Hydraulische Lösungen zur Schraubenspannungsregelung für Wasserstoff-Elektrolyseure

Kundenbedürfnisse und technische Herausforderungen

1. Anforderungen an die Vorspannung von hochbelasteten Schrauben

Die Struktur des Elektrolysatorstapels erfordert eine beträchtliche Gesamtdruckkraft, um einen ordnungsgemäßen Kontakt zwischen den Bipolarplatten und den Dichtungskomponenten zu gewährleisten.

Im Rahmen dieses Projekts bat der Auftraggeber darum, folgende Punkte zu behandeln:

• Spezifikation der Schraube: M68×6
• Größe des Steckschlüssels: 100 mm
• Mutterdicke: 120 mm

Umsetzung:

• Maximale Zugkraft: 1500 kN
• Schubweg der Schraube: 225 mm

2. Anforderung an die synchronisierte Mehrpunkt-Spannung

Da der Elektrolyseur aus mehreren übereinander angeordneten Bauteilen besteht, muss eine gleichmäßige Kraftverteilung auf die Schrauben gewährleistet sein.

Herkömmliche manuelle Befestigungsmethoden sind anfällig für:

• Ungleichmäßige Belastung der Schrauben
• Neigung der Endplatte
• Unzureichender lokaler Dichtungsdruck
• Erhöhtes Risiko von Leckagen

Daher benötigt der Kunde ein hydraulisches Spannsystem, das den synchronisierten Betrieb mehrerer Spannvorrichtungen ermöglicht und eine bedarfsgerechte zonale Steuerung erlaubt.

3. Anforderungen an die Automatisierungssteuerung

Um die Effizienz bei der Installation von hydraulischen Spannvorrichtungen zu steigern, die Möglichkeiten zur Prozesssteuerung zu verbessern und die mit manuellen Arbeitsschritten verbundenen Sicherheitsrisiken zu verringern, muss das System im Rahmen dieses Projekts folgende Eigenschaften aufweisen:

• Automatische Verriegelungsfunktion
• Regelbare Spannkraftsteuerung
• Einstellung von Spannung und Verschiebung
• Echtzeit-Datenüberwachung
• Warnung wegen ungewöhnlichen Drucks
• Datenspeicherung und Exportfunktion

Lösungskonfiguration

1. Hydraulisches Bolzenspannsystem

Der hydraulische Schraubenspanner arbeitet mit einem Hochdruck-Hydraulikantrieb. Der Hydraulikdruck steuert die präzise Dehnung der Schraube. Sobald die Schraube die eingestellte Dehnung erreicht hat, wird die Mutter angezogen, und der Spanner schließt den Verriegelungsvorgang nach dem Ablassen des Drucks ab.

Wichtige technische Parameter:

Die Ausrüstung verfügt über folgende Merkmale:

• Konstruktion aus ultrahochfestem legiertem Stahl
• Selbstverriegelnde Schnellkupplungen
• Abnehmbare Kupplungskonstruktion
• Überhubbegrenzer
• Hydraulischer Rückzugsmechanismus

Entwickelt, um den Anforderungen langfristiger, hochbeanspruchter industrieller Anwendungen gerecht zu werden.

2. Automatisches Verriegelungssystem

Das System ist mit einem Hydraulikmotor ausgestattet, der die Drehung der Mutter antreibt. Die Drehung der Mutter ermöglicht eine automatische Verriegelung, während sich der Bolzen verlängert.

Wichtigste Merkmale:

• Macht manuelle Unterstützung beim Anziehen überflüssig
• Automatische Drehung mit hohem Drehmoment
• Steigert die Effizienz bei der Installation
• Gewährleistet eine gleichmäßige Vorspannung

Hydraulisch angetriebene Mutter:

• Antriebsdrehmoment: 120 Nm
• Anzugsmoment der Mutter: ca. 150 Nm

3. Separates Hydraulikpumpensystem

Bei der Hydraulikpumpenstation sind das Steuermodul und das Ölversorgungsmodul getrennt voneinander ausgelegt, was die Flexibilität bei der Installation vor Ort erhöht.

