Bild: ©Wasserkraftwerk Stanzertal

Bild: ©Wasserkraftwerk Stanzertal

In diesem Artikel möchten wir die Wichtigkeit des Zusammenspiels zwischen Sensor und Zylinder aufzeigen. Es wird erklärt wie der Zylinderproduzent Advantec Hydraulik GmbH und Sensorhersteller MTS Sensor Technologie GmbH & Co.KG gemeinsam einen Hydraulikzylinder mit integriertem Sensor für eine Stauklappe für den Neubau eines Wasserkraftwerks in Österreich projektiert, produziert und geliefert haben.

Die Firmen Advantec und MTS Sensors arbeiten bereits seit vielen Jahren zusammen und haben auch schon viele verschiedene Projekte gemeinsam gestemmt. Advantec arbeitet seinerseits eng mit dem Stahlwasserbauexperten Braun Maschinenfabrik zusammen und liefert regelmäßig Hydraulikzylinder für verschiedene Anwendungen. Thomas Pohl, Geschäftsführer von Advantec: „Unsere Zylinder werden auf der ganzen Welt in den verschiedensten industriellen Projekten eingesetzt und in vielen davon sind Sensoren von MTS mit verbaut.“

Stahlwasserbau

Der Stahlwasserbaubereich ist ein sehr interessanter Markt, welcher sich momentan im Wandel befindet. Marcel El-Khalil, Vertriebsleiter bei Advantec: „Nachdem in den vergangenen Jahren eine etwas ruhigere Marktlage herrschte, werden jetzt wieder vermehrt neue Projekte gestartet, wie zum Beispiel Anlagenneukonstruktionen oder Generalüberholung von bestehenden Anlagen.“ - „Das bedeutet natürlich auch, dass die Frage nach Bauteilen für die verschiedenen Anwendungen wieder angestiegen ist. Hydraulikzylinder und integrierte Sensoren sind da natürlich wichtige Elemente, um die Anwendung zum Funktionieren zu bringen“, fügt Dr. Olaf Kissing, Produktmanager MTS Sensors hinzu.

Advantec und MTS Sensors haben sich über mehrere Jahre hinweg, sowohl unabhängig als auch gemeinsam, als zuverlässige Partner für diesen und andere Märkte erwiesen und arbeiten, soweit es die neuen Projekte ermöglichen, eng zusammen, um für den Kunden das optimale Produkt zu liefern.

Steuerung einer Stauklappe

Eines dieser neuen Projekte war das Wasserkraftwerk Stanzertal im österreichischen Oberinntal in Tirol, welches von 2013 bis 2016 für rund 58 Millionen Euro gebaut wurde. Die Anlage ist ein Laufkraftwerk mit Stollenspeicher, welches insgesamt 52 GWh Strom umweltfreundlich für etwa 15.000 Haushalte als Grundversorgung produziert. Das Equipment der Wassererfassung wurde von der regionalen Firma Braun Maschinenfabrik übernommen. Für dieses Projekt wurden unter anderem eine Stauklappe, eine Absperrschütze und eine Rechenreinigungsmaschine konstruiert und in der Kraftwerkanlage verbaut.

Die Stauklappe von Braun wird mit einem Hydraulikzylinder von Advantec betrieben und in diesem befindet sich ein Temposonics® RF Sensor von MTS Sensors.

Temposonics® RF Sensor mit seinem flexiblen Messstab. Bild: RF Sensor
Temposonics® RF Sensor mit seinem flexiblen Messstab. Bild: RF Sensor

Die Stauklappe soll allerdings nicht nur einfach offen oder geschlossen sein, sondern auch die Wasserabgabe durch verschiedene Öffnungsstufen steuern. Daher war es unabdinglich einen Sensor in den Zylinder zu integrieren der eine absolute und genaue Wegmessung garantiert. „Für uns als Sensorhersteller ist es nichts neues, das unsere Sensoren zur präzisen Steuerung von Verschlüssen oder Maschinenbewegungen genutzt werden. Die magnetostriktive Technologie unserer Produkte erfasst Positionen präzise und zuverlässig und funktioniert dabei nahezu berührungslos und verschleißfrei. Deshalb haben die Sensoren, verglichen mit anderen Technologien, eine deutlich längere Lebensdauer und zeichnen sich durch eine höhere Zuverlässigkeit auch in rauen Arbeitsumgebungen aus. Da die Technologie die Position absolut anstatt relativ erfasst, ist eine Neukalibrierung des Sensors nicht erforderlich.“ (siehe Infobox: Wie funktioniert die Sensorik genau?)

„Wir haben gemeinsam mit Braun die Anwendung des Zylinders erarbeitet und geplant“, erklärt Herr Pohl und führt weiter aus: „Bei der Sensorik haben wir uns für den RF Sensor aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten wie zum Beispiel Flexibilität, Länge und Genauigkeit entschieden. Die platzsparende Gehäuseform und das breite Messlängenspektrum sind optimal, und die Robustheit der Sensoren machen sie ideal für den harten Dauereinsatz, wie in diesem Fall, in einem Wasserkraftwerk. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei einer Beschädigung des Sensors, dieser aus dem Zylinder entnommen und ausgetauscht werden kann ohne große Umbauten an der Anwendung vorzunehmen.“

Die Stauklappe ist eine Außenanwendung, was bedeutet, dass sowohl Zylinder als auch der integrierte Sensor Wettereinflüssen und Temperaturbereichen von -30°C bis +35°C widerstehen müssen. Diese großen Temperaturschwankungen haben keinerlei Einfluss auf die Messelektronik und die Qualität der Wegmessung, so dass präzise Werte zu jeder Zeit und unter jeder äußerlichen Bedingung geliefert werden können.

