Präzise Wegmessung an Schubzylinder in Tunnelvortriebsmaschinen

Tunnelvortriebsmaschinen (TVM) sind hochkomplexe, vollautomatisierte Anlagen, die sich mit enormer Präzision durch Erdreich und Gestein arbeiten, um Verkehrs- und Versorgungsröhren für Straßen, Bahnen, Wasserleitungen oder Stromtrassen zu schaffen. Der Bau eines Tunnels erfolgt dabei schrittweise: Die Maschine stützt sich über massive Hydraulikzylinder gegen bereits eingebaute Tübbingringe ab und drückt sich nach vorn, während gleichzeitig das Bohrwerkzeug an der Ortsbrust Material abträgt. Tübbinge sind vorgefertigte Bauteile, welche die Außenschale eines Tunnels bilden und millimetergenau gefertigt werden müssen. Die Kontrolle des Schubvorgangs bei den TVM ist entscheidend, da selbst kleinste Abweichungen im Millimeterbereich über hunderte Meter hinweg erhebliche Auswirkungen auf die Tunnelgeometrie haben können.

Besonders in Ländern mit ausgeprägter Infrastrukturentwicklung wie China, das über mehr als die Hälfte der weltweit eingesetzten Tunnelvortriebsmaschinen verfügt, spielt diese Technologie eine Schlüsselrolle. Schätzungen zufolge sind derzeit über 3000 Tunnelbohrmaschinen weltweit im Einsatz, von denen viele im Verkehrs- und Energiesektor eingesetzt werden. Tunnel sind essenziell für die globale Wirtschaft, da sie Transportwege verkürzen, Lieferketten sichern und städtische Infrastrukturen entlasten. Ohne präzise Messtechnik in den Schubsystemen wäre der heutige hochautomatisierte Tunnelbau in dieser Dimension und Genauigkeit kaum realisierbar.

Daher spielt Im Tunnelbau die präzise Erfassung der Zylinderbewegung bei Tunnelvortriebsmaschinen eine zentrale Rolle, da der Vorschub der Tunnelvortriebsmaschine über hydraulische Schubzylinder erfolgt. Deren exakter Hubweg muss kontinuierlich überwacht werden, um den Vortrieb gleichmäßig zu steuern, Belastungen zu kontrollieren und Abweichungen im Verlauf frühzeitig zu erkennen. Für diese Aufgabe ist der Seilzugsensor GX200 von WayCon Positionsmesstechnik GmbH besonders geeignet, da er eine robuste Konstruktion mit hoher Messgenauigkeit und industrieller Schnittstellenvielfalt kombiniert.

Der GX200 arbeitet nach dem Prinzip der linearen Wegerfassung. Ein Edelstahlseil wird bei Bewegung des Schubzylinders aus dem Gehäuse gezogen, die Linearbewegung wird über ein internes Messsystem erfasst und in ein analoges oder digitales Positionssignal umgewandelt. Durch seine robuste Bauweise lässt sich der Sensor direkt am Hydraulikzylinder oder in dessen Nähe montieren. Das Seilende wird am beweglichen Teil des Zylinders befestigt, während das Gehäuse fest angebracht ist. So wird jeder Hubvorgang präzise und proportional erfasst. Des Weiteren ermöglichen Umlenkmechanismen eine flexible Integration auch bei begrenztem Bauraum und sichern eine kontinuierliche Seilführung.

Distanz-Messungen bis zu zwölf Metern bei Linearitätsabweichungen von maximal 0,1 Prozent sind für den Seilzugsensor GX200 standardmäßig umsetzbar. Damit lassen sich auch kleinste Bewegungen im Millimeterbereich reproduzierbar detektieren. Die hohe Dynamik mit geringen Reaktionszeiten bei eingesetzter analog Technik erlaubt eine exakte Erfassung schneller Vorschubbewegungen. Besonders vorteilhaft ist die hohe mechanische Belastbarkeit des Sensors. Gehäuse und Seilführung sind für raue Einsatzbedingungen ausgelegt und erreichen Schutzarten bis IP69K. Der GX200 ist für Heavy Duty Anwendungen, wie sie beim Tunnelvortrieb durch Gesteinsabrieb entstehen, konzipiert und besonders Stoß- und Vibrationsfest.

Der Seilzugsensor GX200 steht mit unterschiedlichen Ausgangssignalen für die Positionsmessung zur Verfügung, darunter Potentiometerausgang, Spannungs- und Stromausgang sowie digitale Schnittstelle CANopen. Die digitale Variante bietet eine Auflösung bis 16 Bit bei einer Messrate von 1 Kilohertz, was die Integration in moderne Steuerungssysteme erleichtert und Störanfälligkeit reduziert. Optional lassen sich, sowohl bei der analogen wie auch der digitalen Variante, redundante Ausgangssignale realisieren, um die Messsicherheit in sicherheitskritischen Anwendungen zu erhöhen.

Der Einsatz im Tunnelumfeld stellt hohe Anforderungen an Material und Messstabilität. Staub, Feuchtigkeit, Schmutz und Temperaturschwankungen wirken direkt auf die Sensorik. Der GX200 ist für Betriebstemperaturen von minus 40 bis plus 85 Grad Celsius ausgelegt und weist einen geringen Temperaturkoeffizienten auf, was thermische Einflüsse auf die Messgenauigkeit minimiert. Das Edelstahlseil ist korrosionsbeständig und kann bei sachgerechter Führung eine hohe Langlebigkeit erreichen. Eine regelmäßige Wartung der Seilführung und Kontrolle auf Abrieb sichert die Langzeitstabilität der Messung.

Für die Schubzylinderwegmessung in Tunnelvortriebsmaschinen verbindet der Seilzugsensor GX200 somit hohe Präzision mit mechanischer Widerstandsfähigkeit. Seine Flexibilität bei Montage und Signalverarbeitung macht ihn zu einer zuverlässigen Lösung für die anspruchsvollen Bedingungen im Tunnelbau. Durch die Kombination aus kompakter Bauweise, robuster Mechanik und präziser Wegerfassung trägt der Sensor wesentlich zur Prozesssicherheit und Effizienz moderner Tunnelvortriebsanlagen bei.

Technische Daten zum Seilzugsensor GX200 finden Sie im Datenblatt GX200.
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