Standort: London, GB/ Küssnacht, Schweiz
Aufgabe: Automatisierung der Bohranlage
Lösung: SmartWire-DT mit hydraulischen und elektrischen Komponenten
Ergebnis: Erhebliche Reduzierung der Bohrzeit und verbesserte Bedienerfreundlichkeit
Der mechatronische Ansatz, der hydraulische und elektrische Komponenten von Eaton umfasst, hatte in Rekordzeit eine fantastische technische Errungenschaft zur Folge - der Bohrautomat, der als Roboter verstanden werden kann, ist der erste seiner Art
Die ATP Hydraulik AG (kurz ATP) entwickelt und produziert Hydrauliksysteme und mechatronische Lösungen in Kombination mit Automatisierungslösungen. Das Unternehmen erhielt einen Auftrag zur Gestaltung und Bereitstellung aller Zylinder, Hydraulikaggregate, Rohrleitungen, Elektro- und Hydrauliktechnik und Software für zwei maßgeschneiderte Bohranlagen für das Londoner Crossrail-Programm. Neben der kompletten Rohrleitungen und Verkabelung lieferte ATP die Schmierkreise zusammen mit den Brandmelde- und Löschanlagen. Bei dem mechatronische System, das elektrische und hydraulische Komponenten beinhaltet, entschied sich ATP für die Zusammenarbeit mit Eaton. So konnte ATP mit nur einem Hersteller eine optimale Entwicklungszeit bieten. Im Moment ist ATP der einzige offizielle Solution Partner von Eaton, der weltweit tätig ist und Technologien aus dem Elektro- und Hydraulikbetrieb zusammenführt.
Herausforderung
Reduzierung der Zeit um 250.000 Löcher zu bohren und Verbesserung der Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer
Mehrere Lochreihen müssen alle 6,4 Meter in die Beton-Tunnelverkleidung gebohrt werden, um die Schieneninfrastruktur zu sichern. Sie werden für Haltebügel für die Notfall-Fluchtwege, Kabelmanagementsysteme, Feuerlöschleitungen und ein 25 kV-Freileitungssystem, das die Crossrail-Züge antreibt benötigt.
In früheren Tunnelprojekten wurde diese Aufgabe manuell durchgeführt. Es wurden Vermesser eingesetzt um jede Position physisch zu markieren. Die Löcher wurden dann von anderen Arbeitern von Hand gebohrt. Für den 42 km langen Tunnel bei diesem Projekt, hätte dies 2 bis 3 Jahre in Anspruch genommen (abhängig von der Anzahl der Bauarbeiter).
Die Vibrationen und Geräusche vom Bohren von 250.000 Löchern hätten die Gesundheit der Arbeiter gefährden können. Auch bei geeigneter persönlicher Schutzausrüstun kann die Handarmschwingung über einen längeren Zeitraum gesundheitsschädlich sein. Abgesehen davon, dass sie ein bekannter Faktor für Karpaltunnelsyndrom und andere ergonomisch bedingte Verletzungen ist, kann die Handarmschwingung zu direkten Verletzungen der Finger und der Hand führen, wobei das Gefühl, die Geschicklichkeit und das Greifen beeinträchtigt werden können. Aus diesen Gründen war eine Lösung erforderlich, die den Bohrvorgang beschleunigt und das Wohlergehen der Arbeiter zu verbessert.
Lösung
Bereitstellung einer neuen Lösung, um den Zeitplan von Crossrail zu erfüllen
ATC (ein Joint Venture bestehend aus Alstom, TSO und Costain) wurde beauftragt, zwei brandneue, hochmoderne Präzisions-Borhrautomaten einzusetzen. Die Crossrail-Bohranlagen wurden von der Rowa Tunneling Logistics in der Schweiz gefertigt und bis November 2015 fertig gestellt.
