Google+ Facebook Twitter XING LinkedIn GoogleCurrents YouTube

Elektroantrieb

Zuverlässiger Elektroantrieb bei Wind und Wetter

| Autor / Redakteur: Andreas Seegen und Ellen-Christine Reiff / Stefanie Michel

Bild 1: Vor allem in küstennahen Bereichen können Leuchttürme für die Schifffahrt lebenswichtig sein. Für ihre in den Seekarten verzeichnete Blinkfolge ist eine konstante Rotationsgeschwindigkeit der Optik nötig.
Bild 1: Vor allem in küstennahen Bereichen können Leuchttürme für die Schifffahrt lebenswichtig sein. Für ihre in den Seekarten verzeichnete Blinkfolge ist eine konstante Rotationsgeschwindigkeit der Optik nötig. (Bild: @Ivan Dragiev - stock.adobe.com)

Auch in Zeiten von GPS und digitalen Navigationshilfen ist die Schifffahrt in Küstennähe auf die Lichtzeichen von Leuchttürmen angewiesen. Die Anforderungen für die Antriebe der Rotationsoptiken sind anspruchsvoll: an Land und auf See sicher und präzise laufen.

Leuchttürme wirken oft alt und ehrwürdig. In ihrem Inneren verbirgt sich allerdings moderne und robuste Technik. Verfügbarkeit, lange Wartungsintervalle und möglichst niedrige Instandhaltungskosten sind dabei die entscheidenden Kriterien bei der Auswahl der Leuchtmittel und der fürs charakteristische „Blinken“ verantwortlichen elektromechanischen Mimik. Wer an Frankreichs Küsten einen Blick in die Lampenhäuser der zahlreichen Leuchttürme wirft, hat deshalb gute Chancen, Antriebe von Faulhaber als treibende Kraft der Rotationsoptik zu sehen.

Nirgends auf der Welt gibt es so viele imposante Leuchttürme wie an den Küsten Frankreichs. Die beeindruckenden Bauwerke (Bild 1) sind dabei nicht unbedingt nur der Tatsache geschuldet, dass die Küstenabschnitte Frankreichs besonders gefährlich sind. Vielmehr sind die Größe und die reichen Verzierungen auch Zeichen für den Nationalstolz des Landes. Für die Sicherheit der Schifffahrt sind sie zudem mit ihren Leuchtfeuern unverzichtbar. Moderne digitale Navigationshilfen schmälern zwar heute die Bedeutung von Leuchttürmen, können aber die visuellen Schifffahrtszeichen nicht vollständig ersetzen. Insbesondere beim Ausfall des GPS, der Elektronik oder der Stromversorgung sind Leuchttürme deshalb gerade in küstennahen Bereichen eine überlebenswichtige Back-up-Einrichtung.

Hohe Verfügbarkeit von Beleuchtung und Antrieb

Die Leuchtturm-Dichte ist in Frankreich vor allem an der Ärmelkanalküste aufgrund des enormen Tidenhubs besonders hoch. Hier stehen rund 120 Leuchttürme, die von der staatlichen Behörde Cerema betrieben, kontrolliert und instandgehalten werden. In den meisten von ihnen drehen sich noch die Optiken des französischen Uhrmachers Henry Lepaute (1800 bis 1885), deren Funktionsweise auf der Grundlagenforschung des Franzosen Jean Augustin Fresnel basiert. Die Linsen sind aus 20 konzentrischen Kreisen aufgebaut mit einer Brennweite bis 700 mm. Sie brechen und bündeln das in alle Richtungen ausstrahlende Lampenlicht in eine horizontale Ebene und machen es damit weit sichtbar (Bilder 2 und 3).

Das typische Blinken der Leuchttürme lässt sich mit drei technischen Verfahren erreichen:

  • Durch eine kontinuierliche Lichtführung mit blinkendem Leuchtmittel,
  • eine kontinuierliche Leuchtquelle mit starr angeordneten Linsen und umlaufender Blende sowie
  • die Kombination aus Dauerlicht und umlaufendem Linsensystem.

