Synchronhubsystem für präzises Kippen an Forschungskanälen
Vom Hochwasserschutz bis zum Ressourcenschutz stellt Wasser eine der größten ökologischen Herausforderungen unserer Zeit dar. Kippkanäle dienen Ingenieuren zunehmend als wichtiges Werkzeug in der Hydraulik- und Sedimentologieforschung. Die neuesten Produkte von Armfield bieten dank eines automatisierten Hubsystems von Drives Lines Technologies Ltd die größte Vielseitigkeit.
Seit Menschengedenken haben Menschen in den natürlichen Verlauf und das Verhalten von Flüssen eingegriffen: um Wasserressourcen zu verwalten, vor Überschwemmungen zu schützen oder die Passage entlang oder über Flüsse zu erleichtern. Heute ist Flussbau ein wichtiges Untersuchungsgebiet, da Bauingenieure versuchen, die Strömungsdynamik, den Sedimenttransport und den Unterwassermurgang zu verstehen.
Viele Untersuchungsgebiete erfordern oder werden durch die Verwendung von Kanälen (offene Kanalwasserwege mit fester Länge) mit Kippfähigkeit, die entweder eine positive oder eine negative Neigung bieten, verbessert. Armfield mit Sitz in Ringwood in der Nähe von Southampton entwickelt und liefert seit über 50 Jahren Kanäle an Hydrauliklabore auf der ganzen Welt. Heute bietet das Unternehmen ein Vollsortiment an Standard-Forschungskanälen mit unterschiedlichen Längen, einer Vielzahl von Betriebsmodi und mit vollständiger Computersteuerung und Datenprotokollierungsfunktionen.
Typischerweise bieten diese Kanäle einen gut sichtbaren gläsernen Strömungskanal, der in einem rechteckigen prismatischen Abschnitt mit einem aus Edelstahl gefertigten Bett konstruiert ist.
Der wichtigste Aspekt eines kippbaren Kanals ist die Beibehaltung der Integrität des Arbeitsabschnitts, um Toleranzen aufrechtzuhalten und sowohl Genauigkeit als auch Wiederholbarkeit sicherzustellen. Um dies zu erreichen, ist eine extrem rigide Konstruktion erforderlich, um nahezu jegliche Durchbiegung auszuschließen, unabhängig von Last oder Neigung. Entscheidend für die Gewährleistung dieser Stabilität ist die Konstruktion des Kippsystems.
Armfield empfiehlt für seine Kanäle Spindelhubgetriebe, die über Verteilergetriebe angetrieben werden, um angesichts der Größe und des Gewichts der Anlage das beste Maß an Wiederholgenauigkeit und Stabilität zu erreichen. Bei langen Kanälen wird eine Reihe von Hubstationen an verschiedenen Stellen entlang der Länge des Kanals verwendet. Diese müssen sorgfältig miteinander verbunden werden, um eine Deformation des Hauptrahmens zu vermeiden. Darüber hinaus gewährleistet bei diesen langen Kanälen und insbesondere bei außergewöhnlichen Neigungsgraden ein Drehmechanismus an jeder Station jederzeit eine vertikale Ausrichtung zu den Hebern.
Armfield wandte sich an Drive Lines, um die kritische Hubfunktion für seinen neuen modularen Kippkanal S60 mit Längen von bis zu 30 m anzubieten. Als Experte für mechanische Antriebssysteme vertritt Drive Lines führende Hersteller von mechanischen Kraftübertragungen aus der ganzen Welt und bringt diese Komponenten zusammen, um zuverlässige, vielseitige und kostengünstige Lösungen anzubieten.
Die Anforderungen an die 15-m-Version des neuen Kanals waren am anspruchsvollsten und erforderten drei Spindelhubstationen, die durch einen Getriebeantrieb miteinander verbunden waren. Das System musste in der Lage sein, eine positive Neigung von bis zu 1,43° und eine negative Neigung von bis zu 0,29° bereitzustellen und gleichzeitig eine Sohlenstabilität von besser als 1 mm bei einer Wassertiefe von 400 mm aufrechtzuerhalten.
Der 15 m lange S60-Kanal hat an einem Ende einen Drehpunkt, was bedeutet, dass der Kanal zum Erreichen der maximalen Neigung am anderen Ende um 450 mm angehoben werden muss. Das von Drive Lines für den Kanal gelieferte Hubsystem umfasst drei Hubstationen – die erste 5 m vom Drehpunkt entfernt, die zweite 10 m und die dritte 15 m. Da der Arbeitsabschnitt des Kanals 800 mm hoch und 600 mm breit ist, führt das Befüllen bis zur maximal zulässigen Tiefe zu einer maximalen Drucklast von 4 Tonnen an jeder Hubstation.
Für die Ingenieure von Drive Lines bestand die größte Herausforderung in der sorgfältigen Auswahl der Kegelradgetriebeübersetzungen und der Motordrehzahl, um einen gleichmäßigen Auftrieb des Kanals an jeder Hubstation zu gewährleisten. An der ersten und zweiten Station installierte Drive Lines jeweils zwei Spindelhubgetriebe MJ3-GL, während an der dritten Station zwei Spindelhubgetriebe MJ4-GL zum Einsatz kamen. Die von Grob Antriebstechnik hergestellten kubischen Spindelhubgetriebe der Serie MJ sind ideal für den Einsatz überall dort, wo kontrolliertes Heben, Senken und Schwenken erforderlich sind. Sie können einzeln, paarweise oder als Teil eines Mehrfachhubsystems installiert werden.
Ein 1,1-kW-Motor, der mit einem Graessner-PowerGear-P-110-FL-Dreiwegegetriebe verbunden ist, ist zwischen der zweiten und dritten Hubstation positioniert, wobei die Leistung an jede der drei Hubstationen über R+W-EZ2/60-Gelenkwellen geliefert wird. Jede Welle treibt wiederum ein Graessner-PowerGear-P-110-L-123-Getriebe an jeder Hubstation an, wobei der Antrieb von den Getrieben zu den Doppelhebern über weitere R+W-EZ2/60-Gelenkwellen erfolgt.
Die robusten, zuverlässigen und wartungsfreien PowerGear-Kegelradgetriebe von Graessner bieten Winkeldrehmomentübertragung und Drehmomentverteilung in Konfigurationen mit einer oder mehreren Wellen. Sie zeichnen sich durch Anwendungen mit hohen Drehmomentkräften und begrenztem Platz aus.
Die automatisierte Benutzeroberfläche für das Hubsystem ermöglicht es dem Benutzer, jeden Neigungssollwert einzugeben, der automatisch vom System erfüllt wird. Elektronische Endschalter verhindern eine Bewegung über den maximalen und minimalen Verfahrweg hinaus.
Der vollständig eigenständige Kippkanal S60 ist ein unverzichtbares Werkzeug für den Hydraulikingenieur und bietet umfassende Demonstrationsmöglichkeiten in allen Aspekten der Strömung im offenen Kanal. Ausgestattet mit dem Hubsystem von Drive Lines zur vollständigen elektrischen Steuerung der Neigung, wurden bereits zahlreiche S60-Kanäle in Bildungs- und Forschungseinrichtungen auf der ganzen Welt installiert und bieten Ingenieuren die nötigen Werkzeuge, um einige der dringendsten ökologischen Herausforderungen unserer Zeit anzugehen.
