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Schwimmerschalter auswählen: Schaltpunkte, Dichte und Montage richtig planen

Veröffentlicht am von Lukas Achtelik
Hängeschwimmerschalter im Tank – Schaltpunkt, Dichte und Einbaulage richtig planen
→ Produktkategorie: Schwimmschalter

 

Schwimmerschalter gehören zu den einfachsten und robustesten Lösungen für die Grenzstanderfassung in Tanks, Behältern, Schächten und Prozessanlagen. Sie melden beispielsweise einen minimalen Füllstand, schützen eine Pumpe vor Trockenlauf oder lösen bei einem maximalen Füllstand einen Überfüllalarm aus.

Die einfache Funktionsweise darf jedoch nicht darüber hinwegtäuschen, dass ein Schwimmerschalter sorgfältig ausgelegt werden muss. Der gewünschte Schaltpunkt hängt nicht nur von der Einbaulänge ab. Auch Dichte und Viskosität des Mediums, Schwimmerform, Einbaulage, Schalthysterese, Totbereiche und mechanische Einbaubedingungen beeinflussen die tatsächliche Funktion.

Ebenso wichtig ist die elektrische Auslegung. Reedkontakte sind häufig potentialfrei und benötigen keine eigene Hilfsenergie, dürfen aber nur innerhalb ihrer zulässigen Schaltleistung betrieben werden. Beim direkten Schalten von Ventilen, Schützen oder anderen induktiven Lasten können die Kontakte andernfalls beschädigt werden.

Inhaltsverzeichnis

Grenzstand statt kontinuierlicher Füllstandmessung

Ein Schwimmerschalter erfasst keinen kontinuierlichen Messwert über die gesamte Behälterhöhe. Er meldet lediglich, ob ein definierter Füllstand erreicht oder verlassen wurde.

Typische Schaltaufgaben sind:

  • Minimalfüllstand melden,
  • Pumpe vor Trockenlauf schützen,
  • Maximalfüllstand überwachen,
  • Überfüllalarm auslösen,
  • Pumpe ein- oder ausschalten,
  • Ventil oder Zulauf freigeben,
  • zwei Füllstände für eine Zweipunktregelung erfassen,
  • mehrere Alarm- und Steuerpunkte in einem Behälter überwachen.

Für eine reine Min-/Max-Meldung ist ein Schwimmerschalter häufig einfacher als ein kontinuierlicher Füllstandsensor. Er benötigt keine Skalierung des Messbereichs und liefert ein eindeutiges binäres Signal.

Muss dagegen der aktuelle Tankinhalt, ein Füllstandstrend oder eine kontinuierliche Regelgröße erfasst werden, ist ein kontinuierlicher Füllstandtransmitter meist geeigneter. Ein Schwimmerschalter kann dann zusätzlich als unabhängiger Grenzstandschalter eingesetzt werden.

Wie funktioniert ein Schwimmerschalter?

Bei einem klassischen vertikalen Schwimmerschalter bewegt sich ein Schwimmer entlang eines Führungsrohres mit dem Flüssigkeitsstand. Im Schwimmer befindet sich ein Permanentmagnet. Im Inneren des Führungsrohres sitzen ein oder mehrere Reedkontakte.

Erreicht der Schwimmer einen Reedkontakt, wirkt das Magnetfeld durch die nicht magnetische Wandung des Führungsrohres und betätigt den Kontakt. Der Schaltvorgang erfolgt dadurch:

  • berührungslos zwischen Schwimmer und Kontakt,
  • ohne mechanische Durchführung in das Gehäuse,
  • ohne eigene elektrische Versorgung des Kontakts,
  • mit einem potentialfreien Schaltsignal.

Bei seitlichen Schwimmerschaltern ist der Schwimmer häufig an einem Hebel befestigt. Der Flüssigkeitsstand bewegt den Hebel, dessen Magnet den Reedkontakt im feststehenden Schaltergehäuse betätigt.

Die Auftriebskraft des Schwimmers ergibt sich vereinfacht aus:

FA = ρ × g × Vverdrängt

Dabei ist ρ die Dichte des Mediums, g die Erdbeschleunigung und Vverdrängt das vom Schwimmer verdrängte Flüssigkeitsvolumen. Sinkt die Dichte des Mediums, muss der Schwimmer tiefer eintauchen, um genügend Auftrieb zu erzeugen.

Min-, Max- und Mehrfachschaltpunkte planen

Vor der Produktauswahl muss festgelegt werden, welche Aufgabe jeder Schaltpunkt erfüllen soll.

