Elektrohydraulische Antriebe für Zwillingsschleuse Münster

Elektrohydraulische Antriebe für Zwillingsschleuse Münster
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Juli 2015

 

Die Zwillingsschleuse ist ein wichtiges Bindeglied für die europäische Schifffahrt und spart dank ihres Aufbaus mit zwei Becken Wasser und Energie.

Der Dortmund-Ems-Kanal ist einer der verkehrsreichsten Wasserwege Deutschlands. Er verknüpft nicht nur die Flüsse Rhein, Weser und Elbe, sondern ist auch ein wichtiges Teilstück der Ost-West-Verbindung bis in den zentraleuropäischen Raum. Im südlichen Streckenabschnitt bei Münster überwanden nach dem Bau des Kanals 1899 zunächst eine, ab 1913 und 1926 insgesamt drei Schleusen einen Höhenunterschied von 6,20 Metern. Lange leistete diese Lösung gute Dienste. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich die Binnenschifffahrt jedoch erheblich verändert. Während früher Schleppschiffe den Schiffsverkehr prägten, sind heute Großmotorschiffe und Schubverbände mit bis zu 189 Meter Länge der Standard.

Umweltfreundlicher Neubau

Deshalb entschloss sich die Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes für den Neubau einer Zwillingsschleuse mit zwei identischen Schleusenkammern und nutzbaren Maßen von 190 Meter Länge und 12,5 Meter Breite. Diese wichtige Maßnahme im Ausbauprogramm der Südstrecke des Dortmund-Ems-Kanals sorgt dafür, dass nun deutlich mehr als die bislang durchschnittlich 16.000 Schiffe und Schubverbände pro Jahr abgefertigt werden können. Um während der 1991 begonnenen Baumaßnahmen einen ungehinderten Schiffsverkehr zu gewährleisten, erfolgte der Neubau in Etappen. Die erste Schleusenkammer wurde 2009 in Betrieb genommen, ihre Schwesterkammer wurde im April 2014 fertiggestellt. Die jährlich in der Zwillingsschleuse abgefertigte Schiffsladung entspricht der Kapazität von mehr als 510.000 Lkw. Damit trägt die Schleuse Münster dazu bei, das Straßennetz zu entlasten und die CO2-Emissionen in Deutschland zu verringern. Zudem tauschen die beiden Becken bei jedem Schleusenvorgang 8.000 Kubikmeter Wasser aus und sorgen so für eine Reduzierung des Wasserverbrauchs. Dadurch wird auch Energie eingespart, da weniger Wasser aus dem unteren Teil des Flusses wieder nach oben gepumpt werden muss. Alle für den Schleusenvorgang notwendigen Bewegungen erzeugen elektrohydraulische Antriebe von Rexroth. Sie öffnen und schließen die Klapp- und Stemmtore, die acht Umlaufverschlüsse in den Längskanälen und die zwei Querverschlüsse.

Die Bauweise der Hydraulik ermöglicht eine räumliche Trennung von Krafterzeugung und den Antriebszylindern. Dadurch konnten die Hydraulikaggregate geschützt in Räumen unterhalb der Schleusen platziert werden. Nur die Zylinder direkt an den Toren und Verschlüssen sind Spritzwasser ausgesetzt. Die 16 eingesetzten Hydraulikaggregate bestehen jeweils aus zwei redundanten Motor-Pumpen-Gruppen. Die verbauten Axialkolbenpumpen A10VSO von Rexroth arbeiten besonders leise und haben einen Wirkungsgrad von deutlich mehr als 90 Prozent. Außerdem erreichen sie auch mit dem in Münster eingesetzten umweltfreundlichen, biologisch schnell abbaubaren Hydraulikmedium die gleiche Lebensdauer wie mit Mineralöl.

