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1. u2240224002000 RnB nennen 78 Gleichlaufsteuerung Weinhardt 2010 Seite 54 706 79 Hroportonahventlverst rkermodul 80 V Abbildung 45 Auszug Hydraulikschema FVM Fahrantrieb Haupterektor 80 Abbildung 46 Softwareeinstellung am Auswertmoch Rennen 82 Abbildung 47 Federvorgespanntes Platten Messsystem 83 Abbildung 48 Abstandsmessung mittels Induktivsensoren ernennen 83 Abbildung 49 Anpressr der Unebenheiten im Gew lbe en 85 ADDIIGUNG 50 Ee elen EE 85 Abbildung 51 Hardware undNetzwerkkontguraton nennen 88 Abbildung 52 Auszug aus DB 201 und 26 89 Abbildung 53 parametrierte Variable fur die Abstandsmessung der Winkelzylinder Del lat EE 90 Abbildung 54 parametrierte Variable fur die Abstandsmessung der Winkelzylinder EE 90 Abbildung 55 Analogwerte Aufzeichnen Bsp Anhand DB61 und FB61 91 ADBIAUNG SB e e dn 9 Abbildung 57 Axialkolbenpumpe EE 104 Abbildung 58 Erw rmungs und Abkuhlungsverlauf einer hydr Anlage 106 Abbildung 59 Bestandteile Asynchronmotors mit Kurzschlussl ufer 107 Abbildung 60 Betriebsverhalten Asynchronmotor im Zeigerdiagramm 108 Abbildung 612 Sahllanlasser E 108 Abbildung 62 St
2. gy jsnbny OVLSAVG My ew ein elo EE ejjeJsneg jne Bunuejdsjeuoyy A 115 Anlagen Teil 4 Selbststandigkeitserklarung Hiermit erkl re ich dass ich die vorliegende Arbeit selbstst ndig und nur unter Verwen dung der angegebenen Literatur und Hilfsmittel angefertigt habe Stellen die w rtlich oder sinngem aus Quellen entnommen wurden sind als solche kenntlich gemacht Diese Arbeit wurde in gleicher oder hnlicher Form noch keiner anderen Pr fungsbeh rde vorgelegt Niagara Falls den 10 07 2012 a a r ei e O Fi 2 F Ba Ze a ef j d eg d emm ab i F a Pr pr a ae ER Ge er Ba eng Mh CLEA CALF Klaus Weinhardt Selbstst ndigkeitserkl rung
3. 5 235 751 Bremse 325Nm Abbildung 42 Folienabrollmotor mit Mooring Prinzip 78 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 7 Anpassen der Messsysteme 4 7 1 Gleichlaufsteuerung Wie schon beschrieben sind an den Fahrmotoren der Erektoren Absolutwertgeber in stalliert und diese sind in das Steuerungssystem einzupflegen Mittels dieser Geber wird die Gleichlaufsteuerung realisiert Ein Grund warum die Gleichlaufsteuerung nicht implementiert war ist weil einmal ein Bin re codierter Sensor und einmal ein Gray codierter Sensor verwendet wurde Doch das Auswertemodul ben tigt zwei gleiche Sensoren Zudem wurden die falschen Bits f r das SSI Datenprotokoll der Drehgeber eingegeben und die Drehrichtungen konnten nicht an den Sensoren abgeglichen werden Au erdem wurde durch eine Relaisschaltung der Eingang zum Nullsetzen der Sensoren des fte ren durch das Programm angesteuert Die Gleichlaufsteuerung ist ein Zusammenspiel von Elektronik und Hydraulik Aufbau des Steuer und Regelsystems Jeder Erektor besitzt an der vorderen und der hinteren Seite der Maschine jeweils einem Fahrmotor und Absolutwertgeber Das Gleichlaufsteuerungssystem besteht in diesem Fall pro Erektor aus Auswertemodul Abb 43 Pos 1 2 Absolutwertdrehgeber Abb 43 Pos 2 2 Fahrmotoren Abb 45 Pos 2 1 Steuerventil Abb 45 Pos 1 1 Gleichlaufregelungsventil Abb 44 45 Pos 1 3 1 Proportionalventilverst rkun
4. Ethernet Schnittstelle an das Netzwerk anzu schlie en Da der Abdichtungszug auf dem die Maschine montiert ist sich st ndig be wegt ist eine feste Netzwerkverkabelung nicht m glich und der Zugang zum Ethernet ist ber eine kabellose Netzwerkverbindung herzustellen Alle Kommunikationssysteme sind ber die Hardware und die Netzkonfiguration defi niert 3 10 1 4 Programmierung der FVM Die Programmierung der Maschine erfolgt in der SPS ber die Programmiersprache Anweisungsliste AWL Um das neue Steuerungskonzept umzusetzen ist das schon vorhanden Programm zu erg nzen und komplett zu berpr fen Alle programmierten Schritte werden in der Zentralbaugruppe Master gespeichert und zyklisch abgearbeitet die Peripheriebaugruppen Slave haben enthalten im Grunde genommen kein Programm sondern lediglich werden die Hardwarekonfigurationen ge speichert Die Software setzt sich im Grunde genommen aus Operationsbausteinen OBs Funk tionsbausteinen FBs Funktionen FCs und Datenbausteinen DBs Datentyp UDTs zu sammen Jeder der genannten Bausteine hat seine Bestimmung im Programm und erhalt dadurch auch seine Priorit t und Wichtigkeit im Programmablauf Hauptprogramm Das Hauptprogramm ist das zyklisch bearbeitete Anwenderprogramm es ist die nor male Programmierbearbeitung bei speicherprogrammierbaren Steuerungen Berger 2009 Seite 290 Das Hauptprogramm ist die eigentliche Intelligenz de
5. R der sich am besten f r diese Aufgabe eignen Theoretisch ist ein sehr hartes Material ein guter bertr ger der Schwingung bzw Vibration Doch hat ein sehr hartes Material den Nachteil dass unter einem hohen Anpressdruck sich das Tr gheitsmoment wieder er h ht Um die R ttler direkt an der Achse ohne Durchdringungen anderer Bauteile mon tieren zu k nnen wurde durch die in Abb 28 dargestellte Konstruktion entwickelt Abbildung 28 neue Radaufnahme Legende Abb 44 Pos 1 Aufnahme Pos 2 Gummibuchse Pos 3 R ttleraufnahme Pos 4 Radachse Pos 5 Radaufnahme und Lager Pos 6 Go Cart Rad Abbildung 29 neue Anpressr der Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 67 Der Anpressdruck der Rader wird ber die Anpresszylinder gesteuert Jede Pendelach se hat einen Anpresszylinder das bedeutet der Anpressdruck am Zylinder entspricht der halben Kraft welche an einem Rad aufliegt Der Hersteller der Kletten testet die Hal tekraft der Klette indem eine Kraft von etwa 700 N auf eine Folie gedruckt wird unter welcher sich eine Klette befindet Dieser Vorgang kann jedoch mit der FVM nicht reali siert werden Durch das Andrucken pro Rad mit 700 N w re in Summe bei 32 R dern pro Seite eine Kraft von knapp 22 400 N notwendig welche auf die Erektoraufnahme dr cken wurde Darauf ist die FVM mechanisch wie steuerungstechnisch nicht ausgelegt und die FVM w rde sich in k rzester Zeit bei diesen hohen Anpresskrafteinstellungen zer