Schaltpunkt Typische Funktion Planungshinweis
Low-Low Trockenlaufschutz oder Notabschaltung Muss noch ausreichend Restmedium oberhalb des Pumpenansaugpunkts sicherstellen
Low Pumpe einschalten oder Nachfüllung starten Abstand zum Low-Low-Punkt gegen häufiges Schalten vorsehen
High Pumpe ausschalten oder Zulauf schließen Regelhysterese und Nachlauf des Prozesses berücksichtigen
High-High Unabhängiger Überfüllalarm Ausreichenden Abstand zur maximal zulässigen Füllhöhe einhalten

Bei mehreren Schaltpunkten müssen die Abstände so gewählt werden, dass der Schwimmer jeden Kontakt sicher überfahren kann. Der Schwimmer benötigt außerdem oberhalb und unterhalb des nutzbaren Schaltbereichs ausreichend Bewegungsraum.

Ein häufiger Planungsfehler besteht darin, den untersten Schaltpunkt unmittelbar am Ende des Führungsrohres oder den obersten direkt unter dem Prozessanschluss anzuordnen. Dort kann der Schwimmer den erforderlichen Magnetweg konstruktiv nicht vollständig ausführen.

Bei Pumpensteuerungen sollten Ein- und Ausschaltpunkt ausreichend weit auseinanderliegen. Ein zu kleiner Abstand führt zu häufigen Schaltspielen, erhöhtem Verschleiß der Pumpe und unruhigem Anlagenbetrieb.

Schalthöhe, Rückschaltpunkt und Totbereich

Die angegebene Schalthöhe wird bei vertikalen Schwimmerschaltern in der Regel von einer definierten Bezugsebene des Prozessanschlusses bis zum Schaltpunkt gemessen. Welche Bezugsebene gilt, muss aus Zeichnung und Datenblatt hervorgehen.

Drei Werte müssen unterschieden werden:

  • Nomineller Schaltpunkt: Konstruktiv festgelegte Position des Reedkontakts.
  • Tatsächlicher Einschaltpunkt: Flüssigkeitshöhe, bei der der Kontakt beim steigenden oder fallenden Füllstand umschaltet.
  • Rückschaltpunkt: Position, bei der der Kontakt bei entgegengesetzter Bewegungsrichtung wieder zurückschaltet.

Zwischen Schalt- und Rückschaltpunkt liegt eine Hysterese. Sie entsteht durch die Magnetfeldstärke, den Reedkontakt und die Geometrie des Schwimmers.

Zusätzlich bestehen konstruktive Totbereiche:

  • zwischen Prozessanschluss und oberstem erreichbaren Schaltpunkt,
  • zwischen unterstem Schaltpunkt und Schwimmeranschlag,
  • zwischen mehreren Kontakten, falls ein Schwimmer mehrere Punkte bedienen soll.

Der bestellte Schaltpunkt darf deshalb nicht allein aus der gesamten Behälterhöhe abgeleitet werden. Prozessanschluss, Stutzenlänge, Behältergeometrie, Schwimmerabmessung und erforderliche Totbereiche müssen einbezogen werden.

Einfluss der Mediumdichte auf den Schaltpunkt

Die Grenzdichte gibt an, welche minimale Dichte ein Medium besitzen muss, damit der ausgewählte Schwimmer ausreichend aufschwimmt und den Schaltkontakt zuverlässig erreicht.

Bei einem Medium mit geringer Dichte taucht derselbe Schwimmer tiefer ein als in Wasser. Der tatsächliche Schaltpunkt verschiebt sich dadurch geringfügig.

Besonders wichtig ist die Dichteprüfung bei:

  • Leichtölen,
  • Diesel und Kraftstoffen,
  • Kältemitteln,
  • Lösungsmitteln,
  • Flüssiggasen,
  • heißen Prozessflüssigkeiten,
  • Medien mit wechselnder Zusammensetzung.

Die Dichte muss bei der tatsächlichen Betriebstemperatur betrachtet werden. Viele Flüssigkeiten besitzen bei höheren Temperaturen eine geringere Dichte als bei Raumtemperatur.

Liegt die Betriebsdichte nur knapp oberhalb der angegebenen Grenzdichte, können Fertigungstoleranzen, Temperaturänderungen, Beläge oder zusätzliche Reibung die Funktionsreserve reduzieren. In diesem Fall sollte ein Schwimmer mit niedrigerer Grenzdichte beziehungsweise höherem Auftriebsvolumen gewählt werden.

Eine pauschale Bestellung mit der Angabe „für Öl“ ist daher nicht ausreichend. Erforderlich sind mindestens die genaue Ölsorte, minimale Dichte und maximale Betriebstemperatur.

Viskosität, Ablagerungen und Feststoffe

Die Dichte bestimmt, ob der Schwimmer grundsätzlich aufschwimmt. Die Viskosität beeinflusst dagegen, wie frei und schnell er sich bewegen kann.

