Elektro-hydraulischer Roboter

Problemlösung im Crossrail-Tunnel in London bringt einzigartigen Roboter hervor.

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Früher war alles gefährlicher

Für den 42 km langen Tunnel bei diesem Projekt hätte dies zwei bis drei Jahre in Anspruch genommen (abhängig von der Anzahl der Bauarbeiter). Die Vibrationen und Geräusche durch das Bohren von 250.000 Löchern hätten die Gesundheit und Sicherheit der Arbeiter gefährden können. Auch bei geeigneter persönlicher Schutzausrüstung (PSA) kann die Handarmschwingung (HAS) über einen längeren Zeitraum schwerwiegend und gesundheitsschädlich sein. Abgesehen davon, dass sie eine bekannte Ursache für das Karpaltunnelsyndrom und andere ergonomisch bedingte Verletzungen ist, kann die Hand-armschwingung zu direkten Verletzungen der Finger und Hand führen, wobei das Gefühl, die Geschicklichkeit und der Griff beeinträchtigt werden können. Aus diesen Gründen war eine Lösung erforderlich, um den Bohrvorgang zu beschleunigen und das Wohlergehen der Arbeiter zu verbessern.

Zeitplan erfüllen

Zur Erfüllung des Zeitplans von Crossrail wurde ATC (ein Joint Venture bestehend aus Alstom, TSO und Costain) beauftragt, zwei brandneue, hochmoderne Präzisions-Bohrautomaten einzusetzen. Die Crossrail-Bohranlagen wurden von der Rowa Tunneling Logistics in der Schweiz gefertigt und bis November 2015 fertiggestellt.

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Für das mechatronische System, das elektrische und hydraulische Komponenten sowie die komplette Software und Schnittstellen integriert, arbeitete ATP Hydraulik mit Eaton zusammen. So musste ATP mit nur einem Hauptlieferanten kooperieren und konnte eine kurze Entwicklungszeit gewährleisten. Zu den elektrischen Komponenten gehören Schütze vom Typ DIL mit Smart-Wire-DT-Anbindung und Sicherungen für die Bohrmaschinen und Pumpen für das Staubunterdrückungssystem, das über ein Profinet/Smart-Wire-DT Gateway gesteuert wird. Die Verdrahtungs- und Kommunikationstechnik von Smart-Wire-DT vereinfacht die komplexe Steuerverdrahtung durch ein einziges Kabel. Eatons Heavy-Duty-Serie von Axialkolbenpumpen versorgt die Hydrauliksysteme mit Hydrauliköl, die sowohl die Arme bedienen und die 36 Bohrer steuern als auch die Proportional-, Patronen- und Wegeventile sowie die Rohrverschraubungen setzen.

Die erste Phase bestand darin, einen 3D-Scan entlang des Tunnels durchzuführen, der Messungen in kleinen Schritten vornahm. Diese Daten wurden in einer koordinierten Form in ein Computerprogramm eingespeist und mit Segmentvorlagen für die Bohrpositionen überlagert. Alle 6,4 m werden die Bohranlagen automatisch über Laser positioniert. Sie erhalten die Bohrdaten über einen USB-Stick. Alle Löcher werden gleichzeitig, vollautomatisch und genau auf ± 2 mm gebohrt.

Eine elegante Lösung

„Der mechatronische Ansatz, der hydraulische und elektrische Teile umfasst, hatte in Rekordzeit eine technische Errungenschaft zur Folge – einen Bohrautomat, der als Roboter verstanden werden kann“, sagt Michael Fabianek, CTO, ATP Hydraulik AG. „Durch die Integration von Eatons Verdrahtungs- und Kommunikationstechnologie rechnen wir mit einer Zeitersparnis von 80 Arbeitsstunden, um die beiden Schaltschränke für die beiden Bohrfahrzeuge zu bauen.“ Diese Einsparung wurde durch die Reduzierung der Verdrahtungszeit sowie der Zeit für die E/A-Prüfung und die Inbetriebnahme erreicht.

ATP brauchte vier Monate, um das Projekt bis zur Abnahmeprüfung (FAT) zu realisieren. Nach umfangreichen Regulierungs- und Sicherheitsprüfungen und einer FAT in der Schweiz wurde die Inbetriebnahme in Großbritannien mit realen, geänderten Daten abgeschlossen. Die Tunnelwandbohrungen begannen im April 2016. Die Unternehmen sind sich sicher, dass diese Art der Bohranlage auch für zukünftige Tunnelprojekte verwendet werden kann. (br)

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