6. 4 2 3 Verschmutzung Das L ftungssystem im Tunnel ist so aufgebaut dass Frischluft am weitest vorange schrittenen Punkt eingeblasen wird und sich die Luft mit einer Geschwindigkeit von ca 1 8 km h Richtung Anfang des Tunnels bewegt Der Verschmutzungsgrad der Maschine ist durch den voranschreitenden Prozess sehr hoch Die Maschine selbst erzeugt wer den Staub noch Abgase Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 63 Durch die starke Verschmutzung ist die Maschine einmal pro Woche zu reinigen Fur die Kettenschmierung ist ein Schmutz absorbierendes Schmiermittel zu verwenden S mtli che Schmierpunkte sind alle zwei Tage abzuschmieren die Luftfilter der Kompressoren t glich zu pr fen und ggf zu reinigen 4 3 Anwenderspezifikationen Durch die Inspektion wurde der Zustand der Maschine identifiziert Die Umweltbedin gungen wurden erforscht und durch die Ab nderung des L ftungs und Heizsystems ideale Temperatur und Feuchtigkeitsbedingungen f r die Komponenten hergestellt Nun soll dargestellt werden welche Spezifikationen die Maschine erf llen muss 1 64 Umweltbedingungen Werden durch den Punkt 4 2 dargestellt und die fur die elektrischen Betriebsmit tel durch die Angaben unter 3 2 vorgegeben Zu verrichtende Arbeit und zu verwendendes Material Die genauen Spezifikationen der Folie und die Art der Verlegung sind der Einlei tung zu entnehmen Die Maschine wird darf nur in einer 12 Stunden Tagschicht von 06 00 Uhr bis 1
7. Dauerfestigkeit nach SIA280 27 N mm Rei dehnung gt 200 Bestehend aus 0 6mm 0 2 PE VLD Signalschicht 0 1 0 4mm PE elektrische Leitf hig keit Karbon Additiv 2 0mm PEVLD Grundbahn 0 4mm elektrisch Leitf higes Geotextil Vliesschicht siehe Abbildung 8 Einleitung 11 Iunnelbahn n mogener Hand 1 H Y CN u D Vliesschicht fur Klettsystem Abbildung 8 Aufbau der Membrane 1 2009 Um die Dichtungsbahnen am Gew lbe zu installieren wird zuerst eine Vliesschicht an der Spritzbetonwand angebracht Anschlie end werden die Klettprofile siehe Abb 9 an die Wand montiert Die Kletten dienen zur Aufnahme der auf der R ckseite mit Vlies kaschier ten Folie Das Klettsystem funktioniert wie bei jedem handels blichen Klettverschluss Die Vliesschicht Abb 8 fungiert bei der Membrane als der anzudr ckende Teil des Klettver schlusses welcher wie eine amorphe Molek lverbindung von Kunstoffen verwebt ist Das Klett hat viele kleine Borsten welche am Ende mit einem kleinen Wiederhacken versehen ist und sich somit mit der verwebten Vliesstruktur beim Andr cken verhakt Die L nge der Borsten ist ausschlaggebend f r den Kletteffekt Ist die Anpresskraft zu hoch und die Borsten zu lang werden die Borsten geknickt und die Verbindung zwischen Klett und Vlies ist wesentlich geringer Abbildung 9 Klett 12 Einleitung Untergrundbeschaffenheit Die Untergrundbeschaffenheit bestimmt die AusfUhrung der Ma
8. Die Bedienung der Maschine ist ber vier Tastpaneele m glich Die Lampensteuerung der Tasten entspricht nicht den Funktionen Es sind immer mehrere Tasten f r die Be dienung der Maschine zu bet tigen Ohne die notwendige Signalisierung k nnen Funkti onen bedient werden die sich au erhalb des Sichtbereiches des Bedieners befinden Die Maschine ben tigt 4 Personen Steuerung und Regelung der Balken f r Anpressr der Das verbaute Messsystem f r die Abstandsmessung des Balkens welcher die Anpress r der tr gt ist funktioniert nicht richtig im Tunnel Diese Abstandsmessung erm glicht der Maschine die Profilunterschiede im Gew lbe zu messen und den Balken je nach Versatz auszurichten Die Ultraschallsensoren welche f r die Messung des Abstandes vorgesehen sind messen gegen Vlies und die Folie Zu dem Zeitpunkt an dem die Ma schine in Deutschland in Betrieb genommen wurde fand dieser Aspekt keine Beach tung Die schlechten Reflexionseigenschaften von Vlies sind f r eine Abstandsmessung auf Ultraschallbasis nicht geeignet Das System ist daher neu zu entwickeln 60 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Gleichlaufsteuerung Die Maschine ist mit Drehgebern ausgestattet welche eine Gleichlaufsteuerung fur das Verfahren der Erektoren ermoglichen Die Drehgeber sind einmal mit Binarcode und einmal mit Graycode ausgestattet was bedeutet dass die verwendete Auswerteelektro nik welche Graycode erwartet nicht fahig ist brauchbare Wer
9. gef hrte Ver nderungen der Position werden erkannt Der angewendete Drehgeber bei der FVM ist ein Resolver mit der Funktion Multiturn und hat ein elektronisches Getriebe siehe Abb 24 Um auch nderungen der Position im stromlosen Zustand zu erkennen ist der Drehgeber mit einer Batterie ausgestattet 19 Jahre Laufzeit F r die Codierung von Absolutwertgebern wird neben dem Bin rcode auch h ufig Graycode verwendet Definition siehe Anlage Teil 3 Verarbeitung der Messwerte Wie schon beschrieben sind an jedem Erektor jeweils an den vorderen und hinteren Hydraulikmotoren Absolutwertgeber installiert Die Sensoren sind durch einen speziellen Adapter an den Motoren angeflanscht Die Messwerte der Drehgeber werden mittels einer SSI Schnittstelle von einem Gleichlaufsteuerungsmodul ausgewertet und verarbei tet Jeder Erektor hat ein Gleichlaufsteuerungsmodul Das Auswertemodul wird mit 24 VDC versorgt und von der SPS Steuerung ber Digitale Ein und Ausg nge beschaltet und berwacht Das SSI Datenprotokoll bei Absolutwertgebern ist mit 25 Bit standardisiert falls nicht sollte dies vom Hersteller angegeben sein Heidenhain 2012 SSI Synchronous Serial Interface Synchron serielle Schnittstelle Berechnen der Inkremente pro mm am Sensor Um die Sensoren richtig zu verwenden sind jene richtig auszulegen F r die Anwen dung an der FVM ist der Verfahrweg des Ritzels pro Umdrehung des Getriebes zu be stimmen S