Bei hochviskosen oder anhaftenden Medien können folgende Probleme auftreten:

  • verzögerte Schwimmerbewegung,
  • klebrige Ablagerungen am Führungsrohr,
  • erhöhte Reibung zwischen Schwimmer und Führungsrohr,
  • Festkleben nach längeren Stillstandszeiten,
  • abweichender Rückschaltpunkt,
  • blockierter Hebel bei seitlichen Ausführungen.

Auch Feststoffe, Fasern oder auskristallisierende Bestandteile können den Schwimmer behindern. Bei stark verschmutztem Abwasser kann ein frei hängender Schwimmerschalter geeigneter sein als ein eng geführter Schwimmer auf einem dünnen Gleitrohr.

Bei anhaftenden Medien müssen Schwimmerform, Spaltmaße und Reinigungsmöglichkeiten bewertet werden. Ein größerer Schwimmer mit mehr Auftrieb kann günstiger sein, ersetzt aber keine Prüfung der Ablagerungsneigung.

Schaum kann ebenfalls problematisch sein. Ein Schwimmer reagiert auf den Auftrieb der Flüssigkeit und nicht zuverlässig auf eine leichte Schaumschicht. Soll ausdrücklich eine Schaumgrenze erkannt werden, ist häufig ein anderes Messprinzip erforderlich.

Vertikalen oder seitlichen Einbau wählen

Schwimmerschalter sind hauptsächlich für vertikalen oder seitlichen Einbau erhältlich.

Ausführung Vorteile Typische Einschränkungen
Vertikaler Einbau Mehrere Schaltpunkte möglich, genaue Positionierung entlang des Führungsrohres Benötigt Einbauraum oberhalb oder unterhalb des Behälters
Seitlicher Einbau Kompakt, einfacher einzelner Grenzpunkt, auch bei geringer Behälterhöhe Schaltpunkt im Wesentlichen durch Einbaustutzen festgelegt
Hängeschwimmerschalter Großer Bewegungsraum, geeignet für Schächte sowie teilweise verschmutzte Medien Benötigt ausreichend freie Fläche und definierte Kabel- beziehungsweise Schwimmerbewegung
Schalter im Bezugsgefäß Schaltposition von außen entlang der Bypasskammer veränderbar Zusätzliche Bypasskammer und Prozessanschlüsse erforderlich

Die Einbaulage ist konstruktiv festgelegt. Ein für vertikalen Einbau vorgesehener Schwimmerschalter darf nicht ohne ausdrückliche Freigabe waagerecht montiert werden.

Bei seitlichen Schaltern kann sich durch eine Drehung des Schalters teilweise die Schaltfunktion ändern. Dies gilt jedoch nur für dafür vorgesehene Modelle und muss anhand der Montageanleitung geprüft werden.

Vertikale Schwimmerschalter richtig auslegen

Vertikale Schwimmerschalter werden üblicherweise von oben oder unten in den Behälter eingebaut. Der Schwimmer bewegt sich entlang eines Führungsrohres.

Für die Auslegung werden benötigt:

  • Position der Dicht- beziehungsweise Flanschfläche,
  • Länge des Behälterstutzens,
  • gewünschte Schalthöhen,
  • Gesamtlänge des Führungsrohres,
  • Anzahl und Funktion der Kontakte,
  • Schwimmerabmessungen,
  • Totbereiche und Anschläge,
  • Einbau von oben oder unten.

Bei einer Montage von unten kehrt sich die mechanische Bewegungsrichtung gegenüber einer Montage von oben um. Die elektrische Schaltfunktion muss daher eindeutig für den tatsächlichen Einbau definiert werden.

Das Führungsrohr darf sich nicht durch Strömung, Rührwerke oder mechanische Belastung verbiegen. Bei langen Ausführungen können zusätzliche Führungen oder Abstützungen erforderlich sein.

Der Schwimmer muss ausreichend Abstand zu Behälterwand, Einbauten, Heizschlangen und Ansaugrohren besitzen. Er darf an keiner Stelle anstoßen oder eingeklemmt werden.

Seitliche Schwimmerschalter richtig montieren

Seitliche Schwimmerschalter werden über einen Gewinde-, Flansch- oder anderen Prozessanschluss horizontal in die Behälterwand eingebaut. Der gewünschte Schaltpunkt wird im Wesentlichen durch die Höhe des Anschlussstutzens bestimmt.

Bei der Montage sind insbesondere zu beachten:

  • vorgeschriebene Einbaurichtung,
  • Bewegungsrichtung des Schwimmerhebels,
  • freie Bewegungsfläche im Behälter,
  • Wandstärke und Länge des Anschlussstutzens,
  • Abstand zu Einlauf, Rührwerk und Ansaugstelle,
  • korrekte Lage des Kabel- oder Gehäuseausgangs.

