Aufrufe
vor 2 Monaten

06 | 2019

  • Text
  • Anforderungen
  • Deutschland
  • Energie
  • Sensoren
  • Luft
  • Wasser
  • Emissionen
  • Unternehmen
  • Juni
  • Umweltmagazin

Special Mess-, Steuer-

Special Mess-, Steuer- und Regeltechnik Astronaut Alexander Gerst hat in der Internationalen Raumstation ISS das ACLS Modul persönlich installiert und in Betrieb genommen. durch Druck elastisch verformbaren Membran aus Silizium (Si). Die Membran biegt sich entsprechend des Druckunterschieds zu beiden Seiten durch, was in der Oberfläche mechanische Spannungen hervorruft. Damit man diese mechanischen Spannungen messen kann, sind in der Randzone der Membran, wo diese Spannungen am Fliegen heute deutlich sicherer als noch 1970 Ein Differenzdrucktransmitter der Firma Keller AG. größten sind, Widerstände eindiffundiert. Die Widerstände reagieren anhand des piezoresistiven Effektes viel stärker auf die mechanischen Spannungen wie herkömmliche Dehnmesstreifen, die nur geometrische Änderungen folgen. Die großen Vorteile sind somit die extrem hohe Empfindlichkeit wie auch die gute Nullpunktstabilität: Diese Laut Bundesverband der Deutschen Luftverkehrswirtschaft (BDL) und des Aviation Safety Networks (ASN) wurden 2017 insgesamt vier Milliarden Passagiere befördert, wovon bei zehn Unglücken im zivilen Flugverkehr 79 Menschen starben. Das Risiko, in einem Verkehrsflug ums Leben zu kommen, war damals auf den niedrigsten Stand seit Beginn der Aufzeichnungen gesunken. 2017 wurden gemäß BDL 13 Mal mehr Passagiere durch Fluggesellschaften transportiert als noch 1970. Trotz dieser deutlich gestiegenen Zahl sank die statistische Wahrscheinlichkeit, durch einen Flugzeugabsturz ums Leben zu kommen, von den 1970er Jahren bis 2017 um den Faktor 350. Im Mittel der 1970er-Jahre lag sie 1 zu 264.000, 2017 bei 1 zu 92.750.000. Nicht eingeflossen in diese Bilanz sind Unglücke mit Militärmaschinen oder kleineren Flugzeugen mit weniger als 14 Passagiersitzen an Bord. Bild: Keller AG Bild: Airbus Defence and Space resultiert aus der Verwendung von einkristallinem Si-Material, welches sich im Gegensatz zu Metallen bei Druckund Temperaturschwankungen nicht verformt. Die auf Si-Chips basierte piezoresistive Technologie hat sich im Alltag bewährt und findet ihren Einsatz in immer extremeren Umgebungen. Der Schlüssel zum jeweiligen Einsatz liegt dabei weniger in der Technologie selber als in der „Verpackung“ des piezoresistiven Sensorchips. Anders als bei metallischen Membranen war der Si-Sensor nicht so medienresistent und konnte anfangs nur in trockener, sauberer Luft oder in nichtleitenden Medien eingesetzt werden. Aber aus der Si-Membran, einer intelligenten Kapselung und der entsprechenden Schaltung konnte Keller hochgenaue, zuverlässige Drucksensoren entwickeln. Da Druckmessung immer die Druckdifferenz zwischen zwei Drücken bestimmt, musste man die Sensoren geeignet kapseln. Für die Schweizer Firma erschien die Druckmessung gegen Vakuum in der Luft- und Raumfahrt als bester Weg, da nur noch eine Seite gegen Medien geschützt werden musste. Mit dem elektrostatischen Bonden der Si-Messzelle auf Glas hatte man ein Verfahren, welches das nötige Vakuum auf der Rückseite fast gratis lieferte. Ohne Vakuum funktioniert nämlich das elektrostatische Bonden nicht, das auf einer Ionenwanderung zwischen der Glasplatte der Rückseite und dem Silizium (Si) beruht. Auch die Gestaltung der Ölfüllung und die Isolation gegen die zu messenden Medien war ein Problem, das gelöst werden konnte. Dank ihrer hohen Genauigkeit und Zuverlässigkeit haben ölgefüllte, piezoresistive Drucksensoren heute eine führende Rolle in der Druckmessetechnik erobert und bieten mit dieser Technik das Herzstück für die Drucktransmitter der Luft- und Raumfahrt. Wegen den vielen Effekten, die beim Einbau einer piezoresistiver Silizium- Messzelle zu beherrschen sind, hält es Jürg Dobler für nachvollziehbar, dass ein solcher Sensor immer noch 10 bis 100 Mal teurer ist als die Si-Messzelle alleine. „Anders gesagt: der Kunde kauft das Packaging, die Zelle bekommt er praktisch umsonst.“ Jürg Dobler, Günther Kaden, Geschäftsleitung, Keller AG für Druckmesstechnik, marketing@keller-druck.com 16 UmweltMagazin Juni 2019

