Erschienen am: 27.03.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 4 2017

Magnetostriktiver Wegsensor hilft beim Tunnelbau in London

Bohrwagen statt Bautrupp

Das Londoner Crossrail-Projekt ist wohl die derzeit größte Baustelle Europas. Um das U-Bahnnetz für die Zukunft zu rüsten, entstehen dort zwei je ca. 21km lange Tunnelröhren mit 6m Durchmesser. Ein solches Bauvorhaben kommt nicht ohne moderne Automatisierungslösungen aus und dazu gehören keineswegs nur die üblichen Tunnelbohrmaschinen. So werden die Befestigungslöcher für Kabelsysteme, Kabeltrassen und Laufwege nicht mehr manuell von Bautrupps gebohrt. Bei dem Projekt übernehmen diese Aufgabe automatisierte Bohrwagen. Magnetostriktive Wegsensoren, die direkt in den Hydraulikzylindern der Bohrmaschinen integriert sind, helfen beim mobilen Einsatz unter der Erde.


Zur Positionserfassung bei mobilen Arbeitsmaschinen setzen sich heute zunehmend kontaktlose Verfahren durch. Gründe dafür gibt es viele: Der magnetrostriktive Wegsensor der Baureihe TIM beispielsweise liefert auch bei extrem rauen Umgebungsbedingungen genaue und absolute Messergebnisse. Er punktet dabei mit hoher Druckfestigkeit und aufgrund 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. Die magnetostriktiven Sensoren decken Messlängen von 50 bis 2.500mm 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 2.000mm), die Wiederholgenauigkeit bei +/-0,1mm unabhängig von der Messlänge. Die Sensoren sind (dauer)druckfest bis 350bar, verkraften problemlos Druckspitzen bis 450bar und lassen sich dank ihres 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 für den Tunnelausbau in London

Die Sensoren haben sich in vielen Anwendungsbereichen bewährt. Dazu zählen mobile Baumaschinen, 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 Wagen alle 6,4m 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 Wegsensoren. Dafür sprachen gleich mehrere Argumente, wie Dipl.-Ing. Michael Fabianek, Technischer Leiter bei ATP Hydraulik, erläutert: "Ein wesentlicher Vorteil der Sensoren ist, dass sie sich direkt in die Hydraulikzylinder integrieren lassen, die die Bohrmaschinen bewegen. Die Montage mit den M18-Schraubflansch ist einfach und die kontaktlose Anregung mit dem ringförmigen Positionsgeber macht die Sensoren sehr robust und langlebig. Davon konnten wir uns zum einen in der Testphase des Crossrail-Projektes überzeugen, zum anderen haben wir aber schon in vorangegangenen Projekten durchweg positive Erfahrung mit der Qualität dieser Sensoren gemacht. Und schlussendlich hat uns natürlich auch das gute Preis-Leistungsverhältnis überzeugt." Hinzu kommen dann noch weitere Eigenschaften, die für mobile Einsatzbereiche wichtig sind. So erfüllen die Sensoren, die hier geltenden hohen Anforderungen an die EMV-Verträglichkeit (EN13309 für Baumaschinen, auch ISO14982 für land- und forstwirtschaftliche Maschinen), sind gegen HF-Felder geschützt (bis zu 200V/m, gemäß ISO11452-2) und arbeiten an Versorgungsspannungen zwischen 8 und 34VDC. Das Messsignal kann als analoges Strom- oder Spannungssignal oder über Feldbusschnittstellen (CAN) ausgegeben werden. Auf den Bohrwagen wird die 4 bis 20mA Schnittstelle verwendet.