Betritt man den Maschinenraum der meisten Handelsschiffe, findet man Ventile, Messgeräte und Rohrleitungen, die dafür ausgelegt sind, jahrzehntelanger Belastung standzuhalten. Was man häufig nicht findet, ist eine klare Echtzeitantwort auf eine einfache Frage: Wie viel Flüssigkeit bewegt sich gerade tatsächlich durch eine bestimmte Leitung? Kraftstoff, Kühlmittel, Ballastwasser, Frischwasser. Auf einem Schiff hängt nahezu jedes System davon ab, dass Flüssigkeiten dorthin fließen, wo sie sollen, und zwar mit der vorgesehenen Durchflussmenge. Ultraschall-Durchflussmesser haben sich still und leise zu einer der praktischsten Möglichkeiten entwickelt, diese Frage zu beantworten – und Reeder sowie OEMs schenken ihnen zunehmend Aufmerksamkeit.
Dieser Artikel zeigt, in welchen Bereichen sich die Ultraschall-Durchflussmessung an Bord bereits bewährt: bei der Kraftstoffüberwachung und Kontaminationserkennung, bei der Motorkühlung sowie im umfassenderen Bereich des Flüssigkeitsmanagements an Bord, der Ballastwasser, Frischwassererzeugung und Hydrauliksysteme umfasst. Außerdem werden weitere Durchflussmesser-Technologien betrachtet, die in der Branche nach wie vor eingesetzt werden, und es wird erläutert, für welche Anwendungen die jeweilige Technologie besonders geeignet ist.
Kraftstoff im Blick behalten: Verbrauch, Kontamination und Kosten
Für die meisten Schiffe ist Kraftstoff der mit Abstand größte Einzelposten im Betriebsbudget. Allein das macht eine präzise Messung lohnenswert. Ultraschall-Durchflussmesser in der Kraftstoffversorgungsleitung liefern der Besatzung Verbrauchsdaten in Echtzeit, die auf der Brücke angezeigt oder direkt in das Managementsystem des Schiffs eingespeist werden können. Statt den Verbrauch einmal pro Schicht anhand von Tankpeilungen zu schätzen, können Ingenieure den Verbrauch je Reiseabschnitt, Motor oder Geschwindigkeitseinstellung verfolgen und eine Abweichung sofort erkennen – nicht erst im Nachhinein.
Bei Motoren mit Rücklaufleitung, wie sie bei einem großen Teil der Schiffsdieselmotoren zum Einsatz kommen, löst eine differenzielle Messanordnung ein Problem, das Einzelpunktmessgeräte nicht bewältigen können. Zwei Messgeräte – eines in der Vorlaufleitung und eines in der Rücklaufleitung – oder ein einzelnes Differenzmessgerät erfassen beide Leitungen und ermitteln den tatsächlichen Nettoverbrauch als Differenz zwischen ihnen:
Das Messgerät in der Vorlaufleitung erfasst, wie viel Kraftstoff den Tank verlässt.
Das Messgerät in der Rücklaufleitung erfasst, wie viel unverbrannter Kraftstoff zurückkommt.
Die Differenz zwischen beiden Werten entspricht dem tatsächlichen Verbrauch des Motors – unabhängig davon, wie viel Kraftstoff zu einem bestimmten Zeitpunkt durch die Einspritzdüsen zirkuliert.
Der differenzielle Kraftstoff-Durchflussmesser von Allengra, der ursprünglich für Motorsport- und Automotive-Anwendungen entwickelt wurde, basiert genau auf einer solchen Anordnung. Er bietet einen Durchflussbereich bis 1.500 l/h und eine Genauigkeit innerhalb eines halben Prozents des Messwerts. Diese Toleranz zeigt eindrucksvoll, wie weit die zugrunde liegende Technologie entwickelt wurde.
