Mit Hilfe von Hydraulikzylindern werden im Stahlwasserbau zum Beispiel Schleusentore geöffnet und geschlossen. Zur Überwachung und Steuerung der Tore aus dem Leitstand muss deren Position kontinuierlich erfasst werden. Magnetostriktive Sensoren messen dabei die Kolbenbewegung eines Hydraulikzylinders. Für die Messung taucht ein starrer, druckfester Sensorstab in die Tieflochbohrung der Kolbenstange ein, während sich die Sensorelektronik am Zylinderboden außerhalb des Zylinders befindet. Über den Flansch wird der Zylinder abgedichtet, sodass keine Hydraulikflüssigkeit austritt. Der Positionsmagnet, welcher die zu erfassende Position markiert, wird am Boden der Kolbenstange montiert und bewegt sich mit ihr mit. Diese Position wird von der Sensorelektronik kontinuierlich erfasst und ausgegeben.
Redundantes Messsystem
Laut der Bundesanstalt für Wasserbau sind etwa 30 Prozent der Schleusen älter als 100 Jahre. Wenn solche Bauwerke modernisiert werden sollen, kommen vielfach redundante Messsysteme zum Einsatz, um die Anforderungen entsprechend der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG zu erfüllen. Dies bedeutet, dass auch die Sensoren redundant ausgeführt werden müssen.
Dafür eignet sich beispielsweise der magnetostriktive Sensor GT3 der G-Serie von Temposonics, bei dem drei unabhängige Sensoren (Einheiten) in einem Gehäuse verbaut sind. Im Fall eines Austauschs muss jedoch der komplette Sensor ausgebaut werden. Es ist nicht möglich, nur eine der drei Einheiten innerhalb des Sensors zu ersetzen. Zudem benötigt man hinter dem Zylinder viel Platz, da der starre Sensorstab so lang ist wie der komplette Kolbenhub.
Drei separate Positionssensoren in einem Zylinder
Um den Austausch von Sensoren unter beengten Platzverhältnissen zu optimieren, hat Temposonics ein redundantes Messsystem bestehend aus drei einzelnen Positionssensoren entwickelt. Damit sich drei separate Sensoren bei relativ kleinem Platzbedarf in einen Zylinder integrieren lassen, müssen sie wie in einem Trichter zusammengeführt werden. Dies erfordert Sensoren deren Messstäbe gebogen werden können, wie bei dem Temposonics Sensor R-Serie V RFV. Die drei Messstäbe werden im Zylinder in einem gemeinsamen druckfesten Sensorrohr geführt. Dieser Aufbau weist zwei wesentliche Vorteile auf:
- Das Sensorrohr, das in die aufgebohrte Kolbenstange des Zylinders eingeschoben wird, hat einen Außendurchmesser von nur 25mm. Somit ist eine vergleichsweise kleine Tieflochbohrung in der Kolbenstange erforderlich, um drei einzelne Sensoren zu integrieren.
- Bei Bedarf sind die Sensoren einzeln austauschbar.
Modernisierung von zwei Main-Schleusen
Hydrosaar hat diese Variante zum Aufbau eines redundanten Messsystems in einem Hydraulikzylinder bei zwei Schleusen am Main genutzt. Dafür wurden die vorhandenen Hydraulikzylinder zur Bewegung der Schleusentore überarbeitet und mit drei einzelnen RFV-Sensoren in einem Sensorrohr ausgestattet. Bei den Bestandszylindern waren deshalb folgende Anpassungen vorzunehmen: