Wind sei Dank

Exklusiv in kem Der Autor Norbert Matthes ist Produktmanager im Geschäftsfeld Sensorik der Contrinex GmbH, Nettetal

Mehr als 90 % des Welthandels findet auf dem Seeweg statt. Schiffe besetzen damit nicht nur in der Warenlogistik eine Schlüsselrolle. Sie zählen auch zu den größten Energieverbrauchern und Emissionserzeugern. 2008 betrug der jährliche CO2-Ausstoß der weltweiten Handelsschifffahrt 1,12 Mrd. t. Das entspricht rund 4,5 % aller globalen Treibhausgas-Emissionen. Damit zählen Schiffe nach Autoverkehr, Haushalt, Landwirtschaft und Industrie noch vor dem Flugverkehr zu den größten Treibhausgas-Verursachern weltweit. Da 90 % aller großen Schiffe mit Schweröl, einem Raffinerierückstand aus der Erdölverarbeitung, fahren, stoßen sie beim Verbrennen neben Kohlendioxid zudem in hohem Maße weitere problematische Stoffe wie Stickoxide, Schwefeldioxid und Feinstaub aus.

Doch das müsste nicht sein. Schließlich gibt es auf hoher See mit dem Wind eine starke und vor allem frei verfügbare Energiequelle. Die Hamburger Skysails GmbH entwickelte eine Möglichkeit, Wind als umweltfreundliche Antriebsquelle für Frachtschiffe zu nutzen und so nicht nur die Treibstoffkosten zu reduzieren, sondern gleichzeitig die Emissionen erheblich zu senken. „Unser weltweit patentierter Windantrieb besteht aus drei Hauptkomponenten: Einem Zugdrachen mit Seil, einem Start- und Landesystem sowie einem Steuerungssystem für den automatischen Betrieb“, erklärt Skysails-Geschäftsführer Stephan Wrage. Bei gutem Wind entwickeln die Zugdrachen der neuesten Generation eine Antriebsleistung von bis zu 2000 kW. Auf Frachtschiffen eingesetzt senken sie den Treibstoffverbrauch um bis zu 10 t pro Tag. „Die Internationale Maritime Organisation (IMO) geht davon aus, dass mit Hilfe der Zugdrachen-Technologie jedes Jahr weltweit bis zu 100 Millionen Tonnen klimaschädlicher CO2-Emissionen eingespart werden könnten“, so Wrage.

Für die Positionserfassung des Zugdrachens beim Starten und Landen suchten die Konstrukteure von Skysails nach meerwasserresistenten induktiven Näherungsschaltern, die sowohl auf Aluminium als auch auf Edelstahl reagieren und über einen großen Schaltabstand mit nur geringer Abweichung verfügen. Außerdem musste er staub- und wasserdicht, Salzwasser- und UV-resistent sowie unempfindlich gegen Erschütterungen sein. Fündig wurden sie bei Contrinex. Der Schweizer Sensorikspezialist hatte mit seinen nach dem patentierten Condet-Verfahren arbeitenden Ganzmetallsensoren der Serie 700L genau die passenden Schalter im Programm.

Die Sensoren dieser Produktreihe zeichnen sich durch einen großen Schaltabstand auf Stahl und Aluminium aus – bei der Baugröße M12 und einem bündigen Einbau beträgt dieser beispielsweise 6 mm. Zudem eignen sie sich speziell für den Einsatz bei Meerwasseranwendungen, wie im Fall von Skysails, und in der Lebensmittelindustrie. Das extrem widerstandsfähige einteilige Gehäuse der Sensoren besteht inklusive Stirnfläche aus V4A-Edelstahl und ist auch unter extremsten Offshore-Bedingungen absolut korrosionsbeständig. Die Sensorhülle entspricht den Schutzarten IP68 und IP69K. Sie ist während ihrer ganzen Lebensdauer extrem dicht gegen das Eindringen aller Flüssigkeiten und Gase, die Edelstahl nicht angreifen. Die Materialstärke an der aktiven Fläche ist relativ groß; die Geräte sind daher in erheblichem Maß druckfest. Zudem sind die Sensoren der Serien 700 und 700L aufgrund ihres Ganzmetallgehäuses im Bereich der aktiven Fläche viel beständiger gegenüber mechanischen und chemischen Beanspruchungen als konventionelle Sensoren. Ansonsten verfügen sie über die marktüblichen Eigenschaften und halten einschlägige Normen ein. Die Betriebsspannung der Sensoren beträgt 10 bis 30 VDC, der Ausgangsstrom maximal 200 mA. Eine LED zeigt den gesicherten Schaltbereich an.

