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O+P Fluidtechnik 9/2020

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O+P Fluidtechnik 9/2020

SENSOREN SICHER AUF UND

SENSOREN SICHER AUF UND UNTER DEN WELTMEEREN SPECIAL / OFFSHORE- UND MEERESTECHNIK Das niederländische Forschungsinstitut Marin testet Wasserfahrzeuge mit maßstabsgetreuen Modellen auf ihre Seetauglichkeit. Bei den Versuchen kommen Beschleunigungssensoren von ASC zum Einsatz. Sie messen auch in einem Hyperloop-Projekt: Hier erprobt Marin ein System zum Unterwasser-Personentransport in Hochgeschwindigkeitskapseln. Marin im niederländischen Wageningen ist neben den Schiffbau-Versuchsanstalten in Russland und den USA die drittgrößte Forschungseinrichtung dieser Art weltweit. Etwa 400 Wissenschaftler und Techniker arbeiten dort. Die Dienstleistungen des privaten Instituts richten sich unter anderem an Schiffseigentümer, Werften und Ingenieurbüros. In sechs verschiedenen Bassins werden bis zu 14 Meter lange maßstabsgetreue Modelle von Schiffen, U-Booten oder Bohrinseln auf ihr Seegangsverhalten getestet. „Wir können hier Wind und Wellen erzeugen und herausfinden, wie sich die Modelle unter diesen Einflüssen verhalten“, berichtet Sensor-Spezialist Jocco Dekker. Marin simuliert hier unter anderem Strömungsverhältnisse in flachen und küstennahen Gewässern sowie auf hoher See. HÖCHSTE GENAUIGKEIT BEI DER MESSUNG IST UNABDINGBAR Mithilfe der aus den Tests gewonnenen Daten erstellt Marin Computer-Simulationen, gibt den Schiffsbauern Empfehlungen für die Optimierung ihrer Konstruktionen und hilft so, die Wettbewerbsfähigkeit der Produkte zu erhöhen. Die Messungen an den Modellen müssen mit höchster Genauigkeit erfolgen, um die Daten für Computer-Simulation nutzen zu können. Aus diesem Grund setzt Marin hochpräzise kapazitive Beschleunigungssensoren von ASC ein. Das Unternehmen aus Pfaffenhofen an der Ilm entwickelt und fertigt maßgeschneiderte Sensor-Lösungen für Test- und Messanwendungen. Seine Ingenieure sind mit den Anforderungen vertraut, die an Sensoren für diese Anwendungen gestellt werden. Sie können ihre Messtechnik daher exakt an die Bedürfnisse ihrer Kunden anpassen. Diese Flexibilität schätzt man bei Marin sehr: „Es ist ideal, dass man die Sensoren speziell für uns konfiguriert“, so Jocco Dekker. Zum Service von ASC gehört z. B. die individuelle Einstellung des Kalibrier- und des Messbereiches, die Anpassung von Kabellängen und die Montage spezieller Steckverbinder. 01 Überzeugt sind Jocco Dekker und seine Kollegen von den kurzen Lieferzeiten von ASC und dem direkten Kontakt zu den Ingenieuren: „Wenn wir eine Frage haben, können wir die Fachleute dort schnell erreichen.“ Ein großer Vorteil sei zudem die Möglichkeit, die ASC-Sensoren zu reparieren, wenn es doch einmal zu einer Beschädigung kommt. Das ist nicht so selbstverständlich, wie es 02 klingt. „Die Sensoren eines 28 O+P Fluidtechnik 2020/09 www.oup-fluidtechnik.de

