Erschienen am: 10.08.2016, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2016

Linearachse zur Notfallsimulation auf hoher See

Sichere Rettung garantiert

Auf Bohrplattformen hat die Sicherheit der Mitarbeiter einen hohen Stellenwert. Ist es im Gefahrenfall unmöglich, eine Plattform per Hubschrauber oder Schiff anzusteuern, können sogenannte Freifall-Rettungsboote eingesetzt werden. Ein neues Simulations-Software-Tool hilft dabei, herauszufinden, unter welchen Wetterbedingungen deren Einsatz bei der Evakuierung der Bohrplattform möglich ist.


Um im Forschungsinstitut Marin den geführten Fall und das Auftreffen von Rettungsbooten auf dem Wasser unter verschiedenen Umweltbedingungen zu simulieren, kommt eine Linearachse von Rollon zum Einsatz.
Bild: Rollon GmbH

Das internationale Energieunternehmen Statoil hat sich zum Ziel gesetzt, zusammen mit dem niederländischen maritimen Forschungsinstitut Marin herauszufinden, unter welchen Wetterbedingungen sich ein Freifall-Rettungsboot zur Evakuierung von Bohrinseln im Notfall sicher einsetzen lässt. Das Forschungsinstitut entwickelte daher in den letzten vier Jahren eine Computersimulation, die das Herabfallen und den Start eines solchen Rettungsboots im Wasser vorhersagt. Mithilfe maßstäblicher Modelle haben die Forscher des Instituts die Möglichkeit geschaffen, die Simulations-Software Dropsim zu überprüfen.

Tests mit maßstabsgetreuen Modellen

Um die Daten zur Validierung der Software zu sammeln, hat das Forschungsinstitut Freifall-Rettungsboot-Modelle entwickelt, die mit einem optischen Messsystem sowie Druck- und Beschleunigungssensoren ausgestattet sind. Sie funktionieren vollkommen drahtlos und lassen sich automatisch steuern. Um den Ernstfall zu proben, simulierten die Mitarbeiter im Becken des Instituts verschiedene Umgebungsbedingungen bzw. Wetterverhältnisse, wie Strömungen, Wind und Wellengang, während sie die Testobjekte zu Wasser ließen. Dabei fielen die Modelle mit verschiedenen Winkeln und Geschwindigkeiten in die nachempfundene See. Als Teil der Entwicklung und Validierung wurden auch Versuche mit einer generischen Form eines Rettungsboots durchgeführt. "Das Modell des generischen Freifall-Rettungsboots sieht wie eine Art Kugel aus", schildert Tiemen de Haij, Ingenieur beim Forschungsinstitut. Die größte Herausforderung bestand darin, alle Bewegungen zu kontrollieren und mit häufigen Wiederholungen durchzuführen. Um die Verhältnisse aus den Tests gut in das Simulationsmodell zu übernehmen und zu vergleichen, war es wichtig, dass sich die Kugel während des Falls nicht dreht. Daher musste sie geführt werden. "Hierzu haben wir ein Gerüst gebaut, an dem eine große Linearachse befestigt war", berichtet de Haij. Dafür verwendeten die Forscher die Achse R-Smart 220 SP von Rollon, die einen Querschnitt von 220mm besitzt. Der Laufwagen ist zudem in der Lage, einen Hub von 6m auszuführen.

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Linearachse für schwere Lasten

Die verwendete Linearachse ist die größte Achse der Smart-Serie. Sie verfügt über einen selbsttragenden Rahmen aus eloxiertem Aluminium. Der Antrieb erfolgt über einen Zahnriemen aus Polyurethan mit Stahleinlage und AT-Zahnprofil. Die Produktserie eignet sich für schwere Lasten, anspruchsvolle Arbeitszyklen, die Montage freitragender Balken oder Gerüste sowie für den Einsatz in industriellen Umgebungen. Die maximale statische Tragfähigkeit der Linearachsen beträgt 8.880N (Fx), 237.000N (Fy) und 237.000N (Fz). Die Lösung mit Kugelumlaufführungen kombiniert hohe Tragzahlen mit einer sanften Bewegung bis zu einer Geschwindigkeit von 4m/s und einer Beschleunigung von 50m/s². Die größtmöglich nutzbare Hublänge der einzelnen Lineareinheit erreicht 5.730mm. Höhere Werte lassen sich mit verbundenen Versionen erreichen, wobei die maximale Wiederholgenauigkeit 0,1mm beträgt. Die technischen Eigenschaften und Parameter zeigen die hohe Effizienz der Linearachse, die kundenspezifische Anpassungen ermöglicht, hohen Belastungen bei langen Hüben widersteht, hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen erreicht und eine sanfte und geräuscharme Bewegung bietet. Mit der verwendeten Baugröße hat Rollon die Achsserie nach oben hin abgerundet. Ebenso wie die schon länger bestehenden Größen 120 und 160 lässt sie sich mit zwei verschieden langen Läufervarianten ausstatten. Die Produktfamilie ermöglicht Konstrukteuren und Anwendern eine große Auswahl für den individuellen Anwendungsfall in Bezug auf Masse, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Die Linearachsen des Systems sind u.a. auch für den Aufbau von Mehrachssystemen in Verpackungs- und Pick&Place-Anwendungen geeignet.

Erfolgreiche Validierung aufgrund umfangreicher Tests

"Für uns war es wichtig, dass die Schiene bzw. der Laufwagen ausreichend stark und schnell ist", so de Haij. Darüber hinaus musste die Schiene zum Antrieb des Forschungsinstituts kompatibel sein. Mit dem generischen Rettungsboot führten die Mitarbeiter sowohl Freifall- als auch geführte Versuche durch. Bei der geführten Variante war das Rettungsboot an der Schiene befestigt und mit Kraftaufnehmern ausgestattet. Damit wurden in dem Moment, als das Rettungsboot das Wasser erreichte, alle Kräfte und Momente in den sechs Richtungen gemessen. Die Daten, die das Forschungsinstitut bei diesen Versuchen generierte, sind für das Simulationsmodell brauchbar. Sie ermöglichten eine zuverlässige Vorhersage darüber, was mit dem Freifall-Rettungsboot beim Ablassen unter extremen Umgebungsbedingungen passiert, sobald es die Wasseroberfläche erreicht. Zudem wird so ersichtlich, wie das Boot sich danach im Wasser fortbewegt.

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