Berührungsloses Sicherheitssystem überwacht Druckkammerschott in Tunnelbohrmaschinen

Die manipulationssichere Überwachung des ­Druck­kammerschotts an Tunnelbohrmaschinen (TBM) ist von besonderer Bedeutung für die ­Sicherheit des ­Bedienpersonals. Die Anforderungen an einen geeig­neten Sicherheitsschalter in einem derart rauen Umfeld sind sehr hoch. Die ­Firma Herrenknecht in Schwanau hat sich für den Einsatz des be­rührungslosen Sicher­heitssystems CES von Euchner entschieden.

Durch die fortschreitende Urbanisierung steigt das Verkehrsaufkommen in den Städten stetig an. Der Platz für schnelle Verkehrswege wird immer knapper. Damit Mensch und Güter mobil bleiben und auf kurzen Verkehrswegen ihr Ziel erreichen, führen zukünftige Lösungen zwangsläufig unter die Erde. Tunnel unterqueren als schnelle Abkürzungen Straßen und Gebäude, Parks und Flüsse und manchmal sogar ganze Städte. Die Firma Herrenknecht in Schwanau fertigt Tunnelbohrmaschinen mit denen diese Tunnel gebaut werden. Die Tunnelbohrmaschinen können bis zu 50 Meter lang sein und sind in Segmente von 8-10 m unterteilt. Pro Tag werden bis zu 20 Meter Vortrieb erreicht. Mit weltweit über 3.900 Mitarbeitern und 68 Tochter- und Beteiligungsgesellschaften ist das 1977 gegründete Unternehmen von Martin Herrenknecht Marktführer im Bereich Tunnelbohrmaschinen.

Unmittelbar hinter dem Bohrschild der TBM befindet sich ein 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 Wasser-durchbruch in den Förderbereich und arbeitet dabei mit bis zu 3 bar Überdruck.

Sicherer Personenschutz auch unter extremen ­Bedingungen
Zur sicheren Überwachung, ob das Druckkammerschott offen oder geschlossen ist, wird das berührungslose Sicherheitssystem CES von Euchner eingesetzt. Das CES-System besteht aus 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 über Induktion vom Lesekopf, 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 IP 67 kommt spielend mit diesen rauen Umgebungsbedingungen zurecht. Durch das wechselnde Signal zwischen Betätiger und Lesekopf können mechanische und chemische Störeinflüsse, wie beispielsweise Vibrationen und Bohrschlamm, die Sicherheitsfunktion nicht beeinflussen. Hinzu kommt, dass dieses System einen großen Ansprechbereich besitzt, 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 höchsten Sicherheitsanforderungen eingesetzt werden (bis Sicherheitskategorie 4, PLe nach EN 13849-1) und ist demnach sowohl für den Maschinen- als auch für den Personenschutz geeignet.

Gefahrloser Zutritt in den Bereich des Schneidrads
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, wird der Druckschottsicherheitsschalter nicht abgefragt. In dieser Betriebsart kann das Drehen des Schneidrads nur für 5 Sek. 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 Betriebsart „ Begehen des Gefahrenbereichs" wird der Hauptschalter der Scheidradbewegung komplett auf Nullstellung gebracht. Jede Person, die den Gefahrenbereich betritt, muss mittels eines persönlichen Vorhängeschlosses den Hauptschalter gegen Wiedereinschalten sichern.

Kostengünstig und mani­pulationssicher
Der Einsatz des CES-Systems ermöglicht ein Sicherheitskonzept, wie es oben beschrieben wird, 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.