Neigungsmessung am Hydraulikhammer

Bei der Installation von Offshore-Fundamenten müssen große Stahlpfähle mit hoher Präzision in den Meeresboden eingebracht werden. Hydraulikhämmer, auch Hydrohammer genannt, treiben dabei sogenannte Piles mit Durchmessern von bis zu sechs Metern in den Untergrund. Schon geringe Abweichungen von der vorgesehenen Ausrichtung können sich mit zunehmender Einbringtiefe deutlich verstärken.

Für die spätere Konstruktion – beispielsweise bei Offshore-Windenergieanlagen oder Plattformen – ist deshalb eine möglichst präzise Ausrichtung des Fundaments entscheidend. Um die Neigung während des Installationsprozesses zuverlässig kontrollieren zu können, entwickelte Althen ein kundenspezifisches Neigungsmesssystem für den Einsatz direkt am Hydraulikhammer.

Präzise Ausrichtung unter extremen Bedingungen

Das Einbringen großer Pfähle in den Meeresboden stellt besondere Anforderungen an die Messtechnik. Während des Rammvorgangs erzeugt der Hydraulikhammer starke mechanische Stöße und Vibrationen. Gleichzeitig muss die Neigung des Systems während der Ausrichtung präzise und reproduzierbar erfasst werden.

Eine Standardlösung für die Neigungsmessung war für diese Anwendung daher nicht ausreichend. Gefordert war ein Messsystem, das hohe mechanische Belastungen übersteht und dennoch eine zuverlässige Messung kleiner Neigungsänderungen ermöglicht. Hinzu kamen die besonderen Bedingungen des Offshore-Einsatzes. Sensorik, Elektronik und Gehäuse mussten als kompakte Einheit ausgeführt und entsprechend der kundenspezifischen Einbausituation konstruiert werden.

Die Herausforderung: Stöße verkraften und dennoch präzise messen

Bei einem Hydraulikhammer treffen zwei zunächst gegensätzliche Anforderungen aufeinander: hohe mechanische Robustheit und hohe Messgenauigkeit. Während des Rammvorgangs wirken starke Beschleunigungen und wiederkehrende Stöße auf das gesamte System. Diese dynamischen Einflüsse dürfen das Messergebnis der eigentlichen Neigungsmessung nicht unzulässig beeinflussen. Zwischen den einzelnen Schlägen muss gleichzeitig eine stabile Information über die horizontale Ausrichtung des Hydraulikhammers zur Verfügung stehen.

Für die Auslegung des Messsystems waren deshalb mehrere Kriterien entscheidend:

• präzise Erfassung der horizontalen Neigung,
• hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Vibrationen,
• zuverlässiges Verhalten unter rauen Offshore-Bedingungen,
• Aufbereitung eines stabilen Messsignals,
• kompakte Bauweise sowie
• Integration in ein kundenspezifisches Spezialgehäuse.

Die Lösung: Servo-Inklinometer mit angepasster Signalaufbereitung

Althen entwickelte für diese Messaufgabe das kundenspezifische Neigungsmesssystem PNS-IP-24E-420-Z0032. Herzstück des Systems ist ein hochpräzises, ölgedämpftes Servo-Inklinometer.

Diese Sensortechnologie eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen kleine Neigungswinkel zuverlässig erfasst werden müssen und gleichzeitig hohe Anforderungen an Stabilität und Präzision bestehen. Das Inklinometer wurde gemeinsam mit einem Messverstärker und einem Tiefpassfilter in ein speziell für die Anwendung ausgelegtes Gehäuse integriert. Dadurch entstand keine einzelne Sensorkomponente, sondern eine auf den Hydraulikhammer abgestimmte komplette Messlösung.

Warum ist ein Tiefpassfilter bei dieser Anwendung wichtig?

Bei einem Rammvorgang entstehen neben der eigentlichen Neigungsinformation zahlreiche kurzzeitige dynamische Signale durch Schläge und Vibrationen. Für die Ausrichtung des Hydraulikhammers ist jedoch vor allem die vergleichsweise langsame Änderung seiner Lage relevant.

Der im Messsystem integrierte Tiefpassfilter unterstützt dabei, hochfrequente Signalanteile der mechanischen Belastung zu reduzieren. Dadurch lässt sich die für die Ausrichtung relevante Neigungsinformation stabiler erfassen und weiterverarbeiten. Sensorik und Signalaufbereitung wurden somit gemeinsam für die besonderen Bedingungen der Anwendung ausgelegt.

Messung der horizontalen Ausrichtung

Das Messsystem erfasst die horizontale Neigung des Hydraulikhammers. Dabei ist die Lösung so ausgelegt, dass sie gegenüber Stößen in vertikaler Richtung weitgehend unempfindlich ist.

Gerade bei einer Anwendung mit starken vertikalen Impulsen ist diese Trennung wichtig: Entscheidend für die Positionierung des Pfahls ist nicht der einzelne Schlag des Hammers, sondern seine tatsächliche Neigung gegenüber der gewünschten Einbaurichtung. Auf diese Weise kann die Ausrichtung kontrolliert werden, bevor beziehungsweise während der Pfahl weiter in den Untergrund eingebracht wird.

Kundenspezifische Integration für den Offshore-Einsatz

Neben der eigentlichen Sensorik spielte die mechanische Integration eine wichtige Rolle. Das komplette Neigungsmesssystem wurde entsprechend den Vorgaben des Kunden in einem kompakten Spezialgehäuse aufgebaut.

Damit konnten Sensor, Messverstärker und Filtertechnik als aufeinander abgestimmte Einheit direkt für die vorgesehene Anwendung bereitgestellt werden. Die kundenspezifische Entwicklung erleichtert gleichzeitig die Integration in die bestehende Konstruktion des Hydraulikhammers.

Das Ergebnis: zuverlässige Neigungskontrolle beim Einbringen der Pfähle

Mit der entwickelten Messlösung lässt sich die Neigung des Hydraulikhammers auch unter den anspruchsvollen mechanischen Bedingungen des Rammvorgangs zuverlässig überwachen.

Die Kombination aus präzisem Servo-Inklinometer, abgestimmter Signalaufbereitung und robustem Spezialgehäuse ermöglicht es, die für die Positionierung relevante Neigung zu erfassen, obwohl das System gleichzeitig starken Stößen und Vibrationen ausgesetzt ist.

Damit unterstützt die Neigungsmessung die präzise Installation großer Offshore-Pfähle und trägt dazu bei, Abweichungen bei der Ausrichtung bereits während des Einbringens zu erkennen.

Vorteile der kundenspezifischen Messlösung

• Präzise Neigungsmessung unter hohen mechanischen Belastungen
• Hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Vibrationen
• Ölgedämpftes Servo-Inklinometer für anspruchsvolle Messaufgaben
• Integrierte Signalaufbereitung mit Messverstärker und Tiefpassfilter
• Unempfindlichkeit gegenüber vertikalen Stößen bei der horizontalen Neigungsmessung
• Kundenspezifische Integration in ein kompaktes Spezialgehäuse
• Für anspruchsvolle Offshore-Anwendungen konzipiert