Wichtigste technische Daten:

Das System nutzt:

• Steuerung mit der Siemens S7-1200-SPS
• MCGS HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle)
• 10-Zoll-LCD-Touchscreen-Display

Die HMI ermöglicht:

• Parametereinstellungen
• Echtzeitüberwachung
• Datenspeicherung
• Datenexport

4. Intelligentes synchrones Steuerungssystem

Das System unterstützt mehrere Spannungsregelungsmodi:

• Synchrones Spannen in 18 Gruppen
• 9×2-Zonen-Steuerung
• 6×3-Zonenregelung
• Unabhängige Steuerung für einzelne Gruppen

Systemkonfiguration:

• 18-Kanal-Ventilsteuerungssystem
• 18-Kanal-Spannungsüberwachung
• 6 Wegsensoren

Pro drei Spannvorrichtungen ist ein Wegsensor vorgesehen. Die Sensoren überwachen die Wegänderungen jeder Spannvorrichtung in Echtzeit. Auf der Grundlage dieser Daten gewährleistet das System eine hochpräzise synchrone Spannung.

Funktionale Merkmale des Systems

Präzise Spannungsregelung

Das System unterstützt die Einstellung von Sollwerten für die Spannkraft oder den Weg. Es kann zwischen Druck- und Positionsmodus umgeschaltet werden, um den Anforderungen verschiedener Montageprozesse gerecht zu werden.

Echtzeit-Parameterüberwachung

Das System zeigt wichtige Parameter in Echtzeit an, darunter Spannkraft, Hydraulikdruck, Spannweg und Umgebungstemperatur. Es stellt die Veränderungen während des gesamten Spannvorgangs anhand von Kurven grafisch dar.

Datenerfassung und Rückverfolgbarkeit

Das System unterstützt das Speichern von Parametern, den Datenexport über USB sowie das Hochladen auf den PC. Zu den unterstützten Datenformaten gehören XLSX, CSV und TXT.

Verfahren zur Installation und zum Betrieb von Anlagen

Schritt 1: Montieren Sie die Spannvorrichtungsbasis.

Entsprechend den baulichen Anforderungen der Anlage montierten die Monteure die 18 Spannvorrichtungssockel an den vorgesehenen Stellen.

Schritt 2: Montieren Sie die Führungsstangen manuell.

Schritt 3: Den hydraulischen Spanner einbauen.

Die Arbeiter hoben 18 hydraulische Spannzylinder an und befestigten sie an den Montagefüßen.

Schritt 4: Entfernen Sie die Führungsstange und montieren Sie den Kernzieher.

Schritt 5: Schließen Sie die Hydraulik- und Elektroniksteuerungssysteme an.

Verbinden Sie nacheinander die Hydraulikmotor-Ölleitung und die Ventilgruppe des Hydraulikmotors. Schließen Sie die Ölleitungen des Hydrauliksystems und die elektrischen Kabel entsprechend der Nummerierung an die entsprechenden Anschlüsse der Spannvorrichtung an.

Schritt 6: Bauen Sie den Wegsensor ein.

Installieren Sie sechs Wegsensoren und ordnen Sie diese je nach Bedarf gleichmäßig an.

Projektwert

Mit dieser Lösung zur hydraulischen Schraubenspannung profitiert der Kunde von folgenden Vorteilen:

• Verbesserte Montageeffizienz

Der synchronisierte Betrieb von 18 hydraulischen Spannvorrichtungen reduziert sich wiederholende manuelle Arbeitsschritte und steigert so die Effizienz bei der Montage von Elektrolysezellen erheblich.

• Verbesserte Konsistenz der Vorspannung

Die doppelte Regelung von Druck und Hub gewährleistet eine gleichmäßige Lastverteilung auf alle Schrauben und maximiert so die Dichtungssicherheit der Elektrolysezellen.

• Geringeres operationelles Risiko

Die automatisierte Steuerung minimiert manuelle Eingriffe in Umgebungen mit hoher Auslastung und verbessert so die allgemeine Sicherheit vor Ort.

• Digitales Management

Die lückenlose Erfassung der Spannparameter ermöglicht eine lückenlose Rückverfolgbarkeit des Montageprozesses und ein umfassendes Qualitätsmanagement.

Leistungsspektrum von EKXIA im Bereich Hydrauliklösungen

EKXIA liefert nicht nur Hydraulikwerkzeuge, sondern bietet auch maßgeschneiderte Hydrauliksystemlösungen an, die genau auf die spezifischen Anwendungsanforderungen der Kunden zugeschnitten sind.

Unsere Lösungen umfassen:

• Hydraulische Schraubenspannsysteme
• Hydraulische Drehmoment-Anzugsysteme
• Hydraulische Hebesysteme
• Hydraulikzylindersysteme
• Automatisierte hydraulische Steuerungssysteme

Durch die Kombination von Hydrauliktechnologie, Systemdesign und ingenieurtechnischem Know-how liefert EKXIA zuverlässige und effiziente Hydrauliklösungen für Branchen wie Wasserstoffenergie, Stromerzeugung, Brückenbau und Schwermaschinen.