Mess-, Steuer- und Regeltechnik Special G aswarnsysteme machen klimafreundliches Fahren sicher Gasmotoren gehört die Zukunft in der internationalen Schifffahrt. Doch mit dem Wechsel auf den neuen Treibstoff ändern sich auch die Anforderungen an die Sicherheit auf den Schiffen. Um die Sicherheit gewährleisten zu können, bauen Werften daher aktuelle Gasmesstechnik zum Detektieren möglicher Leckagen beim Betrieb der Schiffe mit dem flüssigen Erdgas (LNG) ein. Ein Gastransmitter PIR 7000 an Deck als Teil eines Gasüberwachungssystems. Von solchen Transmittern gibt es oft rund 90 auf einem Kreuzfahrtschiff, um flächendeckend den Methangehalt zu überwachen. Die Internationale Seeschifffahrts- Organisation IMO (International Maritime Organization) schreibt diese Gaswarnanlagen vor. Sie ist die Sonderorganisation der Vereinten Nationen, die sich auch zum Ziel gesetzt hat, die Meeresverschmutzung durch Schiffe zu verringern. Reedereien haben verstanden, dass sie sich für eine ökologisch gestaltete Schifffahrt einsetzen müssen. Bei Neubauten entscheiden sich immer mehr für einen Gasantrieb. Dies gilt bisher vor allem für Kreuzfahrtschiffe und Fähren und noch weniger für die Containerschiffe, die den Löwenanteil des Schiffsverkehrs ausmachen. Doch der Trend geht aufwärts: „Derzeit gibt es zwar erst rund 150 Schiffe mit LNG-Antrieb weltweit, jedoch sind ungefähr genauso viele bestellt und befinden sich teilweise schon im Bau“, erklärt Nico Möller-Gomez. Der Ingenieur betreut bei Dräger, einem Unternehmen der Medizin- und Sicherheitstechnik, die Fokusindustrie Schiffbau. Durch neue Umweltvorschriften der IMO wird sich deren Anzahl bald deutlich erhöhen. So dürfen Schiffsabgase von Januar 2020 an nicht mehr als 0,5 Prozent Schwefel enthalten. Bislang lag die Obergrenze – abgesehen von einigen Schutzgebieten – bei 3,5 Prozent. „Diese Regeln gelten dann auch für Containerschiffe sowie Chemie- und Öltanker“, betont Möller- Gomez Gas birgt Explosionsgefahr Der Betrieb mit Flüssiggas erfordert jedoch ein Umdenken im Schiffbau sowie beim Bebunkern. Dazu gehört auch das Sicherheitskonzept, das auf den explosionsgefährdeten Kraftstoff zugeschnitten sein muss. Um Erdgas in ausreichenden Mengen transportieren zu können, wird dies auf -162 °C heruntergekühlt. Dabei verändert sich sein Aggregatzustand. Das nun verflüssigte Gas benötigt im Gegensatz zu dem gasförmigen Zustand ein 600fach kleineres Volumen. Dies erst ermöglicht den Transport von größeren Mengen. In der tiefkalten Flüssigphase wird das LNG erwärmt, damit regasifiziert und als klassisches Erdgas von den Motoren verbrannt. Damit steigt auch das Risiko, denn austretendes Erdgas birgt eine hohe Explosionsgefahr. Daher hat die IMO eine Vorschrift speziell für Schiffe, die Gas oder andere Kraftstoffe mit niedrigem Flammpunkt verwenden, entworfen: den IGF-Code (International Code of Safety for Ship Using Gases or Other Low-flashpoint Fuels). Er ist seit 2015 in Kraft und schreibt auch Art und Anzahl der notwendigen Messköpfe vor. Im Vordergrund steht der Explosionsschutz. Um Gasmesstechnik auf Schiffen verwenden zu dürfen, braucht es spezielle Zulassungen. Hierbei kommt es auch darauf an, unter welche Flagge das Schiff fährt und welche Klassifikationsgesellschaft für die Zertifizierung des Schiffes und damit auch der Gasmesstechnik zuständig ist. Von diesen Gesellschaften gibt es aktuell zwölf, die unter dem Dach der IACS (International Association of Classification Societies) organisiert sind. Sie erstellen technische Richtlinien zum Entwurf und zur Konstruktion von Schiffen, geben diese als Bauvorschriften heraus und überwachen deren Einhaltung. Sie sind damit eine Art TÜV der Seeschifffahrt. Eine davon ist die Det Norske Veritas/ Germanischer Lloyd (DNG/GL). Das Unternehmen Dräger bietet für viele dieser Klassifikationsgesellschaften zugelassene Produkt- und Systemlösungen für die Sicherheit an Bord an. Diese schützen das Schiff, die Waren, die Menschen und die Umwelt. „Für die Überwachung eines möglichen Austritts von Erdgas werden an definierten Bereichen wie beispielsweise den Tankund Maschinenräumen Gastransmitter UmweltMagazin Juni 2019 17

Ausgabenübersicht