Letzteres ist die am häufigsten anzutreffende Variante. Hier setzt Cerema inzwischen auf LED-Technik und erschließt sich damit die Vorteile einer langlebigen und robusten Beleuchtung. Die Verfügbarkeit liegt nach Angaben von Cerema bei rund 99 %. „Diese Betriebssicherheit wollen wir auch beim Antrieb für die Rotationsoptik erreichen“, betont Laurent Bernicot aus dem Bereich Navigations- und Positionssysteme bei Cerema. „Zuverlässigkeit war deshalb ein sehr wichtiges Kriterium bei der Antriebsauswahl und brachte uns schlussendlich zu Faulhaber-Antrieben.“ DC-Kleinstmotoren der Serien 2342 und 3257 sowie bürstenlose DC-Servomotoren der Serie 3268 – jeweils kombiniert mit abgestimmten Planetengetrieben – sind heute die treibende Kraft der verschiedenen Rotationsoptiken (Bild 4). Neben der generellen Funktionalität der Antriebe überzeugte in der intensiven Testphase vor allem das Verhalten gegenüber salzhaltiger Luft. „Wir haben Türme an Land und im Meer. Die Antriebe müssen auch dort sicher laufen, und das nicht nur in Frankreich selbst, sondern auch in Französisch-Guayana oder den Überseeinseln Saint-Pierre und Miquelon vor der Küste Neufundlands.“

Grundlagen zu Servoantrieben

MM-Akademie

Grundlagen zu Servoantrieben

18.02.19 - Im „Grundlagenseminar Servoantriebe“ vermittelt Prof. Dr. Rainer Hagel Basiswissen und regelungstechnische Zusammenhänge im Bereich Servoantriebe. Melden Sie sich jetzt an, denn die Teilnehmerzahl ist limitiert! lesen

Doppelantrieb für maximale Betriebssicherheit

Der hohe Anspruch an die Betriebssicherheit schlägt sich auch konstruktiv nieder. Jede Antriebseinheit besteht aus zwei Motoren – ein Aufbau, der sich auch in deutschen Leuchttürmen wiederfindet. „Zwei Motoren sind dabei mit einem Getriebe verbunden und laufen abwechselnd“, erklärt Dirk Berger, Pressesprecher des Wasserstraßen- und Schifffahrtsamts in Stralsund. Der wechselseitige Betrieb harmonisiert die Betriebsstunden und sichert die Verfügbarkeit, da längerer Stillstand regelmäßig Anlaufschwierigkeiten zur Folge hätte. Sollte ein Motor ausfallen, schaltet die Anlage im Leuchtturm automatisch auf den zweiten Motor um und meldet diese Störung an die Leitstelle (Bild 5). „Gerade die großen Leuchttürme werden bei uns fernüberwacht“, berichtet Berger. Hierbei sind zwei Eskalationsstufen in die Steuerung integriert: Vorwarnung bei sich androhenden Störungen und der Ausfall. Überwacht wird der Betrieb mit einem Sensor, der die Zeit pro Umdrehung misst. „Die Leuchtfeuer müssen sich mit exakt der Geschwindigkeit drehen, die ihrer Kennung entspricht“, erklärt Berger.

Hinter der Kennung steckt eine besondere Art der Blinkfolge, die in den Seekarten verzeichnet ist und vor allem nachts beim Navigieren die eindeutige Zuordnung eines Leuchtturms ermöglicht. „Unser Ziel ist deshalb eine konstante Rotationsgeschwindigkeit“, erklärt Bergers französischer Kollege Laurent Bernicot aus Plouzane in der Bretagne. „Deshalb müssen wir die Motoren präzise regeln.“ Die Steuerung in den französischen Leuchttürmen ist eine Eigenentwicklung des Cerema-Fachbereichs EMF. Die Abkürzung steht für „eau, mer, fleuves“, also Wasser, Meer, Flüsse. Die Steuerung im Lampenhaus gibt vor, wie häufig und in welchem Takt das Licht pro Zeiteinheit zu sehen ist. Wie in Deutschland auch, misst ein Sensor die Rotationsgeschwindigkeit der Optik und überträgt die Informationen an die Steuerung. Nach der Berechnung stellt der Regler die Motordrehzahl über den analogen Sollwert direkt auf die Motorstromversorgung ein. Die Werte werden kontinuierlich kontrolliert. Wird ein Problem erkannt, speichert das Automatisierungssystem des EMF-Fachbereichs den Fehler und schaltet auf den zweiten Motor um.