Für das mechatronische System, das elektrische und hydraulische Komponenten sowie die komplette Software und Benutzeroberfläche integriert, arbeitete ATP Hydraulik mit Eaton zusammen. So musste ATP mit nur einem Hauptlieferanten kooperieren und konnte eine kurze Entwicklungszeit gewährleisten.
Zu den elektrischen Komponenten gehörten Eatons SmartWire-DT-Schütze und Sicherungen für die Bohrmaschinen und Pumpen für das Staubunterdrückungssystem, das über ein Profinet/SmartWire-DT-Gateway gesteuert wird. Die intelligente Verdrahtungs- und Kommunikationstechnik von SmartWire-DT vereint komplexe Steuerungsverdrahtungen mit einem einzigen Kabel, das an ein Standardnetz angeschlossen werden kann.
Eatons Heavy Duty Serie von Axialkolbenpumpen versorgt die Hydrauliksysteme mit Hydrauliköl, die sowohl die Arme und die 36 Bohrer steuern, als auch die Eaton Proportional-, Patronen- und Wegeventile sowie die Rohrverschraubungen.
Die erste Phase bestand darin, einen 3D-Scan entlang des Tunnels durchzuführen, der Messungen in kleinen Schritten vornahm. Diese Daten wurden in ein Computerprogramm eingespeist und mit Segmentvorlagen für die Bohrpositionen überlagert. Alle 6,4 Meter werden die Bohranlagen automatisch über Laser positioniert. Sie erhalten die Bohrdaten über einen USB-Stick. Alle Löcher werden gleichzeitig, vollautomatisch und auf ± 2 mm genau gebohrt.
Ergebnisse
Eine elegante Lösung für ein komplexes Problem
"Der mechatronische Ansatz, der Eatons hydraulische und elektrische Komponenten umfasst, hatte in Rekordzeit eine fantastische technische Errungenschaft zur Folge - der Bohrautmat, der als Roboter verstanden werden kann, ist der erste seiner Art", sagt Michael Fabianek, CTO, ATP Hydraulik AG. „Durch die Integration von Eatons intelligenter Verdrahtungs- und Kommunikationstechnologie rechnen wir mit einer Zeitersparnis von 80 Arbeitsstunden, um die beiden Schaltschränke für die beiden Bohrfahrzeuge zu bauen." Die Einsparung wurde durch die Reduzierung der Verdrahtungszeit sowie der Zeit für die E/A-Prüfung und die Inbetriebnahme erreicht.
ATP benötigte für die Realisierung des Projekts bis zu dessen Abnahmeprüfung vier Monate. Nach umfangreichen Regulierungs- und Sicherheitsprüfungen und einer Abnhameprüfung in der Schweiz, wurde die Inbetriebnahme in Großbritannien mit realen, modifizierten Daten abgeschlossen. Die eigentlichen Arbeiten am Tunnel begannen im April 2016. Es wird davon ausgegangen, dass diese Art der Bohranlage auch für zukünftige Tunnelprogramme verwendet wird.
Hintergrund
Crossrail, Europas größtes Bauprojekt, wird den Schienenverkehr in London und im Südosten Englands verändern, die Schienenkapazität im Zentrum Londons um 10% steigern und die Reisezeiten durch die Stadt verkürzen. Derzeit sind fast 20 km Gleis auf der sogenannte Elizabeth-Linie verlegt worden. Die Gesamtfinanzierung zur Umsetzung des Crossrail-Projekts umfasst £ 14,8 Mrd. (ca. 18 Mrd. €). Das Ziel von Crossrail ist es, zusätzliche 1,5 Millionen Menschen in 45 Minuten in die Londoner Innenstadt zu bringen und Londons wichtigste Beschäftigungs-, Freizeit- und Geschäftsbezirke zu verbinden - Flughafen Heathrow, West End, die Innenstadt, Docklands - um so eine weitere wirtschaftliche Entwicklung zu ermöglichen. Die ersten Crossrail-Dienste durch das Zentrum von London starten Ende 2018 mit schätzungsweise 200 Millionen Passagieren jährlich.
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