arbeiten kontaktlos und verschleissfrei. Durch einen Wellenleiter wird ein kurzer, konstanter Stromimpuls geschickt. Ein frei beweglicher Positionsmagnet reagiert auf die Stromimpulse mit einer entgegengesetzten Torsionswelle. Eine veränderte Lage des Positionsmagneten ruft eine veränderte Laufzeit des Antwortimpulses hervor. Diese wird schließlich mit Hilfe eines Impulswandlers in ein elektrisches Messsignal umgewandelt. Der Magnet wird in einem Schwimmkörper eingebettet und gewährleistet eine permanente Erfassung des Füllstandes. Die Magnetostriktion arbeitet berührungslos, jedoch muss der Schwimmkörper Kontakt mit dem zu messendem Medium haben.


Füllstandsmessung mittels Seilzug Seilzugsensoren gehören zu den berührenden Messmethoden. Ein Edelstahlmessseil wird einlagig auf eine Seiltrommel mit einer vorgespannten Triebfeder gewickelt. Das Messseil wird mit dem Messobjekt verbunden und zieht bei Veränderung der Position das Messseil aus der Trommel. Die Achse der Trommel ist fest mit einem elektronischen Element verbunden, das die mechanische Drehbewegung in ein proportionales elektrisches Signal umwandelt. Für die Füllstandsmessung wird das Messseil mit einem Schwimmkörper verbunden, der in Kontakt mit dem zu messendem Medium steht.

Füllstandsmessung mittels kapazitivem Prinzip
Kapazitive Sensoren messen die Veränderung der Kapazität. Dabei bilden der Sensor und das zu messende Objekt jeweils eine Platte wie bei einem Plattenkondensator. Das elektrische Feld dazwischen wird erfasst und ändert sich entsprechend des Abstandes. Diese Messmethode ist berührungslos und eignet sich sowohl für die kontinuierliche Messung wie auch für die Grenzstandmessung.