Ein zu langer oder zu enger Behälterstutzen kann verhindern, dass sich der Schwimmer vollständig bewegt. Bei der Auslegung muss deshalb nicht nur die Anschlussgröße, sondern auch die innere Geometrie des Stutzens berücksichtigt werden.

Bei turbulenter Befüllung sollte der Schalter nicht direkt im Einlaufstrahl montiert werden. Andernfalls kann der Schwimmer vorzeitig oder unruhig schalten.

Schließer, Öffner und Wechsler auswählen

Die Schaltfunktion wird üblicherweise für eine definierte Bewegungsrichtung angegeben, beispielsweise für steigenden Füllstand.

Kontaktfunktion Verhalten am Schaltpunkt Typischer Einsatz
Schließer Kontakt schließt beim Erreichen des Schaltpunkts Alarm oder SPS-Eingang wird beim Grenzstand aktiviert
Öffner Kontakt öffnet beim Erreichen des Schaltpunkts Ruhestromprinzip und leitungsüberwachte Sicherheitsfunktionen
Wechsler Ein Kontakt öffnet, ein zweiter schließt Flexible Auswertung oder parallele Zustandsmeldung

Die Bezeichnung Min- oder Max-Schalter beschreibt allein noch nicht die elektrische Kontaktfunktion. Ein Maximalstand kann mit einem Schließer oder Öffner überwacht werden.

Für sicherheitsrelevante Meldungen wird häufig das Ruhestromprinzip bevorzugt. Dabei ist der Stromkreis im normalen Zustand geschlossen. Kabelbruch, Spannungsverlust oder Kontaktöffnung führen dann ebenfalls zu einer Störmeldung.

Ob dieses Prinzip mit dem ausgewählten Kontakt und der angeschlossenen Auswerteeinheit vollständig umgesetzt wird, muss im Stromlaufplan eindeutig dargestellt sein.

Reedkontakt und elektrische Anbindung

Ein Reedkontakt besteht aus ferromagnetischen Kontaktzungen in einem hermetisch verschlossenen Glasröhrchen. Das Magnetfeld des Schwimmers bewegt die Kontaktzungen und öffnet oder schließt den Stromkreis.

Typische Eigenschaften sind:

  • potentialfreier Kontakt,
  • keine eigene Hilfsenergie erforderlich,
  • galvanische Trennung vom Prozess,
  • geringer mechanischer Verschleiß,
  • geeignet für SPS-Eingänge, Trennschaltverstärker oder Koppelrelais.

Der Reedkontakt liefert jedoch kein elektronisch verstärktes Ausgangssignal. Der angeschlossene Stromkreis muss hinsichtlich Spannung, Strom und Lastart zur Kontaktbelastbarkeit passen.

Bei der SPS-Anbindung sind zu prüfen:

  • Eingangsspannung der SPS,
  • Eingangsstrom beziehungsweise Benetzungsstrom,
  • Schaltfunktion des Kontakts,
  • gemeinsames Bezugspotenzial,
  • Kabelbruchüberwachung,
  • erforderliche galvanische Trennung,
  • Leitungslänge und Störeinflüsse.

Bei mehreren Kontakten muss eindeutig dokumentiert sein, welche Ader zu welchem Schaltpunkt und welcher Kontaktfunktion gehört.

Schaltleistung und Kontaktschutz beachten

Reedkontakte sind für die Signalübertragung ausgelegt und nicht automatisch zum direkten Schalten größerer Verbraucher geeignet.

Kritische Lasten sind insbesondere:

  • Magnetventile,
  • Schütze und Relais mit großen Spulen,
  • Motoren und Pumpen,
  • Signalleuchten mit hohem Einschaltstrom,
  • lange Leitungen mit hoher Kapazität,
  • elektronische Eingänge mit großen Ladekondensatoren.

Induktive Lasten erzeugen beim Abschalten Spannungsspitzen. Kapazitive Lasten können beim Einschalten hohe Stromspitzen verursachen. Beides kann die Kontaktoberflächen beschädigen oder ein Verschweißen des Reedkontakts verursachen.

Für größere Lasten sollte der Schwimmerschalter daher nur ein geeignetes Koppelrelais, einen Trennschaltverstärker oder einen SPS-Eingang ansteuern. Je nach Last können zusätzlich Freilaufdiode, RC-Glied, Varistor oder eine andere Schutzbeschaltung erforderlich sein.

Maßgeblich sind immer:

  • maximale Schaltspannung,
  • maximaler Schaltstrom,
  • maximale Schaltleistung,
  • zulässige Lastart,
  • AC- oder DC-Betrieb.