10. 2 Drucksensor 4 20 mA 0 60 bar fur Messung des Luftdrucks im Reifen und des Ruttlers Pos 3 Drucksensor 4 20 mA 0 250 bar fur Messung des Hydraulikdruckes Abbildung 31 Sensoren fur Vibrationsmessung 1 Vibrationsmessung 1 Messung der G Kr fte am R ttler Luftdruck vom Rad Luftdruck am Ruttler Hydrau likdruck der Anpresszylinder Abbildung 32 Vibrationsmessung 1 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 69 Der R ttler erf hrt bei einem Luftdruck von 6 bar einer Masse von 1 040 Gramm ei ner Frequenz von 66 6 Hz und einer Fliehkraft von 1 080 N theoretisch eine G Belastung von etwa 105 G Mit diesem theoretischen Wert und der Messung am R ttler kann auf die Masse zur ckgerechnet werden welche der Vibrator theoretisch zum Schwingen bringen muss Das Ergebnis der Messung bei einem hydraulischen Anpressdruck von 430 N am Rad hat 4 1 G ergeben dies bedeutet dass eine Mas se von etwa 24 5 kg zum Schwingen gebracht wird Messgraph Abbildung 33 Messgraph f r G Messung am Ruttler 2 Messung Bei der zweiten Messung wurde der Sensor am Reifen montiert durch die Mon tage mittels Tape ist die Messung nicht mehr realistisch f r absolute Werte zu gebrauchen aber die Messung kann nach wie vor als Referenz f r die Einstel lungen dienen Abbildung 34 Beschleunigungssensor am Rei fen 70 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Durch diese Messung konnte beobachtet werden dass bei einem Anpressdruck von
11. Abbildung 2 Blocknummern auf den Tunnel verteilt 5 Abbildung Ansicht der Br cke fur die Bearbeitung der Sohle 5 Abbildung 4 Follenverlegung e s en ad i a lee ee do 6 Abbildung 5 Ausbruch nach der TBM nenne nenn nen enenn 8 Abbildung 6 FVM im Stra enbau Abbildung 7 FVM im Agorarbau 10 Abbildung 8 Aufbau der Membrane 1 20001 12 ele Vente SE 12 Abbildung 10 Darstellung Toleranzen im Gewolbe nenn nennen 13 ADDIIGUNG 1 ADGIGMIUMNOS ZUG nee in 14 Abbildung 12 bersicht FVM mit Logik 15 Abbildung 13 Grundaufbau FYM Bild 1 ae 16 Abbildung 14 Temperatur und Luftfeuchtigkeit elektrische Betriebsmittel 28 Abbildung 15 Stabliniensystem Goldhahn 2010 32 Abbildung 16 FVM BAYSTAG 2010 34 Abbildung 17 Theoretisches Schwingungssystem Had nennen 35 Abbildung 18 Pumpensteuerung Bauer 2009 Seite 213 41 Abbildung 19 Arbeitsbereiche Betrieb Aevnchronmoior ern 42 Abbildung 20 Schutzmechanismus und Ausl sekennlinie Schutzschalter 44 Abbildung 21 Anlaufverhalten Asynchronmotor Weidauer 2011 Seite 81 44 IV Abbildungsverzeichnis Abbildung 22 Abbildung 23 Abbildung 24 Abbildung 25 Abbildun
12. File Folder File Folder File Folder Fl Foder File Foder File Foider File Folder Abbildung 26 Ordnerstruktur f r Projektdaten Jeder Mitarbeiter f r sich ist angehalten Arbeiten aufzunehmen und selbstst ndig seine Informationen zu ndern oder zu erg nzen Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 65 4 5 Mechanische Bauteile und Funktionen 4 5 1 Anpressrader und Ruttler Die an der Maschine verbauten Anpressrader sind fur den Verlegeprozess im Tunnel und die eingesetzte Folie nicht geeignet Die Rader sind viel zu schwer und mit einem zu harten Gummi beschichtet Die Rader sind auf einer Pendelachse montiert Die Ruttler sind in der Mitte der Pen delachse angebracht dies ist zu weit von der Achse der Rader entfernt Die Ruttler ha ben keine Wirkung mehr weil sie eine viel zu schwere Masse zum Schwingen bringen mussen Das System war erst gar nicht messtechnisch zu berpr fen da schon durch einfaches Handauflegen keine Vibrationen sp rbar sind Abbildung 27 Anpressr der mit hartem Gummi Deshalb musste ein System entwickelt werden welche eine Aufnahme der R ttler direkt an der Achse erlaubt und die R der m ssen an Gewicht verlieren 66 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Losung Um bessere Schwingungseigenschaften zu erzielen wurde nach einem Rad gesucht welches nicht zu weich ist und gute Schwingungseigenschaften hat Das Ergebnis aus zahlreichen Tests hat ergeben dass handels bliche Go Cart
13. Formel 1 Bewegungsgleichung fur das Beispiel in Abb 24 Fz m sr N Formel 2 Zentrifugalkraft Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 35 0 2 Formel 3 Winkelgeschwindigkeit w Uber den Hubweg des Kolbens wird der Radius r f r das System bestimmt az w r m s Formel 4 Zentrifugalbeschleunigung a Ist die Beschleunigung des Systems bekannt kann somit die Gravitationskraft am Sys tem Jsystemerrechnet werden eZ 2 Isystem _ m s H Formel 5 Gravitationskrafte am System g stem Aufgrund der Anpassung der R ttler muss auch die Kompressorleistung f r die Bereit stellung der Druckluft neu dimensioniert werden Berechnung Kompressorleistung P istr Die Berechnung eines Luftkompressor erfolgt in diesem Falle isentrop da keine W rme zu oder abgef hrt wird Bei Luft wird der Verdichtungsexponent mit 1 4 angegeben und die spezifische Gas konstante R mit 287 Nm kg p Vi meer ON Formel 6 Berechnung der Luftmassenstrom m Berties 2007 Seite 106 v S m s Formel 7 Str mungsgeschwindigkeit v 1 22 1 Ws P Formel 8 Raum nderungsarbeit istr Berties 2007 Seite 102 K iert p V Pi istr V W istr kW Formel 9 Leistung Luftkompressor P istr Berties 2007 Seite 103 36 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 3 Anpassung der hydraulischen Komponenten Die Hydraulik ist ein wesentlicher Bestand
