Deutscher Entwickler arbeitet an neuartigem Sensorsystem für Schiffslager: Projektstart im chinesischen Innovationsprogramm

Ein deutscher IT-Entwickler will die Wartung von Schiffskomponenten digitalisieren. Mit dem Projekt „ClearSense“ arbeitet Christoph Bültemann an einem Sensorsystem zur Überwachung wassergeschmierter Propellerwellenlager. Begleitet wird das Vorhaben vom chinesischen Innovationsprogramm NICE im Yangtze-Delta.

Der Kölner Christoph Bültemann ist kein klassischer Schiffbauingenieur. Sein Hintergrund liegt in der Informationsverarbeitung. „Nach meinem Studium der Informationsverarbeitung und einigen Jahren als Angestellter habe ich mich im IT Bereich selbständig gemacht“, sagt er im Gespräch mit WeSpeakIoT.

Vom Machine Learning zur maritimen Sensorik

Mit seinem Unternehmen Innoworx ist Bültemann seit den 1990er-Jahren als Entwickler tätig. Seine frühen Projekte bewegten sich im Bereich Muster- und Spracherkennung. „Ich habe mich am liebsten mit Projekten beschäftigt, die mich technisch herausgefordert haben und ein Lösungsweg nicht offensichtlich war“, erklärt er. In den späten 1990er-Jahren entwickelte er ein eigenes Machine-Learning-System, das er in verschiedenen Projekten einsetzte.

Nach Stationen im Prototyping für die Automobilindustrie entdeckte er vor rund fünf Jahren sogenannte „Open Innovation“-Plattformen für sich. „Für mich ist das die beste Methode Neues zu lernen. Man konsumiert dabei nicht einfach abstrakten Lernstoff, sondern wendet Neues direkt an, um herausfordernde Probleme zu lösen.“ Über eine solche Innovationsplattform kam er 2022 erstmals mit der Frage in Kontakt, wie sich der Verschleiß von Schiffslagern besser messen lässt.

Problemzone Heck: Wartung unter Wasser

Im Fokus stehen wassergeschmierte Propellerwellenlager. Sie führen die Antriebswelle eines Schiffes im Heckbereich und werden mit Meerwasser statt Öl geschmiert. Das reduziert Umweltrisiken, macht die Überwachung aber nicht einfacher.

„Heute wird der Lagerverschleiß häufig noch manuell durch Taucher kontrolliert“, sagt Bültemann. Das sei aufwendig und teuer. Hinzu komme, dass sich Sensoren oft nur schwer nachrüsten ließen. Die Messung erfolge außen am Rumpf zwischen hinterem Wellenlager und Propeller unter Wasser – bei sehr beengten Platzverhältnissen.
Bisher eingesetzte Wirbelstromsensoren arbeiten präzise, benötigen aber sehr geringe Abstände zum Messobjekt. „Wirbelstromsensoren arbeiten besonders gut und genau, wenn sie einen Abstand im sub-Millimeterbereich zum Messobjekt haben. Bei der Überwachung von Schiffswellen müssen aber Distanzen von einem Zentimeter und mehr gemessen werden können.“ Die dafür notwendigen großen Spulen erhöhten Baugröße und Energiebedarf.

Christoph Bültemann (l.) mit Prof. Dr. Sebastian Groß von der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg in seinem Kölner Labor. Auf dem Tisch an der Wand liegt der Prototyp auf einer 3D-Drucker ähnlichen Messeinrichtung. Foto: Carsten Roepert

Digitalisierte Wellenposition statt Wirbelstrom

Hier setzt das von Bültemann entwickelte Projekt „ClearSense“ an. „ClearSense misst keine Wirbelströme sondern basiert auf einem anderen physikalischen Messprinzip mit sehr geringer Leistungsaufnahme“, erklärt Bültemann. Die Methode digitalisiere die Wellenposition in ein Pulsweitenverhältnis, das auf einer im Sensor enthaltenen Mikrocontrollereinheit ausgewertet werde.
„Der Sensor ist dadurch sehr kompakt und deshalb auch bei mittleren und kleineren Schiffen in besonders beengten Platzverhältnissen einsetzbar.“ Ziel ist es, das Lagerspiel kontinuierlich zu überwachen und so Verschleiß frühzeitig zu erkennen.

Ergänzt werden soll das System durch „Houdini“, eine Lösung zur drahtlosen Energie- und Datenübertragung durch den Schiffsrumpf. „Ja, das ist eine Eigenentwicklung im frühen Stadium mit ersten vielversprechenden Ergebnissen. Genauso wie bei ClearSense kann ich derzeit noch keine Details nennen.“

Prototypen vorhanden, Feldtest geplant

Nach Angaben Bültemanns existieren funktionsfähige Laborprototypen. „Wir haben eine Einrichtung zur genauen Sensorcharakterisierung und einen kompakten Demonstrator.“ Ein Simulator zur realitätsnäheren Abbildung großer Wellendurchmesser befinde sich im Bau.

Der Schritt ins Feld ist komplex. Tests am realen Schiff sind teuer und erfordern eine Einzelzulassung durch die zuständige Klassifikationsgesellschaft. Einen Feldtestpartner habe man bereits. In der aktuellen Phase werde das Projekt vom „Marine Technology Innovation Center“ in Nantong begleitet.

Parallel laufe der Schutz der geistigen Eigentumsrechte. „Wir haben mit der IP-Protection bereits begonnen. Erste Patente sind eingereicht.“

Förderung im Yangtze-Delta

Öffentliche Berichte sprechen von einer möglichen Förderung von bis zu vier Millionen US-Dollar im Rahmen des chinesischen Programms „National Innovation Center par Excellence“ (NICE). Bültemann relativiert: „Wir befinden uns aktuell in der Projektkultivierungsphase, die bereits mit einem ausreichendem Working Budget gefördert wird.“ Ziel sei es, technische, regulatorische und marktseitige Risiken zu reduzieren und eine Gründung vorzubereiten. „Danach beginnen die eigentlichen Finanzierungsverhandlungen.“

Warum China? „Ein Standort in einer der weltweit größten Schifffahrtregionen ist für eine Gründung im Bereich Marine Maintenance sehr geeignet da dort direkter Zugang zu Werften und Flottenbetreibern besteht.“ Hinzu komme ein speziell auf Tech-Unternehmen ausgerichtetes Förderprogramm im Yangtze-Delta.

Deutschland soll dennoch eine Rolle behalten: „Gleichzeitig bleibt Deutschland zentraler Standort für Forschung und Innovationsthemen.“ Einzelne Versuche laufen bereits im Austausch mit dem Hochschulumfeld. Zukünftig sollen daraus Themen für studentische Arbeiten entstehen, so Bültemann weiter.

Ein Nischenthema mit Potenzial

Die kontinuierliche Überwachung von Propellerwellenlagern ist bislang kein Massenmarkt. Doch steigende Umweltanforderungen, höhere Betriebskosten und der Druck zur Digitalisierung in der Schifffahrt könnten den Bedarf erhöhen. Ob ClearSense sich gegen etablierte Condition-Monitoring-Anbieter durchsetzen kann, wird sich erst mit erfolgreichen Feldtests und Zertifizierungen zeigen.
Fest steht: Bültemann überträgt seine Erfahrung aus der digitalen Signalverarbeitung in ein klassisches Industrieproblem. Sollte der Sensor unter realen Bedingungen zuverlässig arbeiten, könnte er ein bislang analoges Wartungsfeld in Richtung Echtzeit-Monitoring verschieben.