Die zulässigen Einzelwerte dürfen nicht unabhängig voneinander betrachtet werden. Auch wenn Spannung und Strom jeweils unter ihrem Maximalwert liegen, kann die zulässige Schaltleistung bereits überschritten sein.

Schwimmerschalter im Ex-Bereich

In explosionsgefährdeten Bereichen muss die konkrete Schwimmerschalterausführung für die vorhandene Zone, Gas- oder Staubgruppe, Temperaturklasse und Umgebungstemperatur zugelassen sein.

Bei einer eigensicheren Ausführung umfasst die Bewertung den vollständigen Stromkreis:

  • Schwimmerschalter,
  • Leitung,
  • Trennschaltverstärker oder Ex-Barriere,
  • SPS-Eingang beziehungsweise Auswerteeinheit,
  • weitere angeschlossene Geräte.

Ein normaler Reedkontakt darf nicht allein deshalb in einer Ex-Zone eingesetzt werden, weil er potentialfrei arbeitet. Erforderlich sind die passende Ex-Zulassung und die Einhaltung der elektrischen Grenzwerte des vollständigen Stromkreises.

Bei Namur- oder eigensicheren Schaltungen kann zusätzlich ein geeigneter Trennschaltverstärker erforderlich sein. Kabel, Klemmen, Gehäuse, Verschraubungen und Erdung müssen dem jeweiligen Explosionsschutzkonzept entsprechen.

Auch bei einfachen Schwimmerschaltern sind Zertifikat, Typenschild, besondere Bedingungen und zugelassene Umgebungstemperatur zu prüfen.

Werkstoffe und Medienverträglichkeit

Neben Dichte und Viskosität muss die chemische Beständigkeit sämtlicher medienberührter Teile geprüft werden.

Dazu gehören je nach Ausführung:

  • Schwimmer,
  • Führungsrohr oder Hebel,
  • Prozessanschluss,
  • Dichtungen,
  • Anschlag- und Sicherungsringe,
  • Schutzrohre oder Schwimmerkäfige.

Typische Werkstoffe sind Edelstahl, verschiedene Kunststoffe und korrosionsbeständige Sonderwerkstoffe. Die Eignung hängt ab von:

  • chemischer Zusammensetzung des Mediums,
  • Konzentration,
  • Prozess- und Reinigungstemperatur,
  • Druck,
  • möglichen Verunreinigungen,
  • Reinigungs- und Desinfektionsmitteln.

Eine Edelstahlversion ist nicht automatisch für jede Säure oder chloridhaltige Flüssigkeit geeignet. Kunststoffschwimmer können gegenüber bestimmten Lösungsmitteln, Kraftstoffen oder hohen Temperaturen ungeeignet sein.

Bei Lebensmittel-, Trinkwasser- oder Pharmaanwendungen müssen zusätzlich die erforderlichen Zulassungen und hygienischen Werkstoffe der vollständigen Ausführung geprüft werden.

Mechanische Montage und Kabelausgang

Ein korrekt ausgewählter Schwimmerschalter kann durch eine ungeeignete Montage trotzdem ausfallen.

Wichtige Montagepunkte sind:

  • Schwimmer muss sich über den gesamten Weg frei bewegen können.
  • Die vorgeschriebene Einbaulage muss eingehalten werden.
  • Der Prozessanschluss darf nicht verspannt montiert werden.
  • Schalter nicht direkt im Einlaufstrahl anordnen.
  • Ausreichenden Abstand zu Rührwerken und Ansaugleitungen vorsehen.
  • Führungsrohr vor Verbiegen und mechanischen Stößen schützen.
  • Kabelverschraubung entsprechend Kabeldurchmesser anziehen.
  • Gehäusedeckel und Dichtungen korrekt verschließen.

Der Kabelausgang sollte so angeordnet werden, dass kein Wasser entlang des Kabels in die Verschraubung läuft. Bei Außenmontage kann eine nach unten geführte Kabelschlaufe als Tropfschleife sinnvoll sein.

Bei starken Vibrationen müssen Kabel und Gehäuse mechanisch entlastet werden. Das Anschlusskabel darf nicht das Gewicht eines Hängeschwimmerschalters tragen, sofern es nicht ausdrücklich dafür vorgesehen ist.

Nach der Montage sollte die Funktion durch kontrolliertes Befüllen beziehungsweise durch eine geeignete mechanische Funktionsprüfung verifiziert werden.

Typische Fehlfunktionen und Auswahlfehler

Die Grenzdichte des Schwimmers ist zu hoch

Der Schwimmer taucht im Medium zu tief ein oder schwimmt nicht zuverlässig auf. Der Schaltpunkt wird nicht oder erst zu spät erreicht.