14. In diesem Projekt werden Drucksensoren mit der 4 20 mA Ausg ngen verwendet Die ausgewertet Stromdifferenz wird mittels einer analogen SPS Baugruppe erfasst um die Messwerte anschlie end im Programm anzuwenden 3 9 1 4 F llstand und Temperaturmessung Um den F llstand und die Temperatur des Hydrauliktanks zu messen wird bei der FVM ein kombinierter Niveau Temperaturschalter verwendet Diese Messeinrichtung ist sehr einfach aufgebaut Der Niveauschalter ist lediglich ein Messingstab nicht magnetisch welcher einen durch Distanzscheiben einstellbaren Kunststoffschwimmer mit einem ein gebauten Magneten f hrt Gleitet der Schwimmer aufgrund geringen lstandes unter das eingestellte Niveau wird ein elektrischer Kontakt geschaltet Der integrierte Tempe raturschalter befindet sich am Ende des Niveaugebers und ist ein simples Bimetalblatt welches beim Erreichen der maximalen Temperatur ebenfalls einen Kontakt schaltet Die DIN 24346 fordert f r Hydrauliksysteme die elektrische berwachung des Niveaus 3 9 1 5 Messung der Betriebsspannung der Steuerung Die Spannung f r die Steuerungsmodule der Maschine wird durch drei 24 VDC Netzger te mit je 20 Ampere zur Verf gung gestellt Die berwachung der Steuerung ist sehr hilfreich bei der Fehlersuche Da an der Maschine noch Analogeing nge frei sind k nnen diese f r eine sehr g nstige L sung der Spannungsmessung genutzt werden Die vorhandenen Analogeing nge k nnen aber nur 0 10 VDC erfa
15. Sicherheitsstandards und Leistung sie verf gen Die zu inspizierenden Komponenten lassen sich in folgende Bereiche aufteilen e Mechanik e Hydraulik e Elektrotechnik e Steuerung 26 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 3 2 Einfluss der Umweltbedingungen Entscheidend fur die Auswahl und den Einsatz der an der Maschine zu verwendeten Komponenten sind die Umweltbedingungen bzw die physikalischen Umgebungs und Betriebsbedingungen Diese Bedingungen werden Gro teils durch nat rliche Einfl sse am Einsatzort der Maschine vorgegeben u ere Umwelteinfl sse werden aber eben falls durch automatisierte Be und Entl ftungsanalgen bereitgestellt oder wie im Falle der FVM beim NTFP durch nat rliche Vorkommnisse und den Einfluss anderer Maschinen vorgegeben Zu beachten sind e Lufttemperatur Luftfeuchtigkeit e Staubbelastung e Maschinen mit Einfluss auf Umweltbedingungen in unmittelbarer Umgebung Umwelteinfl sse sind ber l ngere Zeitr ume zu beobachten und auch w hrend des Einsatzes zu protokollieren Durch die nderungen der Umwelteinfl sse sind gegebe nenfalls Wartungsintervalle zu verk rzen Komponenten abzugleichen oder sogar Bau teile zu ersetzen Ein Ignorieren der Umwelteinfl sse kann von leichten Sch den der Maschine bis zum Totalausfall f hren Jeder Hersteller von Bauteilen gibt die Umweltbe dingungen an unter welchen seine Ger tschaften fehlerfrei funktionieren Lufttemperatur Bei der Dimensionie
16. gen geregelt Dies f hrte zu Problemen da der Filter des L fters st ndig verschmutzt war und durch die Heizung die Luft im Schrank zu warm wurde F r den Einsatz im Tun nel hat es sich bew hrt keine L fter oder Heizungen einzubauen sondern die Schalt schr nke dicht zu verschlie en und lediglich Trockens cke in die Schaltschr nke zu legen Wie man in der Abb 25 erkennen kann ist die Luftfeuchtigkeit bei Stillstand der Maschine bei max 70 und die Temperatur im Schaltschrank bei max 22 Celsius Wird die Maschine in Betrieb genommen erw rmt sich die Luft im Schaltschrank auf max 34 Celsius die Luftfeuchtigkeit nimmt stark ab und liegt bei etwa 35 Dies sind ideale Betriebsbedingungen f r elektrische Betriebsmittel 62 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Temperatur 0 40 C Es rT 1 xX 5 O 2 Se 2 Zeitachse 0 4 Tage Abbildung 25 Temperatur und Luftfeuchtigkeit Schaltschrank 4 2 2 Temperatur und Feuchtigkeit im Tunnel Die Temperaturen und die Luftfeuchtigkeit im Tunnel sind unerwartet sehr stabil durch das integrierte Luftungssystem im Tunnel sind diese Werte sehr konstant Die Luftfeuch tigkeit liegt konstant bei etwa 80 95 und die Temperatur bei etwa 19 24 C Die Tem peratur und im Tunnel wurde ber einen Zeitraum von einen halben Jahr ausgewertet bei AuBentemperaturen von 15 C bis 33 C
17. nden keine Sensoren aktiv schaltet sich das System erst gar nicht ein oder schaltet ab Die Sensoren haben im Programm alle eine virtuelle Zahl bekommen welche einen Abstand darstellen und simulieren dadurch eine Wegmessung wie analoge Messwerte von Ultraschallsensoren 84 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Abbildung 49 Anpressrader Unebenheiten im Gewolbe ESS CCS Sn ii 4 A Ah Ai BU Ai Ah D b a 49 4 49494949499 SEG Abbildung 50 Verlegbalken Legende zu Abb 50 Pos 1 Hydraulikmotor Vorne mit Absolutwertgeber Pos 2 Hydraulikmotor Hinten mit Absolutwertgeber Pos 3 Winkelzylinder Vorne Pos 4 Winkelzylinder Hinten Pos 5 Luftrader Pos 6 Verlegebalken starre Verbindung mit dem Antrieb Pos 7 Verlegbalken verstellbar durch Pos 3 und 4 Pos 8 Anpresszylinder Pos 9 Anpresszylinder mit Induktivsensoren Vorne Pos 10 Anpresszylinder mit Induktivsensoren Hinten Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 85 4 8 Programmierung Wie bereits aufgef hrt wird die Anlage mit der Anwendersoftware STEP 7 Siemens in der Programmiersprache AWL betrieben Das vorhandene Programm auf der Maschine wurde analysiert und nach Durchsicht und Testphase sukzessive vollst ndig gel scht und neu geschrieben Bei der Neuprogrammierung wurde umgesetzt li 2 8 9 Alle neuen Funktionen eingepflegt Analog
18. sieren Damit die Zylinder immer in Mittelstellung sind m ssen die Winkelzylinder des gesamten Balkens regelm ig verteilt werden Die vordere und die hintere Seite des Verlegbalkens k nnen mittels der Winkelzylinder separat ausgefahren werden Die beiden u ersten Anpresszylinder sind mit einem Abstandsmesssystems ausgestat tet Wird die Maschine in den Automatik Modus geschalten fahren automatisch die Zy linder der Anpressr der nach au en Passiert die Steuerfahne den ersten Sensor wird das Programm zur L ngenberechnung freigeschaltet passiert die Fahne den vordersten Sensor beginnt der Winkelzylinder auszufahren Die R der werden nun mittels ihres hydraulisch vorgegeben Drucks an die Tunnelwand gepresst In der Zwischenzeit sind die Winkelzylinder den Anpresszylindern so lange gefolgt bis nur mehr der mittlere Sen sor durch die Steuerfahne geschalten wird Nun sind der hinterste und der vorderste Anpresszylinder unabh ngig vom unterschiedlichen Tunnelabstand von hinten zu vorne mit Hilfe der nachgefahrenen Winkelzylinder exakt in Mittelposition gebracht F hrt nun die Maschine nach oben und der Abstand bei den beiden gemessenen Zylindern ndert sich so wird das Rad welches ja nur mit 430 N angedr ckt wird nach innen gepresst oder nach au en gedr ckt Je nach Bewegung nach innen oder au en werden der hin tere oder der vordere Sensor beansprucht und dementsprechend f hrt der Winkelzylin der ein oder aus Werden aus Fehlergr
