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DER KONSTRUKTEUR 7-8/2017

DER KONSTRUKTEUR 7-8/2017

ELEKTROTECHNIK /

ELEKTROTECHNIK / INDUSTRIEELEKTRONIK IM TUNNELBAU MIT VON DER PARTIE Automatisierung ist nicht nur ein Thema in der Produktion sondern zum Beispiel auch im Tunnelbau. Kommen Wegsensoren zum Einsatz, sprechen häufig in beiden Anwendungsfeldern schlagkräftige Argumente für magnetostriktive Wegsensoren. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Das Londoner Crossrail-Projekt ist als die wohl derzeit größte Baustelle Europas weit über die Grenzen Großbritanniens hinaus bekannt. Um das U-Bahnnetz für die Zukunft zu rüsten, entstehen dort zwei neue, je ca. 21 km lange Tunnelröhren mit 6 m Durchmesser. Ein solches gigantisches Bauvorhaben kommt nicht ohne moderne Automatisierungslösungen aus und dazu gehören keineswegs nur die inzwischen üblichen Tunnelbohrmaschinen. So werden z. B. auch die Befestigungslöcher für Kabelsysteme, Kabeltrassen und Laufwege nicht mehr manuell von Bautrupps gebohrt. Beim Crossrail-Projekt übernehmen diese Aufgabe automatisierte Bohrwagen. Magnetostriktive Wegsensoren, die sich direkt in die Hydraulikzylinder der Bohrmaschinen integrieren lassen, sind beim mobilen Einsatz unter der Erde mit von der Partie. Zur Positionserfassung bei mobilen Arbeitsmaschinen setzen sich heute zunehmend kontaktlose Verfahren durch. Gründe dafür gibt es gleich eine ganze Reihe: Der magnetrostriktive Wegsensor der Baureihe TIM von Novotechnik beispielsweise liefert auch bei extrem rauen Umgebungsbedingungen sehr genaue, absolute Messergebnisse. Er punktet dabei mit hoher Druckfestigkeit und auf- Autoren: Stefan Sester, Novotechnik, Ostfildern; Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee grund des berührungslosen Messprinzips unbegrenzter mechanischer Lebensdauer. Außerdem eignet er sich zum direkten Einbau im Druckbereich von Hydraulikzylindern. Diese Eigenschaften verdankt er u. a. seinem berührungslosen Messprinzip. BERÜHRUNGSLOSES MESSPRINZIP Der Messvorgang wird durch einen kurzen Stromimpuls ausgelöst, der um den Wellenleiter ein zirkulares Magnetfeld erzeugt. Senkrecht dazu verlaufen die Feldlinien des Positionsgebers, der im Wellenleiter die Messposition markiert. An der Überlagerungsstelle der DIE SENSOREN EIGNEN SICH FÜR DEN DIREKTEN EINBAU IM DRUCKBEREICH VON HYDRAULIKZYLINDERN beiden Magnetfelder entsteht im Wellenleiter eine elastische Verformung, hervorgerufen durch den magnetostriktiven Effekt. Die reversible Dimensionsänderung löst einen mechanischen Impuls aus, der sich im Wellenleiter als Torsionswelle mit einer Geschwindigkeit von etwa 2800 m/s fortpflanzt. An einem Ende des Wellenleiters wird die 16 DER KONSTRUKTEUR 7-8/2017

Torsionswelle in ein elektrisches Signal umgesetzt, am anderen gedämpft, sodass es zu keinen Überlagerungen bei nachfolgenden Messungen kommt. Die Laufzeit vom Entstehungsort der Welle bis zum Signalwandler ist direkt proportional zum Abstand zwischen Positionsgeber und Signalwandler. Die magnetostriktiven Sensoren decken Messlängen von 50 bis 2 500 mm ab und sind durch die Ausführung in Edelstahl unempfindlich gegenüber praktisch allen Hydraulik-Medien. Obendrein arbeiten die Sensoren sehr genau und sind auch unter widrigen Umgebungsbedingungen zuverlässig. Die Linearitätswerte liegen bei 0,04 % (bei Messlängen zwischen 260 und 2 000 mm), die Wiederholgenauigkeit bei ± 0,1 mm unabhängig von der Messlänge. Die Sensoren sind (dauer-)druckfest bis 350 bar, verkraften problemlos Druckspitzen bis 450 bar und lassen sich dank eines innovativen Steckersystems schnell und ohne Löten, Crimpen oder Schrauben einbauen: Der Kontaktträger des M12-Steckverbinders ist bereits an die Signalleitungen des Sensors angeschlossen; er wird durch eine Bohrung im Zylinder nach außen geführt. Der Anschlussflansch (M18) lässt sich einfach auf den Kontaktträger aufstecken und außen fixieren. BOHRWAGEN STATT BAUTRUPP Die Sensoren haben sich in vielen unterschiedlichen Anwendungsbereichen bewährt. Dazu zählen mobile Baumaschinen, 01 Der stabförmige Wegsensor arbeitet kontaktlos wie der Bohrwagen für den Tunnelausbau in London, für welchen ATP Hydraulik die komplette hydraulische und elektronische Systemlösung ausgelegt und entwickelt hat. Für den automatisierten Tunnelausbau sind auf zwei Bohrwagen jeweils 37-Hilti Bohrmaschinen und Hilti-Staubsauger montiert, die automatisch die Befestigungslöcher für die Kabelsysteme, Kabeltrassen und Laufwege anbringen. Dazu wurden beide Tunnel-Röhren zunächst komplett vermessen und die Bohrpläne als Datensätze in der Steuerung des Bohrwagens hinterlegt. Für den Tunnelausbau bekommen die Bohrwagen jetzt _ alle 6,4 m einen neuen Datensatz. Für jede Bohrung wird zur Dokumentation und späteren Auswertung ein Logfile erstellt. Die für die richtige Platzierung und Tiefe der Bohrungen notwendige präzise Positionserfassung übernehmen die magnetostriktiven

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