Die Dichte wurde nur bei Raumtemperatur betrachtet

Bei hoher Prozesstemperatur sinkt die Dichte des Mediums und unterschreitet möglicherweise die erforderliche Grenzdichte.

Der Schaltpunkt wird ohne Totbereich geplant

Der Schwimmer kann den Kontakt am Ende des Führungsrohres oder unmittelbar unter dem Prozessanschluss nicht vollständig überfahren.

Ein seitlicher Schalter wird verdreht eingebaut

Der Schwimmer bewegt sich in die falsche Richtung oder die gewünschte Schaltfunktion wird umgekehrt.

Der Einbaustutzen blockiert den Schwimmer

Ein zu langer oder zu enger Stutzen begrenzt den Bewegungsweg des seitlichen Schwimmers.

Der Reedkontakt schaltet direkt ein Magnetventil

Induktive Spannungsspitzen überlasten den Kontakt und führen zu vorzeitigem Ausfall oder Verschweißen.

Der Schalter wird direkt im Zulauf montiert

Turbulenzen und Strömungskräfte verursachen unruhiges oder vorzeitiges Schalten.

Beläge am Führungsrohr werden nicht berücksichtigt

Der Schwimmer bewegt sich verzögert, bleibt hängen oder schaltet nicht mehr zurück.

Min- und Max-Schaltpunkt liegen zu dicht zusammen

Die Pumpe oder das Ventil schaltet zu häufig und der Prozess beginnt zu takten.

Der Ex-Nachweis umfasst nur den Schwimmerschalter

Barriere, Leitung und Auswerteeinheit werden nicht als vollständiger eigensicherer Stromkreis bewertet.

Praxisbeispiel: Min-/Max-Überwachung eines Öltanks

Ein Vorratstank enthält ein dünnflüssiges Industrieöl. Der Tank soll mit zwei Schaltpunkten überwacht werden:

  • Minimalstand zum Abschalten der Förderpumpe,
  • Maximalstand zum Schließen des Zulaufventils.

Die Prozessdaten lauten:

  • Mediumdichte bei Raumtemperatur: 820 kg/m³,
  • minimale Dichte bei maximaler Betriebstemperatur: 780 kg/m³,
  • Medientemperatur: +10 bis +80 °C,
  • Behälter drucklos,
  • vertikaler Einbau von oben,
  • Schaltsignal an eine 24-V-SPS,
  • keine explosionsgefährdete Atmosphäre.

Für die Schwimmerauswahl wird nicht die Dichte bei Raumtemperatur, sondern die minimale Betriebsdichte von 780 kg/m³ verwendet. Der ausgewählte Schwimmer muss eine deutlich niedrigere Grenzdichte besitzen, damit auch bei maximaler Temperatur genügend Funktionsreserve vorhanden ist.

Der Low-Schaltpunkt wird so angeordnet, dass der Pumpenansaugstutzen noch sicher überdeckt bleibt. Der High-Schaltpunkt liegt ausreichend unterhalb des maximal zulässigen Tankinhalts, damit Nachlauf und Verzögerungszeiten des Zulaufventils berücksichtigt werden.

Zwischen den beiden Punkten wird ein ausreichender Abstand vorgesehen, damit Pumpe und Zulauf nicht bei kleinen Pegelschwankungen ständig schalten.

Die Reedkontakte werden nicht direkt mit Pumpe und Magnetventil verbunden. Sie schalten zwei SPS-Eingänge. Die eigentliche Last wird über geeignete SPS-Ausgänge und Koppelrelais angesteuert.

Bei der Inbetriebnahme wird der Tank langsam befüllt. Die tatsächlichen Ein- und Rückschaltpunkte werden dokumentiert und mit den geplanten Höhen verglichen. Gleichzeitig wird geprüft, ob der Schwimmer nach dem Entleeren frei zurückfällt.

Benötigte Angaben für die Auswahl

Für die zuverlässige Auslegung eines Schwimmerschalters werden mindestens folgende Angaben benötigt:

  • Aufgabe des Schalters: Minimum, Maximum, Pumpensteuerung oder Alarm,
  • Anzahl der Schaltpunkte,
  • Position jedes Schaltpunkts bezogen auf eine definierte Dichtfläche,
  • steigender oder fallender Füllstand,
  • gewünschte Kontaktfunktion: Schließer, Öffner oder Wechsler,
  • genaue Bezeichnung des Mediums,
  • minimale Mediumdichte bei Betriebstemperatur,
  • Viskosität und mögliche Ablagerungen,
  • Feststoff- oder Faseranteil,
  • minimale und maximale Temperatur,
  • minimaler und maximaler Prozessdruck,
  • vertikaler, seitlicher oder hängender Einbau,
  • Einbau von oben oder unten,
  • Prozessanschluss und Stutzenabmessungen,
  • Werkstoffanforderungen,
  • elektrische Spannung, Strom und Lastart,
  • Kabelausgang, Kabellänge oder Anschlussgehäuse,
  • Schutzart und Umgebungsbedingungen,
  • Ex-, SIL-, Trinkwasser- oder Hygieneanforderungen.