SENSOREN anderen Herstellers mussten wir wegwerfen, sobald ihr Kabel beschädigt war“, erinnert sich Jocco Dekker. „Bei den ASC-Sensoren können wir das Kabel einfach austauschen lassen und den Sensor weiter nutzen.“ Marin verwendet für seine Tests die triaxialen Beschleunigungssensoren vom Typ ASC OS-315LN, die sich durch ihre hohe Empfindlichkeit auszeichnen und gleichzeitig sehr robust sind. Die OS-Sensoren kommen hauptsächlich in den Offshore-Bassins der Niederländer zum Einsatz. Die Sensoren ASC OS-315LN (Low Noise) bieten eine sehr hohe Auflösung und wurden auch deshalb für die Tests ausgewählt, weil sie die Schutzart IP68 besitzen. Damit sind sie gegen andauerndes Untertauchen geschützt. Vorteilhaft sind zudem die große Empfindlichkeit der Sensoren, die zwischen 2 000 bis 10 mV/g liegt sowie der Messereich von ±2 g bis ±400 g. SEHR GUTES SIGNAL-RAUSCH-VERHÄLTNIS In den sogenannten Seegangs-Bassins, in denen Manöver auf hoher See simuliert werden, messen triaxiale ASC-Sensoren vom Typ 5521MF (Medium Frequency) die Beschleunigung der Wasserfahrzeug-Modelle. Die Sensoren dieser Serie haben einen Messbereich von ±2 g bis ±200 g, eine Empfindlichkeit von 1 350 bis 13,5 mV/g und verfügen über einen Frequenzbereich von 0 Hz bis 7 kHz. Marin hat diese Sensoren ausgewählt, weil sie ein sehr gutes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen (7 bis 400 μg/√Hz) und daher selbst niedrige Frequenzen zuverlässig und genau erfassen. Diese Eigenschaften sind wichtig, denn bei den simulierten Umgebungsbedingungen ändert sich die Beschleunigung des Modells langsam (z. B. aufgrund von Rollbewegungen), aber auch schnell (z. B. bei Wellenschlag). Der Beschleunigungssensor muss beide Bewegungsformen exakt erfassen können. „Darüber hinaus nutzt Marin auch Inertial Measurement Units (IMUs) von ASC – hauptsächlich für kleine Schiffsmodelle, bei denen das Gesamtgewicht oder der Bauraum begrenzt ist. ASC’s IMU7 basiert auf hochpräzisen triaxialen Beschleunigungs- und Drehratensensoren, welche in einem kleinen Gehäuse integriert sind. Diese 6-Achs-Systeme kombinieren dadurch sowohl die Messung von Linear- als auch Winkelbewegungen. Mit ihrer Hilfe lassen sich sowohl die Position als auch die Orientierung eines Objekts im Raum genau bestimmen und Erkenntnisse bezüglich der Fahrdynamik gewinnen. MARIN TESTET HYPERLOOP-SYSTEM FÜR DEN UNTERWASSER-PERSONENTRANSPORT Eines der spektakulärsten Versuchsobjekte in den Bassins von Marin war das Hyperloop-System der niederländischen Firma Hardt. Hierbei handelt es sich um eine Unterwasser-Röhre in etwa 100 m Tiefe, in der Passagiere künftig von Europa an die amerikanische Ostküste reisen können sollen. Als Transportmittel sind 30 Meter lange Kapseln vorgesehen, die sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 000 km/h durch die Röhren bewegen. Bei den Tests im Jahr 2019 wollten die Experten von Marin herausfinden, welchen Belastungen der Tunnel ausgesetzt sein würde. Schon vor dem Start der Versuche war klar, dass sich die Röhre un- POINTIERT SENSOREN SPEZIELL FÜR DIE AUFGABE KONFIGURIERT SENSOREN SIND REPARABEL EMPFINDLICHKEIT 2 000 BIS 10 mV/g SIGNAL-RAUSCH-VERHÄLTNIS 7 BIS 400 μg/√Hz ter Wasser durch den Wellengang etwas bewegen wird. Die Fragestellung lautete deshalb: Sind diese Bewegungen gering genug, damit die Transportkapseln den Tunnel sicher passieren können? Um den geplanten Tunnel realistisch simulieren zu können, baute man in einem der Bassins ein 140 m langes Modell. Anschließend wurde die Röhre dem stärksten Wellengang ausgesetzt, welcher im Nord-Atlantik zu erwarten ist. Bei der Messung der Tunnelbewegungen wurden acht ASC OS-315LN Sensoren auf der Oberseite des Tunnels montiert. So sollte Redundanz in der Messung geschaffen werden um den Einfluss des Wellengangs in Abhängigkeit von der Position entlang des Röhrenmodells zu bestimmen. Dank ihrer hohen Empfindlichkeit registrierten die Sensoren sogar Tunnelbeschleunigungen von lediglich 0,1 m/s 2 . Dies war der höchste Wert, der an einzelnen Röhren-Segmenten gemessen wurde. TEST-ERGEBNISSE SOLLEN INVESTOREN ÜBERZEUGEN Die hochgenauen Beschleunigungssensoren von ASC sind bei Marin schon seit vielen Jahren erfolgreich im Einsatz. Sie machen die extrem detaillierten Messungen an den Schiffsmodellen überhaupt erst möglich. Auch bei den Hyperloop-Versuchen spielten die Sensoren eine zentrale Rolle: „Mit ihrer Hilfe konnten wir die Bewegungen eines freischwimmenden Tunnels genau bestimmen“, berichtet Jocco Dekker. „Jetzt analysieren wir die Daten und versuchen, das reale Experiment in Computer-Simulationen zu reproduzieren.“ Wenn die Auswertungen abgeschlossen und die Ergebnisse veröffentlicht sind, wird Marin Investoren für die nächste Stufe des Projekts suchen. Fotos: ASC GmbH / Fotos: Marin www.asc-sensors.de 03 01 Der Beschleunigungssensor ASC OS-315LN mit günstigem Signal- Rausch-Verhalten detektiert auch Schwingungen niedriger Frequenzen 02 Der Beschleunigungssensor ASC 5521MF kann sowohl statische als auch dynamische Beschleunigungen erfassen 03 Im Seegangs-Bassin wird Seegang simuliert. Die Rollneigung und Gierbewegungen des Schiffs werden dabei von ASC-Beschleunigungssensoren erfasst

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