Es gibt noch einen zweiten Vorteil, für den keinerlei zusätzliche Hardware erforderlich ist. Ultraschallmessgeräte berechnen den Durchfluss anhand der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit, und diese Geschwindigkeit reagiert empfindlich auf deren Zusammensetzung. Wird Kraftstoff durch Wasser verunreinigt oder beim Bunkern verfälscht, weicht der Messwert der Schallgeschwindigkeit von dem für den jeweiligen Kraftstofftyp erwarteten Wert ab. Das Messgerät erzeugt diese Daten bereits im Rahmen seines normalen Betriebs, sodass Kraftstoffqualität und Kontaminationserkennung praktisch ohne zusätzliche Kosten mit der Durchflussmessung geliefert werden. Kein separates Probenahmekit, keine Wartezeit auf Laborergebnisse. Angesichts der Tatsache, dass Streitigkeiten beim Bunkern häufig nachträglich auf Diskussionen über die Kraftstoffqualität hinauslaufen, ist der automatisch protokollierte Datensatz wertvoller, als es zunächst erscheinen mag.
Motorkühlung: Hier machen sich Ultraschallsensoren bereits bezahlt
Wenn die Kraftstoffüberwachung die neuere Anwendung ist, hatte die Ultraschall-Durchflussmessung bei der Motorkühlung ausreichend Zeit, sich zu bewähren. Die kontinuierliche Überwachung des Kühlkreislaufs sorgt dafür, dass ein Durchflussabfall – sei es durch eine ausfallende Pumpe, eine Verstopfung oder eine schleichende Leckage – einen Alarm auslöst, bevor die Motortemperatur einen kritischen Punkt erreicht. Das ist wichtiger, als es vielleicht klingt, insbesondere in unbemannten Maschinenräumen, die auf modernen Schiffen zunehmend zum Standard werden. Niemand steht dort und beobachtet ein Messgerät; das System muss das Problem selbstständig erkennen.
Dieselben Sensoren erfassen auch die Glykolkonzentration im Kühlmittel, die aus der Schallgeschwindigkeit im Gemisch abgeleitet wird. Dadurch lässt sich der Frostschutz überprüfen, ohne den Kreislauf zu entleeren oder manuell eine Probe zu entnehmen. Auf einem Schiff, auf dem jede Stunde im Maschinenraum mit einem Dutzend anderer Wartungsaufgaben konkurriert, ist das keine geringfügige Erleichterung.
Warum ist diese spezielle Anwendung schneller ausgereift als andere? Zum Teil, weil die zugrunde liegende Technologie bereits jahrelang in anspruchsvollen stationären Systemen getestet wurde und sich die Ergebnisse gut übertragen lassen. Bei unabhängigen Praxistests an Heizungsanlagen entsprachen Sensoren, die nach sieben Jahren Dauerbetrieb ausgebaut wurden, noch immer ihren ursprünglichen End-of-Line-Kalibrierwerten – ohne messbare Drift und ohne nennenswerte Ablagerungen auf der Sensoroberfläche, obwohl sie jahrelang ungefiltertem, partikelhaltigem Wasser ausgesetzt waren. Eine solche Haltbarkeitsbilanz ist auf einem Schiff von großer Bedeutung, denn ein ausgefallener Sensor bedeutet in der Regel einen Werftaufenthalt und nicht einfach einen Austausch in fünf Minuten.
