Veel bruggen en sluizen uit de jaren 50 en 60 zijn langzamerhand aan vernieuwing of een grondige renovatie toe. Daarbij moet worden ingespeeld op de enorm toegenomen eisen ten aanzien van efficiency, vermogensdichtheid, ruimtebeslag, veiligheid en betrouwbaarheid. Daarom wordt er steeds vaker gekozen voor directe hydraulische aandrijvingen, zoals bij de Zeesluis in IJmuiden, de grootste sluis ter wereld.
De scheidslijn tussen renovatie of vernieuwing is dun als het om civiele projecten gaat, vertelt Dhani Gangadin, accountmanager Hägglunds bij Bosch Rexroth. “Als ergens een brug ligt die op die zelfde plek blijft liggen, heet het een renovatie. Maar om aan nieuwe, actuele richtlijnen te voldoen, moet je soms compleet nieuwe systemen toepassen en is het eigenlijk meer vernieuwen. Dat is bijvoorbeeld het geval als je voor het openen van de brug overstapt van elektromechanische aandrijving naar hydraulische aandrijving. De techniek die wij dan leveren is altijd nieuw en afgestemd op de eisen van de klant.”
Grootste sluis ter wereld
Van de Jupiter Bridge in Florida tot de Schaartorschleuse in Hamburg: Bosch Rexroth voorziet projecten tot ver in het buitenland van directe hydraulische aandrijvingen. Een groot civiel project in Nederland waarvoor Bosch Rexroth de aandrijfsystemen en de Hägglunds motoren leverde, is de nieuwe zeesluis bij IJmuiden. De deuren van deze grootste sluis ter wereld hebben zes Hägglunds-hydromotoren. Die zijn krachtig genoeg om de – flatgebouw hoge – deuren plus de watermassa te verplaatsen: een gewicht van 6.800 ton per deur. Hetzelfde systeem kan worden toegepast op kleinere sluizen en op bewegende brugdelen.
“Onze systemen zijn in staat om grote massa’s stabiel te laten bewegen, ook al staat er een hoge kracht op”, zo vat application engineer bij Bosch Rexroth Marcel van den Hurk het samen. “Die kracht kan worden veroorzaakt door de golfslag van zeewater, maar net zo goed door wisselende windbelasting. Denk bijvoorbeeld aan rukwinden.”
Mechanisch naar hydraulisch, de voordelen
Overstappen van een mechanisch op een hydraulisch systeem betekent afscheid nemen van tandwielkastoverbrenging. Omdat tandwielkasten nog wel eens kapot willen gaan, is dat een groot voordeel. Bovendien zijn tandwielkasten zwaar, net als elektromotoren. Met een hydromotor wordt het hele systeem stukken lichter.
De aandrijftrein is met de komst van de hydromotor vereenvoudigd. In plaats van het systeem met een tandwielkast en een kabel, kunnen de met lage snelheid draaiende hydromotoren van Hägglunds nu rechtstreeks op de aandrijfas worden gemonteerd. Dat levert meer voordelen op. Zo is de kans op uitval kleiner. “En mocht het systeem tóch uitvallen, dan is de aandrijflijn eenvoudig te ontkoppelen. De installatie blijft dus beschikbaar en de servicedienst kan snel aan de gang”, licht Van den Hurk toe. Extra componenten zijn bovendien niet nodig. Er moet alleen ergens een aggregaat geplaatst worden voor de toevoer van de olie. Met het oog op de toepassing in bruggen of sluizen kan overigens milieuvriendelijke olie (volgens ISO 15380) worden toegepast. Alles bij elkaar neemt het systeem weinig ruimte in, waardoor inbouwen gemakkelijker is geworden.
Gedoseerde kracht
Kracht doseren is de belangrijkste eigenschap van een hydraulieksysteem. “Onze motoren kunnen gigantische rotatiekracht (koppel) leveren, dit kan vanaf nul tot 150 omwentelingen per minuut”, legt accountmanager Gangadin uit. “Daarbij is het aantal starts en stops niet gelimiteerd, in tegenstelling tot bij sommige andere systemen. Bovendien is het mogelijk om vanaf nul naar een maximaal toerenaantal te gaan. Dit met volledig koppel bij alle snelheden. Dat betekent dat je vanuit stilstand direct op maximale kracht kunt draaien. Handig als je vaak moet starten en stoppen; het systeem reageert direct. Sluizen en bruggen hoeven op een dag misschien niet heel vaak open en dicht, maar bij andere toepassingen kan dat gunstig zijn.”
Veiligheid
Nog een voordeel van een hydraulisch boven een mechanisch systeem; het verhoogt de veiligheid. Application engineer Van den Hurk: “Bij een noodstop is de remweg korter vergeleken met een systeem met elektromechanische aandrijving. Een sluisdeur of brugdeel stopt dus eerder met bewegen. Dat is natuurlijk heel belangrijk bij calamiteiten. Als we werken aan een project testen we dat niet voor niks als eerste.”