Zylinder mit einem Hub von 2.200 Millimetern öffnen und schließen die 52 Tonnen schweren Stemmtore mit bis zu 450 Kilonewton Zugkraft. Alle Zylinder verfügen über einen Korrosionsschutz für eine lange Standzeit. Bosch Rexroth hat vor mehr als 30 Jahren als erster Hersteller damit begonnen, Kolbenstangen für den Stahlwasserbau und den Einsatz auf hoher See mit Keramikbeschichtungen zu versehen. Seitdem wertet das Unternehmen die Betriebsdaten der weltweit mehr als zehntausend Großzylinder in den unterschiedlichsten Anwendungen und unter extremsten Umgebungsbedingungen aus. Eine wichtige Erkenntnis daraus: Zuverlässiger Korrosionsschutz umfasst mehr als die Beschichtung der Kolbenstange. Erst das anwendungsgerechte Zusammenspiel von Beschichtung, Tribologie und Dichtungstechnik gewährleistet einen umfassenden und lang anhaltenden Schutz.

Kontaktlose Wegmessung

Das vollständig in den Zylinder integrierte Wegmesssystem CIMS (Cylinder Integrated Measuring System) misst kontaktlos die Kolbenstangenposition. In enger Zusammenarbeit mit den Automobil-Experten von Bosch hat Bosch Rexroth eine neue Generation von Sensoren für das CIMS entwickelt. Sie sind besonders robust und widerstehen Vibrationen und Stößen. Das System hat keinerlei Verschleißteile oder Auswirkungen auf die Kolbenstange. Rillen unter der Beschichtung der Kolbenstange rufen Veränderungen in einem vom Wegmesssystem erzeugten Magnetfeld hervor. Der CIMS Sensor erfasst sie und wertet sie hochpräzise aus. Den Betriebszustand des integrierten Wegmesssystems können Techniker über einen PC oder über die SPS-Steuerung abrufen und auswerten. Bei den Zylindern der Schleuse Münster integrierte Rexroth drei CIMS Sensoren pro Zylinder. Das sichert eine redundante Wegerfassung. Für die neue CIMS Generation war das der erste Einsatz. Deshalb kombinierte Rexroth in jedem Zylinder die neuen Sensoren mit den bewährten der Vorgängerserie, um sie in Echtzeit miteinander vergleichen und optimieren zu können.

So funktioniert die Zwillingsschleuse

So funktioniert die Zwillingsschleuse

Wenn eine Schleuse mit Wasser gefüllt (Oberwasserstand (1)) und die zweite geleert ist (Unterwasserstand (2)), kann der Schleusenvorgang beginnen. Dabei sind die 13,2 Meter breiten Klapptore am Oberhaupt (3) und die Stemmtore am Unterhaupt (4) geschlossen.

Über je zwei Längskanäle (5) zu beiden Seiten jeder Kammer fließt das Wasser durch zwei Querkanäle (6) in die Kammer mit dem niedrigeren Wasserstand. Durch den Austausch erreichen beide Kammern das gleiche Niveau in der Mitte zwischen den jeweiligen Zielmarken. Während bei der Kammer für die Talfahrt das restliche Wasser nach unten entleert wird, füllt sich die andere Kammer durch das Einlaufbauwerk. Insgesamt zehn Verschlüsse in den Kanälen regulieren den Wasserstand.

Da der Dortmund-Ems-Kanal keine natürlichen Zuflüsse hat, ist Wasser ein rares Gut – jeder Liter, der am Unterhaupt in den Kanal fließt, muss wieder auf das höhere Niveau zurückgepumpt werden. Hier spielt die Zwillingsschleuse ihren Vorteil aus. Bei jedem

Schleusenvorgang tauschen die beiden Becken 8.000 Kubikmeter Wasser aus – die Hälfte der benötigten Menge je Kammer. So geht deutlich weniger Wasser verloren, das zurückgepumpt werden muss. Das senkt den Wasserverbrauch und somit auch die benötigte Energie für die Pumpen.