19. 74 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Weiteres wurde der Softstarter auf eine langer Startzeit von 1 auf 3 5 sec eingestellt um einen sanfteren Anlauf zu gewahrleisten Dadurch erlangt beim Hochfahren der Mo toren die Pumpe nicht gleich das volle Moment und die Regelung arbeitet sanfter in der Anlaufphase Nach Neueinstellung traten im Durchlaufbetrieb wieder Probleme mit der Uberlast auf welche im Messgraphen Abb 40 ersichtlich sind Daher wurde ein Messaufbau an den Aggregaten eingerichtet Der Messaufbau besteht aus einem Auswertegerat der Firma Hydac Auswertung Uber einen PC Es wurden folgende Sensoren verwendet 1 Drucksensoren Hydraulischen Druck der Anlage beider Aggregate 2 Durchflussmesser DruchfluBmenge des Hydraulik ls 3 Amperemeter entnommener Strom des Antriebmotors Messgraph t Pump Pressure bar 5 E E Fight Pump Aow tmin z Pigh 14200 14405 1461 0 1502 0 15225 1543 0 zei s Abbildung 40 Messaufbau Hydraulik Pos 1 in Abb 40 zeigt den Zeitpunkt zu dem der Motor berlastet wurde und der Mo torschutz ausloste Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 75 Durch den oben angef hrten Messgraphen wird dargestellt dass die Anlage beim Hoch fahren des Haupterektor 3 m min den Aggregaten zu viel Leistung abverlangt L sung 2 Es wurde errechnet dass durch den Betrieb der FVM mit etwa 3 m min und Verwen dung der Hydraulikzylinder folgenden lme
20. DLON EE 49 Verluste aee E 105 Gesamtwirkungsgrad hydr Anlage 105 Ne e EE 105 Eu E un En e EE 105 Differentialgleichung Temperatur nderungen im hydr 106 W rmeabgabe lbeh lter 106 K hlleistung au 106 SARL Neel E aa 107 Schlupf Asynchronmotor Weidauer 2011 Seite 7 108 IX Abkurzungsverzeichnis Generell NTFP OPG STRABAG USW Z B Abb Pos Hydr Hpt FVM TBM bzw PC W Lan Niagara Tunnel Facility Project Ontario Power Generation Stra en Bau Aktiengesellschaft und so weiter zum Beispiel Abbildung Position Hydraulik Haupt Folienverlegemaschine Tunnelbohrmaschine Beziehungsweise Personal Computer Wireless Local Area Network Abk rzungsverzeichnis 1 Einleitung Das derzeit im Bau befindliche Niagara Tunnel Facility Projekt NTFP in der Provinz On tario in Kanada ist eine Erweiterung des im 20 Jahrhundert erbauten Sir Adam Beck Wasserkraftwerkes Das Projekt umfasst den Bau eines Umleitungsstollens der das be stehende Wasserkraftwerk mit zus tzlichen 500 Wasser pro Sekunde speisen soll Der Druckstollen weist einen Aussendurchmesser von 14 4 m und eine L nge von 10 2 km auf Der Innenausbau besteht aus einer unbewehrten Betonschale mit einer min St r ke von 600 mm Wannenmacher H 2012 Auf Grund der ausserordentl
21. Eine Sondermaschine ist f r gew hnlich zum gr ten Teil komplett neu entwickelt um die speziellen Anwenderspezifikationen zu erreichen Durch vern nftige Projektierung und Kostenabsch tzung einer Sondermaschine kann der Hersteller ein hohes Potential an technologischem Wissen erlangen und somit seinen Marktwert deutlich erh hen Ein gro Ber Vorteil liegt darin dass der Kunde die Entwicklungskosten bezahlt w hrend zum Bei spiel im Prototypenbau alle Entwicklungskosten beim Hersteller liegen und sich die Ent wicklungskosten nur durch einen guten Absatz der nachfolgenden Serienmaschinen amortisieren Nachteile im Sondermaschinenbau Besondere Projekte mit speziellen Anwenderspezifikationen bedeuten auch spezielle Kos ten Wird eine Sondermaschine beauftragt ist oft nicht klar wie sich das Projekt entwickelt und meistens treten nach den ersten Fertigungsschritten unvorhergesehen neue spezielle Herausforderungen im Projekt auf die die Anwenderspezifikation der Maschine beeinflus sen k nnen Ist dies der Fall m ssen oft mit gro em Aufwand verbundene nderungen an der Maschine vorgenommen werden Dies f hrt bei mangelhafter Vertragsgestaltung zu erheblichen Kostensteigerungen die der Auftragnehmer tragen muss Weiteres ist es durch eine unvorhergesehene nderung an der Maschine schwierig das Personal ver n nftig einzuteilen Denn m glicherweise sind jene Mitarbeiter welche die Sonderma schine entwickelt und aufgebaut haben schon
22. Grundsaizlich gilt es die durch die Maschinenrichtlinien harmonisierten Normen umzuset zen Gerade im Sondermaschinenbau erweist sich das aufgrund der Einzigartigkeit der zu entwickelnden Maschine als schwierig Beim Bau von Sondermaschinen werden prinzipi ell verpflichtend in der Planungsphase Normen und Richtlinien miteinbezogen und auch umgesetzt allerdings m ssen oft nderungen an der Maschine durchgef hrt werden nachdem sie in Verkehr gebracht worden ist Gerade in diesem Fall ist besonders darauf zu achten dass die nderungen zum einen den Sicherheitsbestimmungen und zum ande ren den Normen entsprechen Die FVM wurde in Deutschland vor dem 31 Dezember 2009 abgenommen Die Maschine wurde nach den Maschinenrichtlinien 98 37 EG unter Einhaltung der Niederspannungs richtlinien 2006 95 EG und den daf r anzuwendenden Normen gebaut und vom TUV in Deutschland abgenommen Alle Neuentwicklungen welche diese Arbeit beschreibt wurden erst nach dem Wieder aufbau der Maschine beim NTFP und unter der Einhaltung der Maschinenrichtlinien 2006 42 EG durchgef hrt Um dieser Behauptung zu bekr ftigen wurde vom Hersteller eine nachtr gliche EG Konformit tserkl rung durchgef hrt um den neuen Maschinenricht linien 2006 42 EG gerecht zu werden F r weitere Details sei auf folgende Fachb cher verwiesen welche f r die Neuentwick lung verwendet wurden Schalten Sch tzen in Niederspannungsnetzen Siemens 1997 Elektrische Ausr
