Positionserfassung für die Schaufelradbagger-Inspektion
Drahtseilakt am Bagger
Schaufelradbagger in den RWE-Power-Tagebauen gehören bekannterweise zu den größten mobilen Maschinen der Welt. Diese Großgeräte können 13500t schwer, 96m hoch und 240m lang sein. Absolute Multiturn-Drehgeber ermöglichen es, die in einer vorangegangenen Seilinspektion erkannten Schadstellen genau anzufahren.
Das Schaufelrad steht mit seinem 70m langen Ausleger in Gleichgewicht mit einem auf der Gegenseite angebrachten Ballastausleger. Beide Ausleger sind über zwei Pylone mit einem aus zwei Stahlseilen bestehenden, jeweils 16-fach eingescherten Seilwindensystem verbunden. Die beiden, je nach Gerät, bis zu 75mm starken Stahlseile werden vom Festpunkt aus, über mehrere in den Pylonen befindlichen Seilscheiben, zu jeweils einer Seiltrommel auf den Ballastausleger umgelenkt, von der aus das Seilwindensystem zur Verstellung des Schaufelradauslegers angetrieben wird. Die Seile der Hubwindensysteme können bis zu 1.100m lang sein. Werden die beiden Stahlseile auf der Hubwindentrommel aufgewickelt, verringert sich nach dem Flaschenzugprinzip der Abstand zwischen den Pylonen, so dass der Schaufelradausleger angehoben wird. Da Schäden an den Stahlseilen dieser Windensysteme direkten Einfluss auf die Standsicherheit der Geräte haben, ist das Hubwindensystem redundant (‚Echte Zweiseilaufhängung‘) aufgebaut, in der, bei Ausfall eines Seilsystems, das zweite Seil in der Lage ist, den Schaufelradausleger, ohne Verwindung der Pylone, mit dreifacher Sicherheit zu halten. Auf Grund der besonderen Bedeutung der Hubwindenseile für die Standsicherheit der Geräte ist es wichtig, die Seile regelmäßig auf Beschädigungen hin zu prüfen. Da die unterarmdicken Seile aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehen (je nach Seil bis zu 379 Stück) unterliegen diese, durch die ständigen Biegewechsel und Flächenpressung beim Überrollen der Seilscheiben, einem starken inneren und äußeren Verschleiß.
Inspektion der Hubwindenseile
Verschleiß und Beschädigungen an den Außendrähten der Seile sind visuell gut erkennbar, die inneren Defekte jedoch von außen nicht einsehbar. Um frühzeitig innere Beschädigungen zu erkennen, wendet man ein magnetisch-induktives Messverfahren an, bei dem die inneren Fehler in Bezug zur Seillänge aufgezeigt werden. Findet man schadhafte Stellen, bedingt das jedoch nicht die Ablegereife der Hubwindenseile. Die erfassten Drahtbrüche werden von der Anzahl in Bezug zum 6-fachen, bzw. 30-fachen des Seildurchmessers bewertet. Neben den Drahtbrüchen spielen der Querschnittsverlust sowie die Durchmesserminderung eine entscheidende Rolle für die Bewertung der Ablegereife eines Hubwindenseils. Die Stahlseile werden regelmäßigen durch ein Spezialteam der RWE-Power inspiziert. Bei den Kontrollen ist es wichtig, die Position bereits bekannter Bruchstellen präzise anfahren zu können. Eine einfache optische Markierung z.B. mittels Farbe kann auf Grund der Seilschmierung nicht dauerhaft aufgebracht werden. Die Schadstellen müssen über das Auf- bzw. Abwickeln des Seils auf der Winde erfasst werden. Eine solche Positionserfassung ist durch einen absoluten Multiturn-Drehgeber und ein elektronisches Anzeigegerät gut durchführbar.
Positionserfassung
Der Drehgeber vom Typ TRE58 ist mit dem elektronischen Anzeigegerät PAS96B verbunden, das über ein zwölfstelliges Display mit gut lesbaren 10mm hohen Zeichen verfügt. Eine Parametrierung und Skalierung ist über die frontseitige Tastatur möglich. Die gesetzten Parameter werden in einem E^2-Prom permanent gespeichert. Zusammen mit dem Drehgeber bildet die Positionsanzeige ein elektronisches Mess- und Anzeigesystem. Die Positionsdaten werden mittels SSI-Schnittstelle im Gray-Code übertragen. Das vom Sensor gelieferte Positionsdatum im Gray-Code wird im Anzeiger in BCD-Code gewandelt und in der Anzeigen-Dotmatrix dargestellt. Über einen zweiten Anschluss (RS232) an der Anzeige können die Daten alternativ an den Diagnoserechner des Seilprüfteams gesendet werden. Die wichtigste Eigenschaft des Drehgebers ist, dass er ein absolut erfassendes System ist, also autark. Im spannungslosen Zustand wird so die Position des Seiles weiterhin erfasst. Möglich ist dies durch eine interne Hallsensorik. Die auf der Geberwelle und über ein kleines Getriebe angetriebenen Magnete steuern die Hallsensoren kontaktlos an. Da die Elektronik mechanisch getrennt von der Welle und dem sog. Multiturngetriebe aufgebaut ist, kann sie vergossen werden, wodurch man die Schutzart IP69K erreicht. Aufgrund dieses Aufbaus spricht man auch von einem Zweikammersystem. Der Geber kann an der Hubwinde permanent montiert bleiben und läuft auch im nicht elektrisch angeschlossenen Zustand mit. Durch den Messbereich von 4.096 Windenumdrehungen bei einer Auflösung von 4.096 Positionen kommt man auf 16.777.216 absolute Positionswerte. Bei einem Trommeldurchmesser der Winde von ca.2,5m ergibt dies einen Messpunktabstand von 2mm. Soll nun eine Seilprüfung durchgeführt werden, verbindet man die zur Zeit noch mobile Anzeige mit dem TRE und versorgt das System mit Spannung. Die aktuelle Seilposition ist sofort ablesbar und über die zweite Schnittstelle auswertbar. Durch das Verfahren der Winde kann so die in einer vorangegangenen Seilinspektion erkannten Schadstellen wieder angefahren bzw. gefunden werden. Muss das Seil gewechselt werden, ist das aufgrund der symmetrisch aufgebauten Zweiseilaufhängung gut realisierbar. Während das eine Seil herausgezogen wird hält das zweite Seil die Lasten. Nach ca. sechs Jahren ist die Aufliegezeit des Hubwindenseils erreicht, so dass es gewechselt werden muss. Durch die permanente Wartung und Modernisierung der bis zu 58 Jahre alten Schaufelradbagger, genügen diese immer noch den höchsten Anforderung an Sicherheit und Technik.