Eine aussagekräftige Anfrage könnte beispielsweise lauten:

Vertikaler Schwimmerschalter für einen drucklosen Öltank, Einbau von oben, Mediumdichte mindestens 780 kg/m³ bei +80 °C, zwei Schaltpunkte bei 250 und 1.150 mm unterhalb der Dichtfläche, beide als Wechsler, Edelstahl-Ausführung, Prozessanschluss G 2, Anschlussgehäuse mit Kabelverschraubung, Auswertung über 24-V-SPS-Eingänge.

Welche Produkte eignen sich?

Schwimmerschalter von WIKA / KSR Kuebler

Die Kategorie Schwimmerschalter umfasst unterschiedliche Lösungen für industrielle Tanks, Prozessbehälter, Wasser- und Abwassertechnik, Maschinenbau sowie spezielle Anwendungen.

Abhängig vom Modell stehen unter anderem zur Verfügung:

  • vertikale und seitliche Bauformen,
  • ein oder mehrere Schaltpunkte,
  • Schließer, Öffner und Wechsler,
  • Edelstahl- und Kunststoffausführungen,
  • unterschiedliche Schwimmer für verschiedene Grenzdichten,
  • Kabelausgänge und Anschlussgehäuse,
  • explosionsgeschützte Ausführungen,
  • kundenspezifische Einbaulängen und Schaltpunkte.

WIKA Typ FLS für vertikalen Einbau

Der WIKA Typ FLS ist ein vertikaler Schwimmerschalter für industrielle Prozessanwendungen. Der Schwimmer bewegt sich entlang eines Führungsrohres und betätigt einen oder mehrere innenliegende Reedkontakte.

Je nach Ausführung bietet der FLS:

  • mehrere definierbare Schaltpunkte,
  • unterschiedliche Prozessanschlüsse,
  • verschiedene Schwimmer- und Werkstoffausführungen,
  • Ausführungen für hohe Prozessdrücke und Temperaturen,
  • explosionsgeschützte Varianten.

Der FLS eignet sich besonders, wenn mehrere Min-, Max- oder Steuerpunkte über eine größere Behälterhöhe benötigt werden.

WIKA Typ HLS-M für seitlichen Einbau

Der WIKA Typ HLS-M ist eine kompakte Miniaturausführung für den horizontalen beziehungsweise seitlichen Einbau.

Typische Einsatzfälle sind:

  • kleine Tanks und Behälter,
  • ein einzelner Min- oder Max-Schaltpunkt,
  • Trockenlauf- und Überfüllschutz,
  • platzkritische Maschinen- und Anlagenanwendungen.

Die Grenzdichte liegt aufgrund des kompakten Schwimmers höher als bei vielen größeren vertikalen Ausführungen. Die Mediumdichte muss deshalb besonders sorgfältig geprüft werden.

WIKA Typ RLS-4000 für eigensichere Anwendungen

Der WIKA Typ RLS-4000 ist für industrielle Anwendungen mit eigensicherem Stromkreis ausgelegt. Je nach Konfiguration können mehrere potentialfreie Reedkontakte sowie zusätzliche Temperaturerfassungen integriert werden.

Er eignet sich beispielsweise für Öl-, Diesel-, Kältemittel- und weitere Flüssigkeitsanwendungen, sofern Medium, Grenzdichte, Werkstoffe und Ex-Zulassung zur Messstelle passen.

WIKA Typ RLS-6000 für Wasser und Abwasser

Der WIKA Typ RLS-6000 ist ein Hängeschwimmerschalter für Wasser- und Abwasseranwendungen. Die Schaltposition kann abhängig von der Ausführung über den Schwimmer beziehungsweise die Schaltstange angepasst werden.

Die Bauform eignet sich besonders für:

  • Schächte,
  • Sammelbehälter,
  • Pumpstationen,
  • verschmutzte Flüssigkeiten,
  • Trockenlauf- und Überfüllüberwachung.

WIKA KSR Kübler Füllstandstechnik

Die übergeordnete Kategorie WIKA KSR Kübler Füllstandstechnik enthält neben Schwimmerschaltern auch Niveaustandsanzeiger, kontinuierliche Schwimmermesssysteme, optoelektronische Schalter und Zubehör.