23. Pos Pos Pos Pos Pos Pos Pos Pos Pos Pos Pos Einleitung 1 Grundwagen FVM pink 2 Haupterektor FVM rot 3 Seitenerektor FVM rot 4 Kettenzug rot zur Langsverschiebung 5 Schienensystem 6 Folienmagazin 7 Korb 8 Folienaufnahme an der FVM 9 installierte Folie 10 Spritzbeton 11 F rderbandanlage der TBM 12 Fahrbahn Curbs 13 Transporter 14 Abdichtungszug t rkis 15 Folienverlegemaschine FVM Die Maschine besteht aus drei Grundelementen siehe Abb 13 Pos 1 Grundwagen Pos 2 Haupterektor Pos 3 Seitenerektor Tabelle 2 technische Daten FVM 1 Te fm L i E H LS A a we qmm A D Ende der Verlegung Start der Verlegung Abbildung 13 Grundaufbau FVM Bild 1 16 Einleitung Pos 1 Grundwagen Das Grundgerat dient zur Aufnahme aller Aggregate Schaltschranken Luftkompressoren Verkabelung und zur Fuhrung der beiden Erektoren Mit Unterstutzung des Grundwagens schreitet die Folienverlegmaschine ber einen Kettenantrieb auf dem Zug voran Gef hrt wird die Einheit durch vier aufgesetzte Aufnahmer der die auf einem eingebauten Schie nensystem Abb 12 Pos 5 und dem Kettenzug Abb 12 Pos 4 laufen Das Grundger t weist folgende technischen Daten auf 3 m min i El _ Schattventie 21 uD0 1Amges __ Antriebswelle __ ER Steuerung Tabelle 3 technische Daten FVM Grundwa
24. des Gestells und erteilen ihnen die f r die Bearbeitung erfor derliche Bewegung B ge 1999 Seite 933 Prim r wird unterschieden zwischen einstufigen stufigen und stufenlosen Getrieben all diese Getriebe sind f r eine translatorische Bewegung ausgelegt F r dieses Projekt sind im mechanischen Antriebsbereich nur einstufige Planetengetrie be im Einsatz welche mittels eines hydraulischen Systems ihre Drehbewegung erfah ren Die Getriebe werden mittels des ben tigten Drehmomentes bestimmt 3 5 3 Anpassen der Bremsleistung Um die Sicherheit der Maschine zu erh hen wird die Bremsleistung und Ansteuerung angepasst Eine f r den Bergbau bei F rderwagen bliche verwendete Bremsanlage ist eine elekt rohydraulische arbeitende Backenbremse B ge 1999 Seite 1238 Eine abge nderte Form dieser Bremsanlage findet bei der FVM ihre Verwendung Die Bremse ist im Stillstand stetig geschlossen die erforderliche Bremskraft wird mittels ei ner vorgespannten Feder erreicht Um die Bremsleistung zu erh hen sind Bremskraft Fg Rei bungskoeffizient u des verwendeten Bremsmaterials und Materials auf welchem der Bremsvorgang stattfindet in die Berechnung miteinzubeziehen Bedeutend ist welche Fahrbedingungen die Maschine er f hrt Die Hauptaufgabe bei der Auslegung der Bremsmittel ist der resultierende Sicherheitsfaktor n Der Sicherheitsfaktor wird mittels der f r die Anwendung notwendigen Sicherheitsbe stimmungen bes
25. die f r eine bestimmte An wendung zusammengef gt sind e Eine Gesamtheit im Sinne des ersten Gedankenstrichs der leidlich die Tei le fehlen die sie mit ihrem Einsatzort oder mit ihrer Energie und Antriebs quellen verbinden e Eine einbaufertige Gesamtheit im Sinne des ersten und zweiten Gedanken strichs die erst nach Anbringung auf einem Bef rderungsmittel oder Instal lation in einem Geb ude oder Bauwerk funktionsf hig ist e eine Gesamtheit von Maschinen im Sinne des ersten zweiten und dritten Gedankenstichs oder von unvollst ndigen Maschinen im Sinne des Buch stabens g die damit sie zusammenwirke so angeordnet sind und bet tigt werden dass sie als Gesamtheit funktionieren 22 Allgemeines im Sondermaschinenbau e eine Gesamtheit miteinander verbundener Teile oder Vorrichtungen von denen mindestens eines bzw eine beweglich ist und die fur Hebevorgange zusammengef gt sind und deren einzige Antriebsquelle die unmittelbar eingesetzte menschliche Kraft ist Volker Krey 2009 EG Richtlinie Das Wort Richtlinie wird durch mit in Verwendung des Kontexts EG Maschinenrichtlinie folgend definiert Europ isches Gemeinschaftsrecht Verbindliche Anweisung der EG EU an die Mit gliedsstaaten wonach diese ihre eigenen Rechtsvorschriften und Verwaltungsvorschriften entsprechend den Vorgaben der Richtlinie zu gestalten haben Gabler Wirtschaftslexicon Herausgeber Anwendung von Maschinenrichtlinien bei der FVM
26. durch eine h here Leistungsabnahme langsamer und es ist aber eine konstante Geschwindigkeit gefordert ist die Motordrehzahl zu messen und mittels des Messwertes eine Drehzahlver nderung auszul sen Dies ist dann ein klassische Regelung der Betriebsmittel Der Vorteil bei der Anwendung einer SPS liegt unter anderem darin dass Steuer und Regelprozesse realisiert werden k nnen 3 10 1 Einsatz der Speicherprogrammierbare Steuerung an der FVM Um Automatisierung einer Maschine zu erreichen gibt es viele verschiedene Arten und Anwendungen Bei der FVM wird der Automatisierungsgrad durch eine SPS umgesetzt Mittels der SPS werden alle Funktionen der Maschinen gesteuert geregelt und Fehler kommuniziert Durch die Norm DIN EN 61131 3 IEC 6113 3 werden Datentyp und Variablenkonzep tion Programmorganisation und Fachsprachkonzept festgelegt Die eingesetzte SPS ist von Siemens und wird mittels der hauseigenen Anwendersoft ware STEP 7 programmiert F r weitere Informationen www siemens com Vorteile e Das Programm kann schnell und problemlos ge ndert werden und gesteuerte Funktionen k nnen ohne nderung der Verkabelung angepasst werden e Der erforderliche Raumbedarf gegen ber einer Relaisschaltung ist wesentlich geringer e Komplexe Abl ufe lassen sich leichter und mit geringerem Kostenaufwand reali sieren e Peripherieger te k nnen in die Steuerung und Regelung eingebunden werden e Keine Verschlei teile Nachte