Ein weiterer Punkt, der für ein Produkt von MTS Sensors sprach, war die Flexibilität des Messstabs sowie dessen Länge. „Dadurch, dass der Zylinder die Stauklappe steuert und dementsprechend Kraft aufwenden muss, musste dieser eine gewisse Größe haben und der integrierte Sensor natürlich auch. Der RF Sensor in dem Stauklappenzylinder hat eine Messstablänge von 8400 mm und verfügt über einen analogen Ausgang, mit dem der Betreiber des Kraftwerks mithilfe das Positionssignal des Magneten die Wasserabgabe genau steuern kann“, sagt Herr El-Khalil.

Querschnitt Zylinderintegration - Bild: Zylinderintegration
Querschnitt Zylinderintegration - Bild: Zylinderintegration

Kundenzufriedenheit als oberste Prämisse

Advantec Hydraulik GmbH präsentiert sich als ein Systemlieferant für den gesamten Hydraulikmarkt. Wirtschaftliche und innovative Komplettlösungen für die Kunden im Schiffs- und Flugzeugbau, Bergbau, Stahlindustrie und in vielen weiteren Märkten stehen ganz klar im Fokus, um ein höchstes Maß an Kundenzufriedenheit zu erreichen.

Bei MTS Sensor Technologie GmbH & Co.KG ist die Kundenzufriedenheit ebenfalls ganz klar einer der wichtigsten Punkte in der Firmenphilosophie. So wie in diesem Beispielprojekt trägt MTS Sensors seinen Teil dazu bei, indem sie robuste, genaue, weitgehend verschleißfrei arbeitende und vielfältig einsetzbare Positionssensoren liefern. Herr El-Khalil dazu: „Braun Maschinenfabrik ist äußerst zufrieden mit dem zylinderintegrierten Temposonics® RF Sensor. Dank der immer gleichbleibenden Genauigkeit der Messung, trotz der Länge des Hubs, ist das Steuern der Stauklappe durch den Hydraulikzylinder einfach und doch präzise.“

Drei zufriedene Parteien und einen Betreiber, dessen Wasserkraftwerk einwandfrei funktioniert und die Menschen rund um das Stanzertal mit Strom grundversorgt – viel mehr kann man nicht wollen.

Über die Firmen

MTS Sensor Technologie GmbH & Co.KG

MTS Sensors, ein Unternehmensbereich von MTS Systems Corporation (NASDAQ:MTSC), ist führender Hersteller im Bereich der Messtechnologie für Sensorlösungen. Diese ermöglichen eine hochpräzise und dynamische Positions- und/oder Geschwindigkeitserfassung in modernen Automatisierungen und sicherheitsrelevanten Anwendungen. Mit einem vielfältigen und ständig größer werdenden Produktportfolio arbeitet MTS Sensors eng mit seinen Kunden zusammen, um Leistungen zu verbessern und Ausfallzeiten zu reduzieren. Herausragende Qualität in Kombination mit praktischem Know-how sorgt dafür, dass der Kunde ein Höchstmaß an Produktivität und Erfolg erzielen kann. Durch Forschung, Entwicklung und Produktion von Sensorsystemen werden ständig neue Lösungen für Messaufgaben in den Industrie-, Mobilhydraulik- sowie Prozessbranchen geschaffen. Mehr Informationen: www.mtssensors.com

Advantec Hydraulik GmbH

Als inhabergeführtes Familienunternehmen besitzt die Firma seit 1996 einen festen Platz in der Herstellung hydraulischer Zylinder – eng ausgerichtet an die individuellen Bedürfnisse ihrer Kunden, denen Advantec mit einem breiten Leistungsspektrum entgegen kommen. Dabei arbeitet das Team mit Freude und Kompetenz an innovativen sowie zuverlässigen Lösungen - stets basierend auf langjährigen Erfahrungen. In der Entwicklung erstklassiger Produktergebnisse steht die Firma der Kundschaft gerne von der frühesten Skizze bis zur abschließenden Inbetriebnahme beratend zur Seite – um jede spezielle Anforderung in den Herstellungsprozess einfließen lassen zu können. Mehr Informationen: www.advantec-gmbh.de

Wie funktioniert die Sensorik genau?

Das magnetostriktive Prinzip im RF Sensor

Die absoluten, linearen Positionssensoren von MTS Sensors basieren auf der proprietären, magnetostriktiven Temposonics® Technologie und erfassen Positionen zuverlässig und präzise.

Jeder der robusten Positionssensoren besteht aus einem ferromagnetischen Wellenleiter, einem Positionsmagneten, einem Torsions-Impulswandler und Sensorelektronik zur Signalaufbereitung. Der Magnet, der am bewegten Maschinenteil befestigt ist, erzeugt an seiner jeweiligen Position ein Magnetfeld auf dem Wellenleiter. Zur Positionsbestimmung wird ein kurzer Stromimpuls in den Wellenleiter geleitet, welcher ein radiales Magnetfeld erzeugt. Die kurzzeitige Interaktion beider Magnetfelder löst einen Torsionsimpuls aus, der den Wellenleiter entlang läuft. Wenn die Ultraschallwelle das Ende des Wellenleiters erreicht, wird sie in ein elektrisches Signal umgewandelt. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Welle ausbreitet, ist bekannt. Daher lässt sich anhand der Zeit, die zwischen dem Auslösen des Stromimpulses und dem Empfang des Rücksignals vergeht, eine exakte, lineare Positionsmessung bestimmen. So entsteht ein zuverlässiges Positionsmesssystem mit hoher Genauigkeit und Wiederholbarkeit.