Ist ein Schwimmerschalter aufgrund von Dichte, Viskosität, Ablagerungen oder Einbausituation ungeeignet, kann innerhalb dieses Produktbereichs ein alternatives Grenzstand- oder kontinuierliches Messprinzip ausgewählt werden.

Fazit: Der Schaltpunkt hängt nicht nur von der Einbaulänge ab

Ein Schwimmerschalter ist eine robuste und praxisgerechte Lösung für Min-, Max-, Trockenlauf- und Überfüllmeldungen. Seine zuverlässige Funktion setzt jedoch eine vollständige Auslegung voraus.

Die Mediumdichte bestimmt, wie tief der Schwimmer eintaucht und ob er den Kontakt sicher erreicht. Maßgeblich ist die minimale Dichte bei der tatsächlichen Betriebstemperatur. Viskosität, Ablagerungen und Feststoffe beeinflussen zusätzlich die Beweglichkeit und das Rückschaltverhalten.

Schaltpunkt, Rückschaltpunkt und konstruktive Totbereiche müssen getrennt betrachtet werden. Bei mehreren Schaltpunkten ist ausreichend Abstand für Schwimmerweg, Prozesshysterese und eine ruhige Pumpensteuerung erforderlich.

Vertikale, seitliche und hängende Schwimmerschalter erfüllen unterschiedliche Einbauaufgaben. Die vorgeschriebene Einbaulage, freie Schwimmerbewegung, Stutzengeometrie und der Abstand zu Einläufen oder Rührwerken sind entscheidend.

Elektrisch darf ein Reedkontakt nur innerhalb seiner zulässigen Schaltleistung betrieben werden. Größere oder induktive Lasten werden über SPS, Koppelrelais oder geeignete Trennschaltverstärker angesteuert.

Erst wenn Medium, Dichte, Schaltpunkte, Mechanik, Elektrik und gegebenenfalls Explosionsschutz gemeinsam betrachtet werden, arbeitet der Schwimmerschalter langfristig zuverlässig.

Häufige Fragen zur Auswahl von Schwimmerschaltern

Wie wird der Schaltpunkt eines Schwimmerschalters angegeben?

Bei vertikalen Ausführungen wird der Schaltpunkt üblicherweise von einer definierten Bezugsebene des Prozessanschlusses angegeben. Stutzenlänge, Schwimmerabmessung und konstruktive Totbereiche müssen zusätzlich berücksichtigt werden.

Warum ist die Dichte des Mediums wichtig?

Der Schwimmer benötigt genügend Auftrieb. In einem Medium mit niedriger Dichte taucht er tiefer ein. Dadurch kann sich der tatsächliche Schaltpunkt verschieben oder der Kontakt wird bei zu geringer Dichte nicht erreicht.

Kann der Schaltpunkt nachträglich eingestellt werden?

Bei vielen vertikalen Schwimmerschaltern sind die Reedkontakte fest im Führungsrohr angeordnet und werden nach den Bestelldaten gefertigt. Andere Ausführungen, etwa bestimmte Hänge- oder Bypassschalter, erlauben eine nachträgliche Einstellung. Maßgeblich ist die jeweilige Konstruktion.

Was ist besser: vertikaler oder seitlicher Einbau?

Vertikale Schalter ermöglichen mehrere Schaltpunkte entlang eines Führungsrohres. Seitliche Schalter sind kompakt und eignen sich besonders für einen einzelnen festgelegten Grenzstand.

Kann ein Reedkontakt direkt eine Pumpe schalten?

In der Regel nicht. Pumpen und Motoren überschreiten die zulässige Schaltleistung deutlich. Der Reedkontakt sollte einen SPS-Eingang, ein Koppelrelais oder einen geeigneten Schaltverstärker ansteuern.

Was passiert bei einem zu viskosen Medium?

Der Schwimmer kann sich verzögert bewegen, festkleben oder nicht vollständig zurückschalten. Schwimmerform, Spaltmaße, Auftrieb und Ablagerungsneigung müssen deshalb geprüft werden.

Ist ein potentialfreier Schwimmerschalter automatisch für Ex-Bereiche geeignet?

Nein. Für den Ex-Bereich werden eine passende Gerätezulassung und eine Bewertung des vollständigen Stromkreises einschließlich Barriere, Leitung und Auswerteeinheit benötigt.

Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?

Benötigt werden Medium, minimale Dichte, Viskosität, Temperatur, Druck, Anzahl und Position der Schaltpunkte, Kontaktfunktion, Einbaulage, Prozessanschluss, Werkstoffe, elektrische Last, Kabelausgang sowie gegebenenfalls Ex- oder Hygieneanforderungen.

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