27. sind so ausgelegt dass die Maschine den zur Zeit der Inbetriebnahme g ltigen Maschinenrichtlinien und Niederspannungsrichtlinien entspricht Einleitung 1 2 Niagara Tunnel Projekt Durch die stetige erhohte Nachfrage an elektrischer Energie ist es notwendig die vorhan denen Ressourcen effektiver Zu nutzen Eines der weltweit gr ten Projekte zur Nutzung der Wasserkraft fur die emissionsfreie Gewinnung elektrischer Energie ist derzeit an den Niagara Fallen in Ontario Kanada in Bau Das Sir Adams Beck Wasserkraftwerk welches in der Region Ontario Kanada in Niaga ra Falls situiert ist wird mittels der Erweiterung durch das NTFP ausgebaut Der dabei entstehende Druckwasserstollen dient nicht prim r der Energieerzeugung die Aufgabe dieses Stollens ist vielmehr die zus tzliche Wasserableitung in den Sir Adam Becks Kom plex Somit kann die vorhandene Infrastruktur effizienter genutzt werden 1 2 1 Projektbeschreibung NTFP Die beiden Kraftwerke Sir Adam Beck I und II werden ber zwei Druckstollen mit Wasser versorgt Die beiden Druckstollen wurden im Jahre 1954 fertiggestellt Die Kraftwerke sind jedoch ber die beiden bestehenden Druckstollen nicht voll ausgelastet Zu ber cksichti gen ist des Weiteren auch das Szenario des Ausfalls einer der Druckstollen oder das Ab schalten f r Revisionsarbeiten Die Initiale Projektidee Substitution eines Druckstollens im Fall einer l ngeren Revision wurde 1982 zum ersten Mal in d
28. 4 Nachprofilierung Um die im Vortrieb verursachten Ausbr che f r die nachfolgenden Prozesse im Gew lbe des Tunnels auszubessern wird ein Bearbeitungsvorgang ben tigt welcher sich Nach profilierung nennt Diese Bearbeitungsvorgang schreitet unmittelbar nach dem Betonie ren der Sohle voran um sicherzustellen dass die nachfolgenden Prozesse einen gleich m igen Radius des Gew lbes vorfinden 1 2 2 5 Abdichtung des Gew lbes Wie unter Punkt 1 2 2 2 beschrieben muss auch das Gew lbe abgedichtet werden etwa 2 3 des Durchmessers Wie auch bei der Abdichtung der Sohle sind vorerst im Gew lbe die Injektionsschl uche und eine Vliesschicht zu installieren Am Gew lbe jedoch wird im Vergleich zur Sohle eine elektrisch pr fbare VLDPE very low density polyethylene Folie mit einer Einbaubreite von 3 8 Metern und einer L nge von 31 Metern ben tigt Die ca 450 kg schwere Folie wird mittels einer Folienverlegemaschine an die Gew lbeoberfl che installiert Abbildung 4 Folienverlegung 1 2 2 6 Gew lbe Betonage Um die Tunnelschale zu schlie en wird nach der Montage der Gew lbeabdichtung im Gew lbe das Gew lbe betoniert Die Betonage erfolgt wie bei der Sohle durch eigens entwickelte Schalwagen welche ebenfalls immer ein Block betonieren k nnen Um eine Betonst rke von ca 60cm auf die L nge von 12 5 Metern zu erreichen werden im Schnitt 289 Beton ben tigt 6 Einleitung 1 2 2 7 Injektionsarbeiten Das st
29. 430 N Abb 35 Pos 5 einem Luftdruck von 6 bar am R ttler und einem Luftdruck im Reifen von 2 bar Abb 35 Pos 1 eine fiktive Beschleunigung von 10 11 G Abb 35 Pos 2 auftritt Bei einem Reifendruck von unter 1 bar Abb 35 Pos 3 geht die Beschleunigung auf 2 4 G Abb 35 Pos 4 zuruck Messgraph i l it 1 A i i i IA A i i A v s VI Nuel Ea 4 dn re Ze i ke wat dar Lie IS u As dei i A VM i 1 W y 1 IL i V LAINAY V i i EEN KEE E D ee ene ene DS BEE eee ee EE EEN an I I 1 T D 1 Abbildung 35 Vibrationsmessung am Reifen Die Messung zeigte auBerdem Wenn nur eine Komponente nicht auf dem prak tisch idealen Wert steht sind die Vibrationseigenschaften sehr niedrig und die Wirkung reicht nicht aus um das Vlies mit dem Klett erfolgreich zu verbinden Damit gilt fur die Einstellungen 1 Luftdruck am Go Cart Reifen 2 3 bar 2 Luftdruck f r R ttler Aldak FP 35M 6 bar 3 Anpressdruck am Reifen eingestellt durch die Hydraulik 430 N 4 Einer Verfahrgeschwindigkeit der Erektoren von 1 5 m min Luftversorgung Da die R ttler nun auf jedem Rad montiert werden m ssen sind es 64 R ttler an statt 32 Die Berechnung des Luftbedarfes ergab dass zwei Kompressoren be n tigt werden Leistungsdaten Kompressor 2x 4 5 m min bei 6 bar Be
30. 450 kg schwere Folie geeignet ist Da im Projekt eine schwerere Folie verwendet wird wie bei den Tests in Deutschland entsteht folgendes Problem Wenn die Folie an der linken Seite bei Seitenerektor hinuntergelassen wird kann der Motor die Last der abgerollten Folie nicht halten und beginnt durchzurutschen Dies hat zur Folge dass nahezu die gesamte Folienbahn abgewickelt wird L sung L sung kommt aus dem Windenbau f r Schiffe nach dem Mooring Prinzip Dieses Sys tem erlaubt durch den Einbau zweier R ckschlagventile Abb 42 Pos 1 und einem druckbeaufschlagtem Entlastungsventil Abb 42 Pos 2 mit dem Motor die Folie aufzu rollen aber trotzdem die Folie in die andere Richtung abzuziehen Die Folie wird bei der bergabe von Haupt zu Seitenerektor siehe Betriebsanleitung am Seitenerektor befestigt F hrt man nun mit dem Seitenerektor hinunter zieht man die Folie mit Der Folienmotor ist aber immer so angesteuert dass die Funktion Aufrollen aktiv ist Mittels dieses Systems kann gew hrleistet werden dass ein unbeabsichtigtes abrollen der Folie nicht m glich ist Wie stark die Gegenkraft wirkt wird mittels des Pro portionalventils Abb 42 Pos 3 bestimmt Das ffnen der Bremse ist immer so gesteu ert dass der Motor zuerst aufzurollen beginnt und nach 0 3 sec die Bremse erst ff net Somit ist ein versehentliches Abrollen beim Schalten nicht m glich Bremsmotor Folle 117bar 221Nm max 159bar
31. 8 00 Uhr betrieben werden und hat in dieser Zeit eine Ver legeleistung von sieben 4 m Bahnen mit einer L nge von je 31 Metern Die Spe zifikationen f r die Profil nderungen und Ausbaugr e des Tunnels sind aus den Spezifikationen des Tunnels zu entnehmen Automatisierungsgrad Die Maschine ist so zu gestalten dass sie mit einem Personalaufwand von nur 2 Bedienern die unter Punkt 2 vorgegeben Leistung verrichten kann Dementspre chend ist der Automatisierungsgrad vorgegeben Zur Verf gung gestellte Infrastruktur Der Maschine steht elektrische Energie mit einer Spannung von 600 VAC und einer Stromst rke von 100 Ampere und zur Verf gung Es ist kein Druckluftan schluss f r pneumatische Betriebsmittel vorhanden Budgetrahmen Das Budget f r diese Maschine ist bereits berschritten alle vorhandenen Bau teile sind so zu konfigurieren dass die Maschine ihren Aufgaben fehlerfrei nach kommt Weiter Kosten werden vom Kunden nur bernommen wenn es sich um Umbauten handelt die sicherheitsrelevant sind Alle anderen Kosten sind vom Hersteller zu tragen und daher sind diese so gering wie m glich zu halten Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 4 Planung der Neuentwicklung Nachdem festgelegt wurde was alles an der Maschine zu andern ist folgt nun die Pla nungsphase Bei der Planung eines solchen Projektes wurde kein spezielles Software system ben tigt um den Arbeitsplan die ben tigten Arbeitskr fte und den Zeitplan zu e