Skysails verbaut meerwasserresistente Ganzmetallsensoren vom Typ DW-LD-703-M12 (Schließer) und DW-LD-704-M12 (Öffner). Der Öffner zeichnet sich durch seine Drahtbruchsicherheit aus und wird vor allem für Endabschaltungen verwendet. Für das Start- und Landesystem entschieden sich die Konstrukteure von Skysails für die Schalterausführung mit einem korrosionsfesten TPE-S-Kabel. Je nach Entfernung der Initiatoren von der nächsten Klemmkiste beträgt die Kabellänge 5 oder 10 m.

Grundsätzlich können die Ganzmetallsensoren auch über einen S12-Stecker angeschlossen werden. Doch unter den rauen Offshore-Bedingungen wäre eine 100 %ige Dichtigkeit über einen längeren Zeitraum nur sehr bedingt zu gewährleisten. Die Schalter erfassen bei dem automatischen An- und Abdocken des Zugdrachens (Kite) an den Landemast präzise die Position des Kites und sorgen so dafür, dass das Segel ordnungsgemäß ausgefahren und eingeholt werden kann.

Das Skysails-System wird über eine auf der Brücke installierte Steuerung bedient. Ein Teleskopmast hebt den zusammengefalteten Zugdrachen aus der Stauung und fährt aus. Der Kite entfaltet sich vollständig und kann gestartet werden: Eine Winde fährt das Zugseil, über das auch die Energieversorgung und Datenkommunikation der Steuergondel mit der Steuerung auf dem Schiff sichergestellt ist, aus, bis die Arbeitshöhe erreicht ist. Der Landevorgang läuft in umgekehrter Reihenfolge ab: Die Winde holt das Zugseil ein, der Drachen dockt am Teleskopmast an. Dieses Andocken registriert der Sensor und gibt die Information an die Steuerung weiter. Die startet das Reffen des Segels und regelt das Einfahren des Mastes sowie die Stauung von Kite und Steuergondel.

Jeweils 15 min dauert ein Start- oder Landevorgang. „Wir hätten die gleiche Funktion auch durch die Kombination anderer Sensoren erreichen können, doch das wäre aufwändiger und teurer geworden. Außerdem hatten wir in anderen Bereichen bereits gute Erfahrungen mit Contrinex-Sensoren gemacht“, sagt Stephan Wrage.

Contrinex; Telefon: 02153 7374-0;

E-Mail: info@contrinex.de

Das Condet-Verfahren

Beim Condet-Verfahren wird das magnetische Feld durch kurze periodische Sendeimpulse erzeugt, die durch die Spule fließen. Es induziert im zu erfassenden Objekt eine Spannung, die ihrerseits einen Stromfluss im Objekt erzeugt. Bleibt der Sendestromimpuls aus, klingt der Strom im Objekt ab und induziert in der Sendespule eine Spannung. Sie ist das Nutzsignal und unabhängig von Energieverlusten im Feld. Das ist der große Vorteil des Verfahrens. Denn die Kopplung zwischen Objekt und Sendespule ist damit temperatur- und nahezu materialunabhängig. Lediglich Metalle, die weder ferromagnetisch sind, noch über eine große elektrische Leitfähigkeit verfügen, ergeben einen geringeren Schaltabstand.

Sensoren, die nach dem Condet-Verfahren arbeiten, sind für flächige Objekte bestens geeignet. Für längliche Geometrien empfehlen sie sich nicht.