Einige konstruktive Eigenschaften erklären, warum:
Keine beweglichen Teile, die mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen – daher gibt es nichts, was mechanisch verschleißen könnte
Ein selbstreinigender Effekt durch Mikrovibrationen auf der Sensoroberfläche, wodurch der Sensor auch in verschmutztem Wasser wartungsfrei funktionsfähig bleibt
Nahezu kein Druckverlust im Sensor, sodass die Kühlmittelpumpe ihre Leistung nicht erhöhen muss, um den Durchflussmesser auszugleichen
Die Genauigkeit liegt bei Standardanwendungen über einen großen Durchflussbereich typischerweise bei etwa 2 bis 3 Prozent des Messwerts; bei Anwendungen, bei denen es wirklich erforderlich ist, sind Werte unter 0,25 Prozent erreichbar. Produkte wie der ALSONIC Edelstahl-Durchflussmesser von Allengra sind für Wasser, Wasser-Glykol-Gemische und Öl bei Drücken bis 16 bar sowie Temperaturen von -20 °C bis 100 °C ausgelegt. Das ist ein relativ großer Betriebsbereich für einen einzelnen Sensor. In Kombination mit einem typischen Dynamikbereich (Turndown-Verhältnis) von bis zu 1:5000 kann ein Messgerät sowohl den geringen Durchfluss im Leerlauf als auch den Durchfluss bei Volllast abdecken, ohne dass die Hardware ausgetauscht werden muss – etwas, das mechanische Messgeräte im Allgemeinen nicht leisten können.
Flüssigkeitsmanagement an Bord: Ballast, Frischwasser und Hydraulik
Abseits des Motors ist ein Schiff im Grunde ein Netzwerk aus Flüssigkeitssystemen, und mehrere davon profitieren von demselben berührungslosen Messansatz.
Ballastwasser ist der deutlichste Anwendungsfall mit regulatorischem Bezug. Durchflussmesser in den Ballastleitungen erstellen für jeden Austausch- oder Aufbereitungszyklus genaue Volumenaufzeichnungen. Genau diese Dokumentation wird bei Kontrollen durch die Hafenstaatkontrolle erwartet. Dabei geht es nicht nur darum, Probleme zu vermeiden. Wer genau weiß, wie viel Wasser beim Ballastieren bewegt wurde, kann den Prozess selbst optimieren und dadurch die Zeit verkürzen, die beim Ankern oder bei der Trimmkorrektur im Hafen benötigt wird.
Frischwassererzeugung und -verteilung eignen sich ebenfalls hervorragend, insbesondere auf Schiffen mit Umkehrosmoseanlagen zur Aufbereitung von Meerwasser. Die Messung des Ausgangs der RO-Anlage ist sowohl für die Betriebsplanung als auch zur Überprüfung wichtig, ob die Anlage mit dem Bedarf Schritt hält. Die Messung in den Verteilungsleitungen zeigt außerdem genau, wohin das erzeugte Wasser fließt. Da diese Sensoren keine beweglichen Teile besitzen, die mit dem Wasser in Kontakt kommen, besteht kein Risiko, Trinkwasser durch Verschleißpartikel oder Schmiermittel zu verunreinigen – genau das, was bei einer Gesundheitsinspektion niemand erklären möchte.
Hydrauliksysteme bieten eine weniger offensichtliche, aber ausgesprochen nützliche Anwendung: die Leckageerkennung. Installiert man ein Messgerät auf der Druckseite eines Hydraulikkreises und ein weiteres auf der Rücklaufseite, lassen sich die Messwerte vergleichen. Wenn über einen längeren Zeitraum mehr Flüssigkeit die Pumpe verlässt, als über die Aktoren zurückkommt, umgeht ein Teil der Flüssigkeit das System intern, anstatt nutzbringende Arbeit zu verrichten. Wird dies frühzeitig erkannt, kann das verschlissene Bauteil während eines planmäßigen Stillstands ausgetauscht werden, statt unter Last mitten auf der Reise zum ungünstigsten Zeitpunkt auszufallen.
Wo kommen andere Durchflussmesser-Typen weiterhin zum Einsatz?
Die Ultraschalltechnologie hat auf einem Schiff nicht alle anderen Technologien ersetzt – und sie versucht es auch nicht. Einige weitere Typen sind nach wie vor weit verbreitet, jeweils aus einem guten Grund.
