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Sichere Überwachung bei Tunnelbohrungen

Text: Frank Kretzschmar, Euchner Foto: baranozdemir, Euchner
Die manipulationssichere Überwachung des Druckkammerschotts an Tunnelbohrmaschinen ist von besonderer Bedeutung für die Sicherheit des Personals. Die Anforderungen an einen geeigneten Sicherheitsschalter in diesem Umfeld sind hoch. Ein berührungsloses Sicherheitssystem kann den zuverlässigen Betrieb gewährleisten.

Tunnel unterqueren als schnelle Abkürzungen Straßen und Gebäude, Parks und Flüsse und manchmal sogar ganze Städte. Die Firma Herrenknecht fertigt Tunnelbohrmaschinen (TBM) mit denen solche Abkürzungen entstehen. Die Maschinen können bis zu 50 Meter lang sein und sind in Segmente von 8 bis 10 m unterteilt. Pro Tag können sie bis zu 20 Meter Vortrieb erreichen.Unmittelbar hinter dem Bohrschild einer TBM befindet sich das Schott für eine Druckkammer, die den Übergang zum Steuerstand der Maschine darstellt. Je nach Beschaffenheit des umgebenden Erdreichs, kann der Bohrkopf auch mit drückendem Wasser konfrontiert werden, sodass es zu einer Überflutung des gesamten Bohrschilds kommen kann. Die Druckkammer verhindert einen Wasserdurchbruch in den Förderbereich und arbeitet dabei mit bis zu 3 bar Überdruck.

Personenschutz durch CES-System

Zur sicheren Überwachung, ob das Druckkammerschott offen oder geschlossen ist, wird das berührungslose Sicherheitssystem CES von Euchner eingesetzt. Das System besteht aus drei Komponenten: Lesekopf, Betätiger und Auswertegerät. Durch die batterielose, passive RFID-Technik des Transponders ist der Betätiger autark und benötigt keine eigene Spannungsversorgung. Diese erfolgt über Induktion vom Lesekopf aus, der mit einem Auswertegerät verbunden ist. Bei den CES-Transponder-Sicherheitssystemen lebt die Sicherheitsfunktion von der Dynamik der Datenübertragung. Ständige Zustandsänderungen im hochfrequenten elektrischen Feld zwischen Betätiger und Lesekopf signalisieren, dass die Schutzeinrichtung - in diesem Fall das Druckkammerschott - geschlossen ist. Der vollvergossene Lesekopf in IP67 kommt mit den rauen Umgebungsbedingungen gut zurecht. Durch das wechselnde Signal zwischen Betätiger und Lesekopf können mechanische und chemische Störeinflüsse, wie Vibrationen oder Bohrschlamm, die Sicherheitsfunktion nicht beeinflussen. Das CES-System hat einen großen Ansprechbereich, der bei der Ausrichtung von Betätiger und Lesekopf hohe Toleranzen zulässt. Dadurch werden die Anforderungen an die mechanische Genauigkeit erheblich reduziert. Aufgrund der Zuverlässigkeit kann das berührungslose Sicherheitssystem bei hohen Sicherheitsanforderungen eingesetzt werden (bis Kat4, PLe nach EN 13849-1) und ist sowohl für den Maschinen- als auch für den Personenschutz gut einsetzbar.

Gefahrloser Zugang zum Schneidrad

Es gibt während des laufenden Betriebs der TBM drei verschiedene Betriebsarten: Normaler Bohrbetrieb, Servicebetrieb für Reparatur und Wartung und Begehen des Gefahrenbereichs. Die sichere Überwachung des Hauptzugangs in den Gefahrenbereich erfolgt über die berührungslose Absicherung der Druckschotttür mit dem CES. 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 können, wird der Druckschottsicherheitsschalter nicht abgefragt. In dieser Betriebsart kann das Drehen des Schneidrads nur für fünf Sekunden durch zeitgleiches Drücken und Halten einer Zustimmtaste erreicht werden. Die Drehung erfolgt zudem mit stark reduzierter Geschwindigkeit und es ertönt während der Drehung ein akustisches Warnsignal. In der BetriebsartBegehen des Gefahrenbereichswird der Hauptschalter der Scheidradbewegung komplett auf Nullstellung gebracht. Jede Person, die den Gefahrenbereich betritt, muss mittels eines persönlichen Vorhängeschlosses den Hauptschalter gegen Wiedereinschalten sichern.

Fazit

Der Einsatz des CES-Systems ermöglicht ein Sicherheitskonzept mit einfachen Mitteln. Durch den Einsatz eines CES-Unicode-Systems ist die Manipulation der Sicherheitseinrichtung nahezu unmöglich. Bei diesem System wird der Betätiger dem Lesekopf in einem speziellen Lernvorgang fest zugeordnet. Die Freigabe des Schneidrads erfolgt nur, wenn der gelernte Betätiger erkannt wird.

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