Hannover Messe: Forscher „erlauschen“ Rohrverschleiß auf Western-Art

Dabei können sie genau erkennen, welches der einzelnen Rohre in der oft Hunderte Meter langen Leitung betroffen ist, die meist im Meer oder tief in der Erde steckt. Ihre Technik stellen sie auf der Hannover Messe vom 8. bis 12. April vor: Am saarländischen Forschungsstand suchen sie Partner aus der Wirtschaft, mit denen sie die neue Prüfmethode zur Produktreife weiterentwickeln können (Halle 2, Stand C 40).

Rohre, mit denen Öl, Gas oder sonstiges aus der Tiefe gefördert wird, sind großen Belastungen ausgesetzt. Scharfkantige Steine und Geröll, die unvermeidlich mitgerissen werden, schlagen an die Innenwände. Sand und chemische Stoffe setzen dem Material zu, plötzliche Druckunterschiede und Luft- oder Gasblasen sorgen zusätzlich für Strapazen. Daher verschleißen die Rohre nach einer Zeit – ohne, dass vorhergesagt werden könnte, wann genau bei welchem Rohr es soweit ist, da die aneinandergereihten, je zehn Meter langen Steigleitungen mal hier, mal da besondere Schläge einstecken. Einfach nachschauen können die Ingenieure vor Ort nicht ohne weiteres – die teils Hunderte von Metern langen Rohrleitungen liegen unter Wasser oder stecken im Erdreich.

An einer Lösung dieses Dilemmas arbeitet eine Forschergruppe unter Federführung des Saarbrücker Aktorik-Spezialisten Professor Stefan Seelecke. Die Wissenschaftler entwickeln ein Verfahren, das dort sitzt, wo es mit in die Tiefe kann: am Rohr, oder, genauer gesagt, in der Muffe, die Rohr mit Rohr unterbrechungsfrei verbindet. Der Clou des Verfahrens erinnert an den alten Western-Trick, mit einem Ohr an der Schiene zu lauschen, ob ein Zug kommt. – Nur, dass hier „gelauscht“ wird, ob die Rohrwand noch dick genug ist. Die Forscher setzen in die Muffe am einen Ende des Rohres einen so genannten „Piezo-Stapelaktor“ ein, der ein Signal in bestimmten Intervallen und Frequenzen ins Material des Rohres sendet. In der Muffe am anderen Rohrende sitzt ein so genannter „Piezo-Flächenaktor“, der „lauscht“, wann und wie diese Signale ankommen. Diese Information leitet der Aktor an eine zentrale Stelle weiter – ganz so, als würde der an den Schienen Lauschende die Hand heben, und ein Komplize würde dies notieren. Sein technisches Pendant sammelt die gemessenen Daten, übersetzt sie mittels komplexer Algorithmen, wertet sie aus und macht sie blitzschnell sichtbar, indem es sie in ein Kurvendiagramm überträgt.

Die Saarbrücker Wissenschaftler haben in Experimenten erforscht, wie sich der Zustand des Rohrs zu den Messungen des „lauschenden“ Aktors verhält. Ihr Ergebnis: Je dünner die Wandstärke der Rohre ist, desto mehr verschiebt sich die Reaktion des Rohres auf eine bestimmte Schwingungs-Anregung. Bei welcher Frequenz dieses Signal aufgefangen wird, sagt also zuverlässig aus, wie dick die Rohrwand noch ist.

Derzeit entwickeln die Ingenieure mathematische Modelle, in denen die einzelnen Signale genau den verschiedenen Rohr-Abnutzungsgraden zugeordnet werden, was sie wiederum durch Experimente nachprüfen und belegen. Auf diese Weise könnte künftig vor Ort in der Tiefsee regelmäßig und auf Knopfdruck das Signal in den Rohrleitungen „offshore“ erlauscht werden. Die so gemessenen Daten würden zuverlässig darüber Auskunft geben, wann eines der Rohre gefährlich dünn und damit reif zur Auswechslung geworden ist. Abgelesen werden könnte diese Vorwarnung an Diagrammen, die anzeigen, bei welcher Signalfrequenz es kritisch wird. Da die einzelnen Piezoaktoren miteinander in einem so genannten Bussystem kommunizieren und verbunden sind, kann außerdem genau gesagt werden, welches der Rohrstücke abgenutzte Wände hat. Wenn die Arbeiter Glück haben, ist ein Rohr oben betroffen und sie müssen nicht alles heraufholen, was viel Zeit und Kosten spart.

Auf der Hannover Messe suchen die Forscher Partner aus der Wirtschaft, mit denen sie gemeinsam die neue Technik weiterentwickeln können.

Beteiligt am Projekt „Smart Tubes“ sind unter Federführung von Professor Stefan Seelecke, Lehrstuhl für unkonventionelle Aktorik der Saar-Uni (zuständig im Projekt für Aktorik und Leistungselektronik): Professor Joachim Rudolph, Lehrstuhl für Systemtheorie und Regelungstechnik, Saar-Uni (Dynamische Analyse); Professor Stefan Diebels, Lehrstuhl für technische Mechanik, Saar-Uni (Finite Elemente Simulation); Douglas Espin, Neotechnology, Science Park Saar; www.neotechnology.us und Professor Daniel Strauss, Systems Neuroscience & Neurotechnology Unit, HTW des Saarlandes (Novelty Detection). Geforscht wird unter dem Dach des Zentrums für Mechatronik und Automatisierungstechnik (Zema), einer Einrichtung, in der Wissenschaftler der Saar-Uni gemeinsam mit Kollegen der Hochschule für Technik und Wirtschaft des Saarlandes und Ingenieuren aus der Industrie anwendungsbezogen forschen. Gefördert wird das Projekt mit Mitteln des Saarlandes und der EU im Rahmen des Europäischen Fond für regionale Entwicklung (EFRE).

Kontakt:
Professor Dr. Stefan Seelecke, Lehrstuhl für Unkonventionelle Aktorik der Universität des Saarlandes, Tel.:0 681-302-71341; E-Mail: stefan.seelecke@mmsl.uni-saarland.de
Dipl.-Ing. (FH) Thomas Würtz Tel.: 0681-302-71344; E-Mail: tw@mmsl.uni-saarland.de

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Der saarländische Forschungsstand (Halle 2, Stand C 40) wird organisiert von der Kontaktstelle für Wissens- und Technologietransfer der Universität des Saarlandes (KWT). Sie ist zentraler Ansprechpartner für Unternehmen und initiiert unter anderem Kooperationen mit Saarbrücker Forschern. Seit kurzem ist die Universität des Saarlandes auch „Gründerhochschule“ und wird dabei vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert.