Ideal für hohe Anforderungen
Bild 02: Der Empfänger der Lichtschranke, angeschlossen an einen mit einer Metallummantelung geschützten Lichtleiter, ist in einem Bereich des Ofens installiert, dessen Umgebungstemperaturen für die Elektronik unproblematisch sind (Quelle: ipf Electronic)
Bild 03: Detailansicht des Lichtleiters für den Empfänger in gebogener Ausführung. Der Lichtleiterkopf befindet sich in einiger Entfernung von der Bohrung zum Feuerraum (Quelle: ipf Electronic)
Bei einem Besuch eines Applikationsspezialisten von ipf Electronic [2] sprach M. Krämer die Probleme an und nach eingehender Prüfung aller Lösungsmöglichkeiten wurde ihm eine Hochleistungslichtschranke empfohlen. Die Hochleistungslichtschranken sind bei ipf Electronic Systemlösungen aus Sender, Empfänger und Verstärker, darunter auch Multiplexverstärker zum Anschluss mehrerer Lichtschranken. Diese Gerätekombination zusammen mit extrem kurzwelligem Infrarotlicht als Sendesignal prädestinieren sie für Einsätze unter sehr rauen Umgebungsbedingungen. Je nach Auswahl von Sender, Empfänger und Verstärker erzielen die Systeme Reichweiten bis zu 70 m. Dennoch werden sie zumeist mit kürzeren Arbeitsabständen eingesetzt. Die aufgrund der hohen Sendeleistung verfügbaren Leistungsreserven lassen sich dann für eine effiziente Verschmutzungskompensation nutzen.
Lichtleiter zum Schutz der Elektronik
Für die Applikation bei EWI-Therm entschied sich ipf Electronic für einen Sender OS126120, einen Empfänger OE126020, ein Lichtleiterset LS102911 sowie einen Ein kanalverstärker OV620810 mit Schalt- und Analogausgang. Zur Füllstandskontrolle zwischen Feuerraum und Füllschacht des automatisch beschickten Ofens musste die Lichtschranke, im Unterschied zum Drehflügel-Füllstandsmelder, seitlich platziert werden (Bild 1). Da Sender sowie Empfänger einer maximalen Einsatztemperatur von 60 °C widerstehen, kommen zusätzlich metallum mantelte Glasfaserlichtleiter zum Einsatz, die für einen Temperaturbereich bis 300 °C ausgelegt sind, was für die geplante Abfrageposition ausreicht (Bild 2). „Dort befinden sich nun für die Lichtleiter der Einwegschranke zwei kleine, gegenüberliegende Bohrungen (Bild 3). Die Abfragestelle bzw. diese Umgebung ist für die Lichtleiter thermisch unkritisch, obwohl mitunter in der Anlage sehr hohe Temperaturen vorherrschen, zum Beispiel bis zu 1 200 °C in der direkt zum Feuerraum benachbarten Nachbrennkammer. Der Lichtaustritt der Glasfaserlichtleiter ist gebogene ausgeführt, was die Installation begünstigt. Sender und Empfänger hingegen sind in einem Bereich installiert, dessen Umgebungstemperaturen für die integrierte Elektronik unproblematisch sind“, erklärt M. Krämer.
Stets optimaler Brennstoffnachschub
Die Hochleistungslichtschranke soll den Füllstand des brennenden Materials im oberen Bereich des Feuerraums überwachen. Hierzu muss für den Verstärkers zunächst eine Grundleistung ermittelt werden. Ziel ist es dabei, eine Einstellung zu erreichen, bei der es durch normale Verschmutzungsbedingungen innerhalb der Lichtschranke zu keinem Signalwechsel kommt. M. Krämer präzisiert: „Zu Beginn wird Brennmaterial für die Anzündphase in den Feuerraum gefüllt. Anhand der dort gemessenen Temperatur erkennt die Ofensteuerung, ob der Brennstoff erfolgreich angezündet wurde. Anschließend wird so viel Brennmaterial nachgefüllt, bis die Lichtschranke unterbrochen wird und der Verstärker nicht mehr schaltet, was dem maximalen Füllstand entspricht. Sinkt dieser im Laufe des Verbrennungsprozesses unter dem ermittelten Sollwert, wird die Lichtschranke frei und ein Schaltausgang gesetzt, der dem Siloausträger signalisiert, Brennstoff nachzufüllen, bis die Lichtschranke erneut unterbrochen wird.“
Alarmausgang meldet Regelgrenzen
Zusätzlich zum Schaltausgang verfügt der Verstärker über einen Analogausgang, mit dem sich Sender und Empfänger anhand des 0...10-V-Messausgangs auch bei größeren Entfernungen exakt aufeinander ausrichten lassen. Der OV620810 kompensiert anfallende Verschmutzung innerhalb der Lichtschranke, indem er die Leistung des Senders verschmutzungsabhängig regelt. Außerdem wird automatisch ein Alarmausgang aktiviert, bevor der Verstärker aufgrund zunehmender Verschmutzung seine Regelgrenzen erreichen sollte. „Diese Funktion nutzen wir derzeit noch nicht, möchten sie aber zukünftig bei unseren Warmluftheizungen mit Siloaustragung berücksichtigen. Bei den bereits in Betrieb befindlichen Lösungen empfehlen wir den Kunden noch, die Lichtleiter zu säubern, wenn ohnehin der Ofen gereinigt und bspw. die Aschereste entfernt werden müssen, was in der Regel einmal pro Woche notwendig ist. Mit dem Testeingang am Verstärker können unsere Kunden überdies jederzeit prüfen, ob die Lichtschranke einwandfrei arbeitet oder gereinigt werden muss“, so M. Krämer.
Seit circa drei Jahren stattet EWI-Therm seine Warmluftheizungen mit Siloaustragung mit den Hochleistungslichtschranken von ipf Electronic zur Füllstandskontrolle aus. Bisher sind die gemachten Erfahrungen durchweg positiv, wie M. Krämer bestätigt: „Das robuste System ist eine echte Alternative zur vorherigen Lösung und arbeitet ohne Ausfälle stets zuverlässig. Und auch für unsere Kunden ist es einfacher geworden, da die Reinigung der Lichtschranke mit weitaus weniger Aufwand verbunden ist.“
Literatur
- Eisenwerke Winnweiler Krämer KG, Winnweiler: www.ewi-therm.de
- ipf Electronic GmbH, Lüdenscheid.