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O+P Fluidtechnik 9/2020

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O+P Fluidtechnik 9/2020

VENTILTECHNIK SPECIAL /

VENTILTECHNIK SPECIAL / OFFSHORE- UND MEERESTECHNIK UNTER DRUCK LEISTUNG BRINGEN Unter Wasser verwendete Miniaturhydraulik besticht durch ihre hohe Leistungsdichte bei geringem Gewicht. Sie muss nicht nur hohe Feinfühligkeit, Präzision, und Zuverlässigkeit an den Tag legen, sondern muss, insbesondere bei der Verwendung in Salzwasser, eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion aufweisen. Darüber hinaus werden in maritimen Ökosystemen spezielle Hydraulikflüssigkeiten verwendet. Das Unternehmen Wandfluh bietet für solche Umgebungen eine Reihe praxiserprobter Bausteine. ROVs (Remotely Operated Vehicles) erfüllen die meisten Unterwasseraufgaben jenseits der Tauchgrenzen von kommerziellen Tauchern. Sie werden häufig im Zusammenhang mit Ölplattformen, Unterwasserpipelines, Hochseekabeln oder aber vom Militär und bei Untersuchungen von Unfällen oder Naturkatastrophen eingesetzt. Dabei werden sie vom sogenannten Mutterschiff aus über ein Verbindungskabel mit Strom versorgt und von einem Operator-Team gesteuert. Der Antrieb (Thrustersteuerung) sowie die Bewegungsabläufe der Manipulationsarme und Hilfswerkzeuge werden dabei hydraulisch betrieben. Dazu ist direkt im ROV ein Hydraulikaggregat im Leistungsbereich von rund 150–250 PS untergebracht. Diese relativ hohe Leistung ist notwendig, um die umfangreichen Hauptfunktionen eines ROVs betreiben zu können, ohne dass sie sich gegenseitig beeinflussen. Eine Proportional-Druckbegrenzungspatrone regelt dabei den gesamten Systemdruck und sorgt dafür, dass alle Funktionen möglichst feinfühlig und frei von äußeren Einflüssen gesteuert werden können. EXTREM HOHE ZUVERLÄSSIGKEIT VERLANGT Für die Steuerung der verschiedenen Elemente am ROV werden meist Ventilkomponenten im Bereich der Miniaturhydraulik eingesetzt. Die Ventile der Nenngrößen NG3-MINI bis NG4-MINI bieten für solche Aufgaben eine ausgezeichnete Leistungsdichte und sind vom Gewicht her interessante Aktuatoren im Bereich der modernen Unterwassertechnologie. Je nach Einsatzgebiet bleiben ROVs meist mehrere Wochen unter Wasser bevor sie wieder an die Oberfläche gelangen. Dies erklärt, weshalb bei Unterwasserfahrzeugen grundsätzlich die hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit eine zentrale Rolle einnehmen. Im Falle eines Systemausfalls verschieben sich nicht nur die laufenden Arbeiten, sondern der Schiffsbetrieb wird für mehrere Stunden blockiert, um das ROV für die Reparatur wieder zurück auf das Mutterschiff zu bringen. Es kommt vor, dass solche Ereignisse ganze Projekte zum Erliegen bringen, was bei den Tageskosten für Schiff und Besatzung schnell zu hohen Verlusten führen kann. Problematisch ist häufig die Beschaffung von Er- satzteilen. Denn diese müssen oftmals per Hubschrauber eingeflogen werden, was bisweilen Tage in Anspruch nehmen kann. Während des Einsatzes unter Wasser ist eine sehr feinfühlige und präzise Steuerung der Manipulationsarme von großem Vorteil. In einer Umgebung, wie sie in 4 000 m Tiefe herrscht, müssen Arbeiten ausgeführt werden können, die sonst an der Oberfläche praktisch nur von Hand machbar sind. Dazu werden Proportional-Schieberventile mit geringer Hysterese eingesetzt. Diese Miniaturhydraulikventile verleihen den Manipulationsarmen dabei so viel Kraft, dass Gewichte von mehr als 230 kg sehr kontrolliert und präzise bewegt werden können. Die kompakten WDPFA03 oder die deutlich größeren NG6-Proportional-Wegeventile WDPFA06 werden am häufigsten für die Steuerung der Manipulationsarme und Hilfswerkzeugfunktionen eingesetzt, wohingegen die einzelnen Hydraulikmotoren der bis zu acht Thrustersteuerungen jeweils über je ein Druckbegrenzungs- und ein Druckregelventil des Typs MVPPM33 angesteuert werden. Eine spezielle Elektronik regelt dabei die Ventile, die elektrisch über eine Magnetspule betätigt werden. Dabei sind die in den ROVs verbauten Magnete dahingehend modifiziert, dass sie dem hohen Umgebungsdruck unter Wasser, der bis 400 bar betragen kann, Stand halten. Diese Magnete werden komplett im Hause Wandfluh in der Schweiz gefertigt und sind für eine Lebensdauer von mindestens 10 Millionen Zyklen ausgelegt. SCHIEBERVENTILE MIT SPEZIELLEN FLÜSSIGKEITEN Bei der Konstruktion von Schieberventilen wird gezielt eine Leckage um den Kolben herum eingeplant, um so die Reibung zu verringern und die Ansprechzeit und Leistung zu verbessern. Bei der Berechnung von Hydrauliksystemen spielen diese Leckagen eine wesentliche Rolle, denn je kleiner die Summe der einzelnen Ventilleckagen gehalten werden kann, desto kleiner und somit effizienter können Hydraulikschaltungen geplant und ausgelegt werden. Dies ist insbesondere bei abgesetzten oder autarken Sys- Autor: Steve Barrow, Senior Applications Engineer, Wandfluh of America, Büro Houston, Texas 26 O+P Fluidtechnik 2020/09 www.oup-fluidtechnik.de

