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Sicherheitstechnik

RFID-Sensoren – Beim Tunnelbau verhindert eine Druckkammer einen möglichen Wassereinbruch in die Tunnelbohrmaschine. Ein RFID-basiertes Sicherheitssystem stellt sicher, dass die Kammer im laufenden Betrieb zuverlässig geschlossen bleibt.

27. März 2013

Eine der anspruchsvollsten Arbeiten im Bereich des Tiefbaus ist der Bau von Tunneln für Straßen oder Schienenwege, welche heute nicht nur Parks oder Flüsse unterqueren, sondern auch ganze Städte und Berge. Gebaut werden solche Tunnels in vielen Fällen mit Hilfe von Tunnelbohrmaschinen der Herrenknecht AG mit Sitz im mittelbadischen Schwanau. Das 1977 gegründete Unternehmen mit weltweit über 3.900 Mitarbeitern ist Marktführer in diesem Bereich. Die bis zu 50 Meter langen Maschinen sind in Segmente von acht bis zehn Meter Länge unterteilt und erreichen einen Vortrieb bis zu 20 Meter pro Tag.

Die Umgebungsbedingungen sind dabei extrem. So kann der Bohrkopf je nach Beschaffenheit des umgebenden Erdreichs auch mit drückendem Wasser konfrontiert werden, sodass es zu einer Überflutung des gesamten Bohrschilds kommen kann. Unmittelbar hinter dem Bohrschild befindet sich deshalb eine Druckkammer mit einem Überdruck von bis zu drei Bar, der einen Wasserdurchbruch in den Förderbereich verhindert und zugleich den Übergang zum Steuerstand der Maschine darstellt.

Den Zugang zum Steuerstand ermöglicht ein massives Schott in der Wand der Druckkammer. Entscheidend für die Sicherheit des Bedienpersonals ist deshalb die zuverlässige und manipulationssichere Überwachung, ob das Druckkammerschott geöffnet oder geschlossen ist. Bei den Tunnelbohrmaschinen von Herrenknecht gewährleistet dies der Einsatz des berührungslosen Sicherheitssystems CES des Schaltgerätespezialisten Euchner aus Leinfelden-Echterdingen bei Stuttgart. Es kann bei höchsten Sicherheitsanforderungen eingesetzt werden und erfüllt die Sicherheitskategorie 4, PLe nach EN 138491 für einen bestmöglichen Maschinen- und Personenschutz.

Das System besteht aus den drei Komponenten Lesekopf, Betätiger und Auswertegerät. Durch die batterielose, passive RFID-Technologie des Transponders ist der Betätiger völlig autark und benötigt keine eigene Spannungsversorgung. Diese erfolgt stattdessen über Induktion vom Lesekopf, der mit einem Auswertegerät verbunden ist.

Dynamische Kommunikation

Die Sicherheitsfunktion des CES-Transponder-Systems wird dabei durch eine dynamische Datenübertragung gewährleistet. So signalisieren ständige Zustandsänderungen im hochfrequenten elektrischen Feld zwischen dem Betätiger und dem Lesekopf in Schutzart IP67, dass die Schutzeinrichtung – in diesem Fall das Druckkammerschott – geschlossen ist. Das ständig wechselnde Signal zwischen Betätiger und Lesekopf stellt dabei sicher, dass auch mechanische und chemische Störeinflüsse, wie beispielsweise Vibrationen oder Bohrschlamm, die Sicherheitsfunktion nicht beeinflussen. Der große Ansprechbereich des Systems erlaubt dabei große Toleranzen bei der Ausrichtung von Betätiger und Lesekopf, was die Anforderungen an die mechanische Genauigkeit erheblich reduziert.

Sicherer Betrieb

Im Einsatz der Tunnelbohrmaschine sind drei verschiedene Betriebsarten möglich: Normaler Bohrbetrieb, Servicebetrieb für Reparatur und Wartung sowie Begehen des Gefahrenbereichs. Im normalen Bohrbetrieb wird über einen Schlüsselschalter und durch Aktivieren der Starttaste die Drehung des Schneidrads freigegeben. Bei Betätigen des Not-Halt-Tasters oder durch Öffnen des Druckschotts erfolgt sofort eine sichere Trennung der Energie für die Schneidradantriebe. Im Servicebetrieb, in dem Wartungs- und Reinigungsarbeiten vorgenommen werden, wird der Druckschott-Sicherheitsschalter nicht abgefragt. Dafür kann das Drehen des Schneidrads nur für fünf Sekunden und durch gleichzeitiges Drücken und Halten einer Zustimmtaste erreicht werden. Zudem erfolgt die Drehung mit stark reduzierter Geschwindigkeit, während ein akustisches Warnsignal ertönt.

In der Betriebsart »Begehen des Gefahrenbereichs« wird der Hauptschalter für die Schneidradbewegung komplett auf Nullstellung gebracht. Jede Person, die den Gefahrenbereich betritt, muss mittels eines persönlichen Vorhängeschlosses den Hauptschalter gegen Wiedereinschalten sichern.

Einfach, aber wirksam

Der Einsatz des CES-Unicode-Systems ermöglicht ein Sicherheitskonzept mit einfachen Mitteln. So ist die Manipulation der Sicherheitseinrichtung nahezu unmöglich. Bei diesem System wird der Betätiger dem Lesekopf in einem speziellen Lernvorgang fest zugeordnet, und das Schneidrad wird nur dann freigegeben, wenn der gelernte Betätiger erkannt wird.

Auf einen Blick

-Die Euchner GmbH + Co. KG in Leinfelden-Echterdingen bei Stuttgart produziert seit mehr als 50 Jahren Schaltgeräte vor allem für den Einsatz im Maschinenbau. Eine Spezialität des Unternehmens sind elektromechanische und elektronische Sicherheitsschalter für die zuverlässige die Überwachung von Schutztüren an Maschinen oder Anlagen.

-Zu dem international tätigen Familienunternehmen mit weltweit 500 Mitarbeitern gehören auch 14 Vertriebs-Tochtergesellschaften in Europa, Asien sowie in Nord- und Südamerika.

Erschienen in Ausgabe: 01/2013