Sichere Energieversorgung zur Erforschung der Sonne

Energiekette Sichere Energieversorgung zur Erforschung der Sonne

29.11.2019Autor / Redakteur: Thorsten Serapinas / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein |

Für das weltweit größte Solar-Teleskop hat Tsubaki Kabelschlepp ein groß dimensioniertes Energieführungssystem realisiert. Herausfordernd war die außergewöhnliche Lage auf einem hawaiianischen Vulkan in 3000 m Höhe.

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TSUBAKI KABELSCHLEPP GmbH

Das mit dem Bau der bewegten Kuppel des Teleskops – der sogenannten „Dome Structure“ – beauftragte spanische Unternehmen Idom entschied sich für Energieführungen von Tsubaki Kabelschlepp.
(Bild: Tsubaki Kabelschlepp)

Mithilfe des DKIST-Solar-Teleskop wollen Forscher der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) in naher Zukunft die Veränderungen der Sonne und deren Auswirkungen auf die Erde erforschen.

Die besondere Lage auf dem 3000 Meter hohen Vulkan Haleakala auf der Insel Maui (Hawaii) ermöglicht eine zuverlässige und effiziente Beobachtung des Himmels. Das mit dem Bau der bewegten Kuppel des Teleskops - der sogenannten „Dome Structure“ – beauftragte spanische Unternehmen Idom entschied sich für Energieführungen von Tsubaki Kabelschlepp.

Zwei separate Energieführungssysteme

Um eine sichere Energieversorgung der zahlreichen einzelnen Verbraucher sicherzustellen, sind bei dem riesigen Teleskop insgesamt zwei separate Energieführungssysteme im Einsatz: Zwei Stahlketten decken die vertikale Achse („Azimuth“) mit einem Drehwinkel von 420° ab. Ein weiteres Energieführungssystem mit mehreren Einzelketten versorgt die drehbaren Sonnen-Abschottungen im Dachbereich entlang der horizontalen Achse („Altitude“) mit Energie, Daten und vor allem Kühlmittel; der Drehwinkel liegt bei ca. 105°.

„Außergewöhnlich sind bei dieser Anwendung nicht nur die Dimensionen und die Drehbewegungen, die die Energieführungssysteme unterstützen müssen”, erklärt Jonathan Spies, Project Manager bei Tsubaki Kabelschlepp. „Aufgrund des außergewöhnlichen Standorts des Teleskops muss zudem eine maximale Betriebssicherheit bei minimalem Wartungsaufwand gewährleistet sein.“

Info

Das Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST) befindet sich seit dem Jahr 2013 im Bau. Unseren Informationen zufolge soll es voraussichtlich im Jahr 2020 in Betrieb gehen und dann mit einer Öffnungsweite von vier Metern das größte Sonnenobservatorium weltweit sein.

Vom 3D-Modell bis zur Inbetriebnahme

Mit diesen und anderen Anforderungen hatte sich Idom im Jahr 2012 an Tsubaki Kabelschlepp als Anbieter von Energieführungssystemen gewandt. Es galt, das komplette Projekt vom ersten Designentwurf bis hin zur finalen Inbetriebnahme vor Ort durchzuführen. Um die umfangreiche Spezifikation der Anwendung bestmöglich erfüllen zu können, entwickelten die beiden Unternehmen zunächst in interdisziplinären Workshops Lösungsansätze. Anschließend erfolgte eine Validierung der Ideen anhand von 3D-Modellen, bis schließlich die finale Lösung feststand.

Bei jeder Bewegung müssen Energie- und Signalkabel, Pneumatikschläuche und Schmierleitungen mitgenommen werden. (Tsubaki Kabelschlepp)

Bereits bei der Konstruktion der einzelnen Komponenten und Baugruppen wurden wichtige Anforderungen wie eine einfache Montage, passende Transportmaße und wartungsfreundliche Funktionen berücksichtigt. „Es war eine Freude, mit Tsubaki Kabelschlepp in diesem herausfordernden Projekt zu arbeiten. Die Techniker des Unternehmens konzipierten ein komplettes Standalone-System und stellten sicher, dass die Systeme in dem Teleskop zuverlässig funktionieren“ sagt Gaizka Murga Llano, Project Director bei Idom.