VENTILTECHNIK temen von großem Interesse, da sich hier Verlustleistungen direkt und überproportional auf die Kosten niederschlagen. Deshalb durchlaufen die in den ROVs verbauten Ventile bei Wandfluh eine Präzisionsbearbeitung, um einerseits die Leckage auf ein Minimum zu beschränken und andererseits die Funktion über einen möglichst hohen Temperaturbereich zu garantieren. Die schwimmenden Roboter in einem intakten Ökosystem werden in der Regel nicht mit herkömmlichem Hydrauliköl betrieben, sondern mit alternativen Flüssigkeiten auf Wasser-Glykol-Basis mit einem Wasseranteil von bis zu 95 %. Diese Flüssigkeiten stellen aufgrund einer geringeren Schmierfähigkeit, der reduzierten Korrosionsinhibitoren und ihrer niedrigeren Viskosität große Herausforderungen an die Ventiltechnik. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurden über die Jahre laufend neue Materialmöglichkeiten und Konstruktionstechniken erforscht und getestet. Das Ergebnis zeigt sich in der Ventilserie Z595, bei der sogar die innenliegenden Ventilteile aus einer Edelstahllegierung hergestellt werden. KORROSIONSGESCHÜTZTE VENTILE Typischerweise sind die Hydraulikventile eines ROVs in einem mit vor Korrosion schützender Flüssigkeit gefüllten Gehäuse untergebracht, um einen direkten Kontakt mit Salzwasser zu vermeiden. Auf Deck des Mutterschiffs hingegen sind die Ventile der ROV-Unterstützungssysteme meist direkt der rauen Umgebung auf hoher See ausgesetzt. Um diese Ventile vor Korrosion zu schützen, bietet Wandfluh eine Vielzahl an Standard- und Sonderventilen in verschiedenen Korrosionsschutzklassen an. Sie unterscheiden sich punkto Beschichtungen und Materialien voneinander und tragen den Zusatz K8 bis K10 in ihrem Namen. Bei K8 Ventilen wird in einem speziellen Beschichtungsverfahren unter anderem eine Zink-Nickel-Beschichtung auf der Außenseite des Ventils aufgetragen, die das Ventil nach ISO 9227 während 500–1 000 Stunden im Salzsprühtest schützt. Bei den K9 Ventilen sind hingegen alle Außenteile aus rostfreiem und säurebeständi- POINTIERT DRUCKREGELVENTILE ARBEITEN BEI 400 BAR UMGEBUNGSDRUCK SPEZIELLE HYDRAULIKFLÜSSIGKEIT MIT 95% WASSERANTEIL OFFSHORE-EINSATZ EINES ROVs VERLANGT HÖCHSTE ZUVERLÄSSIGKEIT HOHE KRAFT BEI GLEICHZEITIGER FEINFÜHLIGKEIT gem Edelstahl AISI 316L gefertigt, mit Ausnahme des Magnetgehäuses, das mit Zink-Nickel beschichtet ist. Diese K9 Ventile halten einem ISO-Salzsprühtest von mehr als 1 000 Stunden stand. K10 Ventile bieten den höchsten Grad an Korrosionsschutz. Alle externen Elemente der K10 Ventile, einschließlich des Magnetgehäuses, sind aus rostfreien Materialien gefertigt. Sie weisen ebenfalls eine Bewertung von mehr als 1 000 Stunden im Salzsprühtest auf. Bei diesem Test wird eine raue, korrosive Umgebung simuliert, um die Bildung von Korrosion zu beschleunigen und so die Korrosionsbeständigkeit eines Materials zu bestimmen. Die Anforderungen an die Technik im Unterwassereinsatz sind extrem. Die Lösungen von Wandfluh zeigen, dass hydraulische Systeme in solchen Umgebungen sehr gut zurechtkommen und sensible Aufgaben übernehmen können. Fotos: Wandfluh AG www.wandfluh.de 01 02 01 Proportional-Schieberventil NG3-MINI WDPFA03 mit Klemmanschlüssen 03 02 Proportional-Schieberventil WDPFA03 mit vergossenen Kabeln für eine einfache Installation 03 Ventile für Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität und hohem Wassergehalt; rot zeigt hohe, blau niedrige Fließgeschwindigkeit www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2020/09 27

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