Mechanische Messgeräte und Turbinenzähler sind der bewährte Klassiker: einfach, gut verstanden und in der Anschaffung kostengünstig. Ihre Schwäche ist genau das, was Ultraschall vermeidet. Bewegliche Teile verschleißen, Viskositätsänderungen beeinträchtigen die Kalibrierung im Laufe der Zeit, und verschmutzter Kraftstoff oder verschmutztes Wasser beschleunigt diesen Prozess. Dennoch kommen sie bei älteren Schiffen weiterhin in allgemeinen Versorgungsleitungen für Wasser, Schmieröl und Kraftstoff zum Einsatz, insbesondere wenn eine Nachrüstung keine Priorität hat.
Verdrängungsmessgeräte, also Zahnrad- und Kolbenzähler, die bei jedem Zyklus physisch kleine Flüssigkeitsvolumen einschließen und wieder freigeben, bleiben dort beliebt, wo eine präzise Dosierung wichtiger ist als alles andere. Sie sind mechanisch einfach aufgebaut und äußerst reproduzierbar, doch auch hier besteht über eine lange Lebensdauer das Problem von Verschleiß und Abnutzung. Sie eignen sich weiterhin für Präzisionsaufgaben in kleinen Chargen, etwa die Dosierung von Schmieröl, die Chemikalieninjektion und die Additivdosierung.
Coriolis-Messgeräte besetzen eine völlig andere Nische. Statt das Volumen abzuleiten, messen sie die Masse direkt und sind dadurch weitgehend unempfindlich gegenüber Änderungen der Kraftstoffviskosität oder -dichte. Das ist ein echter Vorteil bei der offiziellen Bunker-Custody-Transfer-Messung, bei der sowohl Lieferant als auch Käufer eine Zahl benötigen, die keine der beiden Seiten anfechten kann, und bei der volumetrische Messfehler während des Bunkerns nachweislich zu realen finanziellen Verlusten auf beiden Seiten des Geschäfts geführt haben. Der Nachteil sind Größe, Gewicht und Kosten. Coriolis-Messgeräte sind in der Regel größer und teurer als ein Clamp-on-Ultraschallgerät. Das ist ein Grund dafür, warum Ultraschall bei der täglichen Verbrauchsüberwachung und nicht bei der formellen Custody-Transfer-Messung die bessere Wahl ist.
Magnetisch-induktive Messgeräte vervollständigen die Liste. Sie funktionieren jedoch nur mit elektrisch leitfähigen Flüssigkeiten, wodurch Kraftstoff und Öl vollständig ausgeschlossen sind. An Bord werden sie hauptsächlich in wasserbasierten Anwendungen eingesetzt und nicht in der Nähe des Kraftstoffsystems.
Ist Ultraschall die richtige Lösung für Ihr Schiff?
Keine dieser Technologien ist universell die „beste“. Die richtige Wahl hängt davon ab, was gemessen wird, wie präzise der Messwert sein muss und ob mechanischer Verschleiß oder der Kontakt mit der Flüssigkeit tatsächlich problematisch sind. Bei der Kraftstoffüberwachung, der Motorkühlung und dem umfassenderen Flüssigkeitsmanagement an Bord erweisen sich Ultraschall-Durchflussmesser jedoch immer wieder als die praktische Lösung: keine beweglichen Teile, die gewartet werden müssen, kein nennenswerter Druckabfall, der ausgeglichen werden muss, und Daten, die ohnehin erzeugt werden – sei es zum Verbrauch, zur Kontamination oder zum Zustand des Kühlmittels.
Allengra entwickelt und fertigt seine Ultraschall-Durchflussmesser im eigenen Haus und bietet die Flexibilität, medienberührte Lösungen für spezifische maritime Anwendungen und OEM-Anforderungen zu entwickeln. Für Schiffe und Flottenbetreiber, die eine Modernisierung ihrer Durchflussmessung prüfen, ist die Seite zu maritimen Durchflussmessern ein sinnvoller Ausgangspunkt.