420°-Drehbewegung der Vertikalachse

Um die erforderliche 420°-Drehbewegung der Vertikalachse unter den gegebenen Bauraumbedingungen realisieren zu können, entwarfen die Kabelschlepp-Experten ein spezielles Rundläufersystem.

Eingesetzt wurden zwei Energieführungsketten aus Stahl mit einer Höhe von knapp 2 m, einer Länge von über 40 m und einem Gewicht von über 8 t. Um die Leitungen mit einem Gewicht von über 30 kg/m sicher zu führen, wurden Stahlketten mit individuellen Aluminiumstegen verwendet. Diese gewährleisten eine optimale Führung der schweren Edelstahlschläuche und der teils sehr großen Traxline-Energieleitungen mit einem Querschnitt von bis zu 185 mm². Ein weiterer Vorteil der Stahlkette ist, dass sie sich von den in dieser Umgebung stark wechselnden Temperaturen nicht beeinträchtigen lässt, was eine lange Lebensdauer und eine zuverlässige Funtkionalität sicherstellt. Die Führung der Energieketten wird über eine Stahlbaulösung mit einem Durchmesser von über 22 m realisiert.

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Spezielle Edelstahl-Fiberglas-Schläuche

Tsubaki Kabelschlepp lieferte zudem das gesamte Leitungspaket, das u.a. spezielle Edelstahl-Fiberglas-Schläuche mit einem Durchmesser von über 90 mm umfasst. „Das Gewicht des Systems liegt bei über 25 t“, erläutert Jonathan Spies. „Das Energieketten-Rundläufersystem ist bis dato eines der größten für Teleskopanlagen realisierten Lösungen.“ Durch eine zusätzliche Einhausung mit einem Schutzzaun erfüllt das System während des Betriebes die Sicherheitsanforderungen in der Umgebung.

Für die Bewegung der Sonnenabschottungen um die Horizontalachse wurden gleich mehrere Energieführungsketten benötigt. Aufgrund der großen Schläuche und der außergewöhnlichen Bedingungen fiel die Wahl sowohl auf eine Stahlkette als auch eine verstärkte Kunststoffkette in Verbindung mit einem massiven Aluminiumstegsystem, welche die teils hohen Belastungen der Leitungen sicher tragen können.

Seminartipp

Die Teilnehmer des Seminars Erfolgreiche Führung von Projektteams lernen mit Herausforderungen bei der Führungsarbeit von Projekten professionell umzugehen und gezielt wirkungsvolle Führungsmethoden einzusetzen.

Gezielte Vormontage der Bauteile

Um die sichere Funktion der Anlage vor Ort zu gewährleisten, montierte Tsubaki Kabelschlepp das gesamte Azimuth-System vorab in Deutschland und unterzog es ausführlichen Tests. Den Transportweg nach Hawaii und den anschließenden Montageprozess gestalteten die Experten durch eine gezielte Vormontage der Bauteile und eine abgestimmte Transportplanung so effizient wie möglich. „Die Montage auf Hawaii erfolgte in 3000 Metern Höhe. Auch kleine Fehler resultieren unter solch speziellen Bedingungen schnell in hohen Zusatzkosten“, erklärt Jonathan Spies. „Hier zahlte sich unsere intensive Vorbereitung schnell aus.“

Auch bei der Montage des Altitude-Energieführungssystems ergaben sich besondere Herausforderungen, weil es sich direkt unterhalb der Dachstruktur befindet. Deshalb wurde das System in Zusammenarbeit mit Idom in Spanien testweise montiert und auf seine Funktion getestet.

Alle Energieführungssysteme wurden vor Ort unter Aufsicht von Tsubaki Kabelschlepp von lokalen Fachunternehmen montiert – dank der Vormontage, der umfassenden Dokumentation und der detaillierten Aufbauanleitungen mit Erfolg. Nach der gemeinsamen Abnahme der Projektpartner wartet die außergewöhnliche Lösung von Tsubaki Kabelschlepp nun auf ihren Einsatz: 2020 soll das Solar-Teleskop auf Hawaii seine Arbeit aufnehmen.