Tunnelbohrmaschine: Kabelausfälle vermeiden durch kabellose Datenübertragung bei rotierenden und bewegten Komponenten

Tunnelbohrmaschinen gehören zu den größten und komplexesten mobilen Produktionsanlagen weltweit. Sie übernehmen beim Bau von Straßen- und Eisenbahntunneln sämtliche Prozessschritte – vom eigentlichen Bohrvorgang über den Abtransport des Abraums bis hin zur Montage der Tunnelwände. Moderne Maschinen erreichen dabei Längen von über 200 Metern und Durchmesser von bis zu 18 Metern.

Eine zentrale Rolle spielt dabei das rotierende Schneidrad am Bohrkopf. Dort erfassen Sensoren wichtige Betriebsdaten wie Drehgeschwindigkeit, Druck-, Temperatur- oder Materialwerte, die für einen sicheren und präzisen Tunnelbau kontinuierlich an die Steuerung übertragen werden müssen.

Für ein aktuelles Tunnelprojekt setzte der chinesische Hersteller CREG (China Railway Engineering Equipment Group) auf eine drahtlose PROFINET-Kommunikation mit DATAEAGLE Funksystemen.

Die Datenübertragung vom rotierenden Schneidrad zur stationären Steuerung stellt hohe technische Anforderungen.

Zum einen bewegen sich die Komponenten permanent gegeneinander, wodurch klassische Kabelverbindungen oder Schleifringe nur eingeschränkt geeignet sind. Zum anderen herrschen im Bohrkopf extrem beengte Platzverhältnisse sowie ein stark metallisches Umfeld, das die Funkkommunikation zusätzlich erschwert.

Gleichzeitig ist eine zuverlässige Übertragung der Sensordaten essenziell, da diese Informationen direkten Einfluss auf die Steuerung und den sicheren Betrieb der Tunnelbohrmaschine haben.

Zur Umsetzung der drahtlosen Kommunikation wurden DATAEAGLE Funkmodule der 4000 Serie eingesetzt, die speziell für die Übertragung von Wireless PROFINET und PROFIsafe entwickelt wurden.

Die Slaves wurden direkt am rotierenden Schneidrad installiert, während sich die zugehörigen Master im stationären Bereich des Drehkopfes befinden. Von dort werden die Daten kabelgebunden an die zentrale Steuerung weitergegeben.

Zum Einsatz kamen DATAEAGLE Module vom Typ DE 4713 und DE 4715 für Mehrpunkt- und Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Die Kommunikation erfolgt über Bluetooth mit Frequenz-Hopping, wodurch selbst in der stark metallischen Umgebung eine stabile und störsichere Datenübertragung gewährleistet wird.

Zusätzlich sorgt die patentierte Datenvorverarbeitung der DATAEAGLE Systeme dafür, dass mögliche Funkunterbrechungen keine Busfehler verursachen und die hohe Verfügbarkeit der Kommunikation erhalten bleibt.

• DATAEAGLE 4000
• PROFINET

Die eingesetzten DATAEAGLE Funkstrecken haben sich auch unter den anspruchsvollen Bedingungen einer Tunnelbohrmaschine zuverlässig bewährt. Trotz beengter Einbausituation und rotierender Komponenten konnten die Sensordaten stabil und störungsfrei übertragen werden.

Die erfolgreiche Integration der Wireless-PROFINET-Lösung zeigt, dass industrielle Funktechnik selbst in hochkomplexen und sicherheitskritischen Anwendungen eine leistungsfähige Alternative zu klassischen Kabelverbindungen darstellt.

Yong Liu von Shanghai Hysea Industrial Communications Ltd fasst die Ergebnisse wie folgt zusammen:

„Wir haben die Funktion von DATAEAGLE an PROFINET in der TBM vor deren endgültigem Einsatz intensiv getestet, mit sehr gutem Erfolg: Die Sensordaten der drehenden Maschinenteile wurden auch in diesem beengten Umfeld zuverlässig erfasst und von PROFINET ebenso zuverlässig an die Steuerung übertragen“. “