Bij de zeesluis in IJmuiden werden de berekeningen en simulaties van Bosch Rexroth bevestigd in de praktijk. Marcel van den Hurk: “Ook onder de meest ongunstige omstandigheden werden de normeisen gehaald. Hierbij moet worden opgemerkt dat sneller niet per se beter is. Het gaat om een constructie met een gigantische massa. Zet je die in één klap stil, dan kan dat nadelig zijn voor de mechanische constructie. Die kun je ook te zwaar belasten. Daarom is de noodstopkracht te begrenzen. Je kunt bijvoorbeeld instellen dat de druk niet hoger wordt dan 200 bar. Een noodstop wordt dan uitgevoerd binnen de gewenste tijd, maar de druk loopt daarbij niet zo hoog op dat je het mechaniek overbelast. Dat is absoluut een plus van dit systeem.”
Bij een elektromotor met tandwielkast kun je bij een te hoge belasting de motor afschakelen, maar dan is de kracht niet direct weg. “Een elektromotor met tandwielkast heeft een aanzienlijk hogere massatraagheid dan een directe aandrijving met een Hägglunds motor. Dat kan ongecontroleerde krachten opleveren die je niet wilt hebben.”
Extreme omstandigheden
Tot waar de kracht van het hydraulische systeem reikt? Gangadin en Van den Hurk durven het niet te zeggen. Gangadin: “Door meerdere motoren parallel te schakelen, kun je eindeloos veel kracht opwekken. En bij het ontwerpen houden we er rekening mee dat alles functioneert onder extreme omstandigheden. Ook de mijnbouw maakt bijvoorbeeld gebruik van Hägglunds motoren. Daar staan ze op 120 meter onder NAP te draaien in een stoffige omgeving. Zulke extreme omstandigheden zijn geen probleem. Voor de zeesluis IJmuiden hadden we bij het ontwerp rekening gehouden met een temperatuur van -10 graden Celsius. Op het moment dat je die specificatie op papier zet denk je ‘dat gaat daar aan zee echt niet voorkomen’, maar toen we gingen testen was het toch ineens -9. Dat hoorde ik achteraf pas, toen ze al begonnen waren met bewegen. Want die sluis werkte natuurlijk gewoon.”
“Bruggen en sluizen moeten altijd werken, dus de opdrachtgever houdt vaak ook nog een veiligheidsmarge aan”, zegt Van den Hurk. “Zo hebben de deuren in IJmuiden zes aandrijflijnen, terwijl we hadden berekend dat vier genoeg zou zijn. Valt een aandrijflijn uit, dan nemen de andere het werk gewoon over. Achteraf bleek zelfs dat twee motoren sterk genoeg zijn om de deuren te bewegen. Dan wordt de belasting misschien net wat te hoog waardoor het systeem heel even stopt, wat in de praktijk waarschijnlijk niet wenselijk is. Maar aandrijftechnisch werkt het gewoon.”
Veiligheid, beschikbaarheid en betaalbaarheid: op het wensenlijstje van opdrachtgevers staan ze eigenlijk altijd bovenaan. Van den Hurk: “Ze zijn even belangrijk, maar een aanzienlijk deel van de gesprekken gaat over de eerste twee. Die conflicteren. Maak je een systeem extreem veilig, dan stopt het om het minste of geringste. Samen met de klant zoeken we altijd naar de juiste balans, zodat het systeem veilig én betrouwbaar wordt.”
Alles in eigen huis
“Sowieso gooien we geen producten over de schutting”, gaat Van den Hurk verder. “Dat kan ook niet in deze branche. Het is wel een voordeel dat Hägglunds een eigen product is van Bosch Rexroth. Het hydraulische systeem is daardoor volledig ons product. We engineeren, maken en leveren het systeem, en doen zelf onderhoud. Daardoor kunnen we aan iedere betrokkene uitleggen hoe alles in elkaar steekt. Denk aan technici, softwarespecialisten, veiligheidsmensen, enzovoorts.”
Gangadin vult aan: “Ook voor het onderhoud van de zeesluis in IJmuiden zijn we ingeschakeld. Na zes jaar hebben we een evaluatiemoment, maar in principe loopt het onderhoudscontract 25 jaar. We zijn gewend aan lange contracten in deze branche, maar dit is wel heel lang! Daaraan is af te lezen hoeveel vertrouwen we hebben in onze klant en andersom. Niet alleen onze producten draaien soepel, hetzelfde kun je zeggen over de samenwerking met onze klanten. Die is uitstekend en blijft na oplevering gewoon doorgaan. Dat zien we dus ook als de kracht van ons product.”