Der Brandung entgegen

Sensorik

Positionssensoren – Moderne Technologien, wie magnetostriktive Sensoren, sorgen für Sicherheit beim Betrieb von Schleusen. Dabeiist eine lange Lebensdauer ohne Drift und Nachkalibrieren gefragt.

08. November 2010

Der Neubau der Kaiserschleuse in Bremerhaven ist derzeit eines der größten Schleusenprojekte Europas. Nach einer Bauzeit von mehr als drei Jahren soll die Schleuse im Frühjahr 2011 fertiggestellt sein. Bei der Auswahl der verbauten Komponenten wurde vor allem Wert auf die Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer gelegt, um die Betriebssicherheit der Schleuse zu garantieren und die Unterhaltskosten zu minimieren. Die Positionsmessung in der Antriebshydraulik übernehmen magnetostriktive Temposonics-Sensoren. Diese sind in verschiedene Sonderzylinder integriert, die sowohl die Schleusentore als auch die Hubdecken antreiben.

Die neue Kaiserschleuse wird mit einer Länge von 305 Metern, einer Breite von 55 Metern und einem Tiefgang von bis zu 11 Metern in Zukunft die größten Autocarrier der Welt aufnehmen können. Wichtigste Rahmenbedingung ist die Betriebssicherheit, da die Schleuse die Deichlinie kreuzt und stets die doppelte Deichsicherheit mit einer Schutzhöhe von +7,60 Metern über NN an Außen- und Binnenhaupt gewährleisten muss. Die Tore müssen die Schleusenkammer jederzeit sicher schließen und die in der Schleuse befindlichen Schiffe müssen sie immer verlassen können. Alle funktional wichtigen Komponenten sind redundant ausgelegt, sodass der Schleusenbetrieb, wenn auch mit reduzierter Geschwindigkeit, stets aufrechterhalten werden kann.

Geniale Konstruktion

Ein technologisches Highlight der neuen Schleusenanlage sind die Hubschiebetore an Außen- und Binnenhaupt. Sie besitzen einen zweigeteilten Torkörper, bestehend aus einem 14,7 Meter hohen Oberteil und einem auf Unterwagen gelagerten 6,5 Meter hohen Unterteil. Zum Befüllen oder Entleeren der Schleusenkammer wird das obere Torteil hydraulisch angehoben, sodass ein bis zu 70 Zentimeter hoher Füllspalt entsteht. Das Wasser kann über die gesamte Torbreite zwischen Ober- und Unterteil hindurch in die Schleusenkammer ein- oder ausströmen, bis der Wasserspiegel in der Schleusenkammer das Niveau des Ober- oder Unterwassers erreicht.

Über die Hubhöhe des Toroberteils kann die Befüllzeit der Schleusenkammer gesteuert werden, die bei einer Wasserstandsdifferenz von 2,0 Metern durchschnittlich nur 10 Minuten beträgt. Das Oberteil wird hydraulisch über je zwei Hydraulikzylinder mit 800 Millimeter Hub, die rechts und links an den Enden des Tors sitzen, angetrieben. Sie stützen sich auf dem Torunterteil ab. Während des Hubvorgangs ist die symmetrische Belastung aller Torkomponenten wichtig für eine lange Lebensdauer. Deshalb sind die Hubzylinder zur Gleichlaufregelung der beiden Torseiten mit magnetostriktiven Wegmesssystemen ausgerüstet. In jedem Zylinder arbeitet ein linearer Sensor in Stabbauform, der analog den Fortschritt der Hebebewegung an die Regelung meldet. So kann jeder Zylinder individuell nachgefahren werden.

Zuverlässige Sensorik

Das gesamte Hydrauliksystem, bestehend aus fünf Hydraulikaggregaten, der kompletten Verrohrung, sowie die 27 Hydraulikzylinder mit integrierten Positionssensoren lieferte Parker Hannifin, L&S Business Unit, in Stuhr. Für die integrierte Wegmessung in den Hub- und Seilspannzylindern wählte Bremenports Temposonics-RH-Positionssensoren von MTS Sensor Technologie aus.

Der Vorteil dieser Sensoren liegt im berührungslosen Messprinzip. Die Messtechnologie der Magnetostriktion gewährleistet hohe Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Sensoren bei gleichzeitig minimiertem Wartungsaufwand. Alle Antriebszylinder der Schleuse sind mit Sensoren in Stabbauform ausgerüstet. Diese Bauform wurde speziell für die direkte Hubmessung im Hydraulikzylinder entwickelt, sodass der Sensor vor äußeren Einflüssen geschützt ist. Dabei taucht das Messrohr des Sensors, ein druckfester Stab aus Edelstahl, in die aufgebohrte Kolbenstange. Der Sensorkopf trägt die komplette Elektronik zur aktiven Signalaufbereitung und liefert zuverlässige Messergebnisse. 2-fach geschirmte Schnittstellenmodule sorgen für maximale Betriebsicherheit. Ein auf dem Kolbenboden montierter, ringförmiger Positionsmagnet gleitet bei jeder Zylinderbewegung berührungslos über das Sensorrohr und markiert durch dessen Wand hindurch zuverlässig die aktuelle Position des Kolbens.

Für die Positionsbestimmung schickt die Sensorelektronik einen Stromimpuls durch das Sensorelement im Rohr des Wegaufnehmers. Im Bereich des Positionsmagneten entsteht eine partielle Verdrehung im Sensorelement, die sich als Torsionswelle mit Ultraschallgeschwindigkeit zu seinen Enden fortsetzt. Dort wird der Impuls von einem speziellen Signalumformer in normierte analoge beziehungsweise digitale Ausgangsgrößen umgewandelt. Die genaue Ortsbestimmung ergibt sich durch eine Laufzeitmessung, bei der die Magnetposition aus der Zeit zwischen dem Start des Stromimpulses und dem Eintreffen des elektrischen Antwortsignals bestimmt wird.

Keine Nachkalibrierung

Bremenports rechnet im laufenden Betrieb auch mit keinen Nachkalibrierungen, da die Drift über die gesamte Lebensdauer der Sensoren vernachlässigt werden kann. Ebenso ist die Temperaturdrift ist so niedrig, dass die Messwerte im Sommer wie im Winter innerhalb der spezifizierten Genauigkeit liegen werden.

Beim Neubau der Kaiserschleuse setzt Bremenports auf innovative Technologien, wie die magnetostriktive Wegmessung. Integriert in die Antriebszylinder Tore und Hubdecken tragen die Temposonics-Sensoren aktiv zur Betriebssicherheit und hohen Verfügbarkeit der Schleuse bei.csc

Fakten

Seit mehr als 35 Jahren istMTS Sensor Technologie der Spezialist und Marktführer auf dem Gebiet magnetostriktiver Sensortechnik. An drei Standorten in Lüdenscheid (Deutschland), Tokio (Japan) und Cary (USA) entwickeln, fertigen und vertreiben 280 Mitarbeiter ausgereifte Sensoren für die Positions- und Füllstandmessung. Ein ausgedehntes Vertriebsnetzwerk mit hochqualifizierten Vertriebsingenieuren und über 90 Distributoren unterstützt weltweit Projekte vom Prototypen bis zur Produktion.

Erschienen in Ausgabe: 08/2010