Die Größe der Optik bestimmt die Motorauswahl

Welcher der drei Motortypen zum Einsatz kommt, hängt von der Größe der Optik ab. Der DC-Kleinstmotor der Serie 2342 ist für kleine Optiken zugeschnitten, die nur eine geringe Motorleistung erfordern. Er liefert bei 23 mm Durchmesser und 42 mm Länge ein Dauerdrehmoment von 19 mNm. Bei mittelgroßen Optiken wird die rotierende Blende von der Serie 3257 in Bewegung gebracht, deren Dauerdrehmoment bei 73,1 mNm liegt. Mit einem Durchmesser von 32 mm und 57 mm Länge ist auch dieser Motor sehr kompakt.

Für den Einsatz in leistungsstarken Anlagen mit hoher Leuchtintensität und entsprechend schwerer Konstruktion sind schließlich die bürstenlosen vierpoligen Servomotoren der Serie 3268 eingesetzt. Wenn Laurent Bernicot von „schweren Anlagen“ spricht, dann steckt dahinter eine Scheinwerferoptik, deren Masse zwischen 200 kg und 1 t liegt. Wichtig ist deshalb bei der Auslegung abseits des Normalbetriebs, dass die Motoren kräftige Spitzenmomente liefern, um die hohen Anfahrdrehmomente zwischen 5 und 8 Nm sicher zu beherrschen. „Auch das war ein wesentlicher Grund für die Auswahl der Faulhaber-Motoren“, erklärt Bernicot. Kommt es hingegen zum Stillstand, weil die Leuchttürme nur in der Nacht in Betrieb sind, dann wird beim Anhalten des Scheinwerfers die Optik über einen in der Rotationsmaschine integrierten Freilauf vom Motor entkoppelt.

Vom Turmuhrantrieb zum hochpräzisen Elektromotor

Vor gut einhundert Jahren wurden die Optiken auf Leuchttürmen noch von einem Turmuhrantrieb gedreht. Hierbei handelte es sich vom Konstruktionsprinzip her tatsächlich um ein angepasstes mechanisches Uhrwerk für Kirchen, das vom Leuchtturmwärter regelmäßig durch Heben von Gewichten wieder aufgezogen werden musste. „In den 1930er-Jahren kamen die ersten Elektroantriebe“, berichtet Dirk Berger aus Stralsund. Eine weitere Modernisierungswelle startete in den 1980er-Jahren. Diese Technik ist teilweise noch heute in Betrieb, wird aber sukzessive auf die neuen Antriebslösungen umgerüstet. Da die Rahmenbedingungen bei Leuchttürmen wegen der Anforderungen an die Verfügbarkeit mit langen Wartungsintervallen anspruchsvoll sind, ist es wichtig, eine enge Projektpartnerschaft zu pflegen. Cerema und die französische Faulhaber-Niederlassung arbeiten deshalb seit 2011 eng zusammen.

* Dipl.-Ing. (BA) Andreas Seegen ist Marketingleiter bei der Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG in 71101 Schönaich; Ellen-Christine Reiff ist tätig im Redaktionsbüro Stutensee

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

Anonym mitdiskutieren oder einloggen Anmelden

Avatar
Zur Wahrung unserer Interessen speichern wir zusätzlich zu den o.g. Informationen die IP-Adresse. Dies dient ausschließlich dem Zweck, dass Sie als Urheber des Kommentars identifiziert werden können. Rechtliche Grundlage ist die Wahrung berechtigter Interessen gem. Art 6 Abs 1 lit. f) DSGVO.
  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 45390348 / Antriebstechnik )

Themen-Newsletter Konstruktion abonnieren.
* Ich bin mit der Verarbeitung und Nutzung meiner Daten gemäß Einwilligungserklärung einverstanden.
Spamschutz:
Bitte geben Sie das Ergebnis der Rechenaufgabe (Addition) ein.

Konstruktion

Smarte Maschinen effizient konstruieren

Wer smarte Maschinen effizient konstruieren will, kann heute auf eine ganze Reihe neuer Tools und Methoden für Konstruktion und Entwicklung zurückgreifen. Doch welche sind wirklich sinnvoll? Dieses Dossier bietet einen Überblick. lesen

Dossier Digitalisierung

Digitalisierung in der Blechbearbeitung

Erfahren Sie in diesem Dossier, wie Digitalisierung in der Blechbearbeitung aussehen kann, und vor allem auch für KMU realisierbar ist. lesen