Der Einsatz redundanter Positionssensoren im Stahlwasserbau

Der Main weist zwischen von der Mündung in den Rhein bei Mainz flussaufwärts bis zur Mündung der Regnitz bei Bamberg – dem Beginn des Main-Donau-Kanals – 34 Staustufen auf. Eine dieser Staustufen ist die Staustufe Harrbach. Diese wird nach fast 30 Jahren modernisiert. Dabei werden die Elektronik und die Hydraulik der Anlage erneuert.

Bei der Staustufe werden die Schütze und die Stemmtore der Schleusen mit hydraulischen Zylindern bewegt. Bisher wurden in den Zylindern Endschalter eingesetzt, um das Einfahren und Ausfahren der Zylinder und somit das Öffnen und Schließen der Stemmtore sowie der Schütze zu überwachen.

Die nun eingebauten Hydraulikzylinder sind mit Positionssensoren auf Basis der Magnetostriktion ausgestattet. Der Positionsmagnet, welcher die zu erfassende Position markiert, wird auf dem Kolbenboden montiert. Der Sensorstab mit Wellenleiter taucht in die aufgebohrte Kolbenstange ein. Über eine Laufzeitmessung zwischen dem in den Wellenleiter eingeleiteter Stromimpuls und der durch Interaktion mit dem Magneten erzeugten und zurück gesandten Torsionswelle wird die Position ermittelt.

Durch die Integration dieser Sensoren in die Zylinder können nun die kompletten Hubwege der Zylinder erfasst werden. Somit ist eine kontinuierliche Überwachung der Bewegung möglich. Dies verbessert die Steuerung sowie die Bedienung der Anlage und ermöglicht zudem eine reale Visualisierung der Hubbewegung im Leitstand.

Die Modernisierung der Staustufe Harrbach erfolgt unter Berücksichtigung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Staustufen stellen ebenso wie Schleusen, Schiffshebewerke oder Wehranlagen im Sinne der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG eine Maschine dar.

Aufgrund der umfassenden Erneuerung der Staustufe in Harrbach ist die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG einzuhalten. Die Einhaltung des im Rahmen der Risikobeurteilung ermittelten Performance Levels wird in diesem Fall über eine zweikanalige Ausführung der Steuerungskomponenten für die Hydraulikzylinder erreicht. Daher werden als Positionssensoren redundante Sensoren verwendet. Dies bedeutet, dass in einem Positionssensor – je nach Ausführung – zwei oder drei unabhängige Messsysteme in einem Gehäuse untergebracht sind: in dem Sensorstab befinden sich bis zu drei Wellenleiter während in dem Sensorelektronikgehäuse bis zu drei Elektroniken angeordnet sind. Jede Elektronik verfügt über einen eigenen Anschluss zur Spannungsversorgung und zur Ausgabe des Positionssignals.