32. Anlage Teil 2 1 Anlauf ohne Last 2 Normaler Anlauf 3 Schweranlauf Abbildung 21 Anlaufverhalten Asynchronmotor Weidauer 2011 Seite 81 44 2 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 3 9 Anpassung und Steuerung der Komponenten mit Hilfe von elektronischen Messmitteln Um die Tauglichkeit der oben angef hrten Berechnungen in der Praxis zu beweisen und Versuche welche bei der Berechnung f r diese Arbeit zu aufw ndig w ren darzustel len werden integrierte und externe Messmittel zur Auswertung Einstellungsarbeiten und Steuerung der Maschine verwendet Aufbau von Messketten das Prinzip einer Messkette ist immer gleich aufgebaut und besteht aus e Messaufnehmer Sensor e Messwerk Mess Frontend e Anzeige Analysesoftware Im Falle der FVM werden Sensoren verwendet welche sowohl als Messaufnehmer wie auch als Messwerk dienen Fur die Anzeige bzw Verarbeitung der Messdaten werden zus tzliche Auswerteger te oder die vorhanden SPS genutzt 3 9 1 Integrierte Messmittel Wie schon in der Einleitung des theoretischen Teils beschrieben ist eine der haupts ch lichen Herausforderungen die schon vorhandenen Messmittel f r die Auswertung und Steuerung der Maschine anzuwenden Zur Verf gung steht eine SPS welche um die Messmittel richtig einzusetzen umprogrammiert bzw neu programmiert werden muss Gerade bei Messsystemen welche individuell an einer Anlage verbaut sind und in Steu erungsverfahren integriert werden i
33. BAYSTAG 2010 Berechnung Bremssystem FVM Wildpoldsried BAYSTAG Berger H 2009 Automatisieren mit Step 7 in AWL und SCL M nchen Siemens Bergmann W 2008 Werkstofftechnik 1 Polymerwerkstoffe Hanser Berties W 2007 bungsbeispiele aus der W rmelehre M nchen Hanser Bodo Heimann W G 2007 Mechatronik Komponenten Methoden Beispiele Wien Hanser B ge A 1999 Das Techniker Handbuch Braunschweig Vieweg CNA kein Datum www cna ca Abgerufen am 30 04 2012 von http www cna ca curriculum cna_world_energy_res hydro eng asp bc Hydroelectricity amp pid Hydroelectricity Direktion B G 2008 Angebot Folienverlegemaschine fuer NTFP Trumau Austria Engel F 8 Februar 2012 K Weinhardt Interviewer Foerstner P D 2008 Umweltschutztechnik Heidelberg Springer Folimat kein Datum www folimat de Abgerufen am 03 05 2005 von http www folimat de Gabler Verlag Herausgeber kein Datum Gabler Wirtschaftslexikon Stichwort Maschine Abgerufen am 25 Marz 2012 von http wirtschaftslexikon gabler de Archiv 13422 richtlinie r v6 html Gabler Wirtschaftslexicon Herausgeber kein Datum Gabler Wirtschaftslexicon Stichwort Richtlinie Abgerufen am 25 M rz 2012 von http wirtschaftslexikon gabler de Archiv 72568 maschine v6 html Goldhahn DA 2010 Ablauforganisation in Projekten Mittweida HTWM Mittweida G nter Wellenruth D Z 2009 Automatisieren mit SPS Theroi
34. Das Verteilerventil wird synchron mit dem Zahnradsatz ange trieben damit das Fullen und Entleeren der einzelnen Kammern prazise und ohne Verlus te erfolgt Dieses ist von der Abtriebswelle getrennt und wird von einer kurzen Kardanwel le separat angetrieben ATP 2007 Seite 13 Verlustleistungen Die Verlustleistung einer hydraulischen Anlage wird in W rme abgegeben Die Verlust leistung P ergibt sich wie bei allen physikalischen Systemen aus der zugef hrten Leis tung welche entgegengesetzt der abgef hrten Leistung Pap steht Py Pzu Pap Formel 31 Verlustleistung Der Gesamtwirkungsgrad der Anlage ergibt sich aus den Einzelwirkungsgraden der Pum pe nipu des Motors nimo und des Leistungs und Steuerungssystems ny ZU NtMo Formel 32 Gesamtwirkungsgrad hydr Anlage Damit wird der anfallende Warmestrom d Py Formel 33 Warmestrom Die in der Zeit At anfallende Warmemenge wird Uu At Formel 34 Warmemenge Bauer 2009 Seite 69 Erwarmungsvorgang einer hydraulischen Anlage Die gesamte fanfallende Warmemenge wird zuerst teilweise in der Anlage gespeichert und teilweise an die Umgebung abgef hrt Mit zunehmender Erw rmung der Anlage wird der an die Umgebung abgegebene Teil anwachsen bis schlie lich nach Erreichen der maximalen Endtemperatur Vemax der ganze W rmestrom an die Umgebung abgegeben wird Abb 58 zeigt den Erw rmungsvorgang und die anschlie ende A
35. Die notwendigen Umschaltungen werden je nach Bauart durch federbelastete Ventile R ckschlagventile oder h ufiger durch Schlitze oder Kan le in bewegten W nden ge steuert Bauer 2009 Seite 73 Axialkolbenpumpe Axialkolbenpumpen sind Verdr ngungsmaschinen in welchen die Kolben parallel zur Drehachse einer Zylindertrommel angeordnet sind Die Umsetzung der Antriebsdrehbe wegung in eine Kolben Hubbewegung erfolgt nach unterschiedlichen Grundprinzipien Bei der Schr gscheibenpumpe wird die Zylindertrommel angetrieben wobei sie die darin gef hrten Kolben ebenfalls in Drehrichtung versetzt In axialer Richtung wird die Bewe gung der Kolben von einer im Geh use gelagerten Schr gscheibe bestimmt welche um die Senkrechte der Antriebsachse geschwenkt wird Die rotierenden Kolben bewegen sich auf einer Ellipsenbahn gegen die feststehende Schwenkscheibe Reibung wird durch Gleitschuhe oder Axiallager beherrscht W hrend der Saugphase bewegen sich die Kol ben nach au en und werden ber eine R ckhalteeinrichtung gegen die Schr gscheibe gehalten w hrend der Druckphase von dieser nach innen gedr ckt Die Richtung der einzelnen Kolbenf rderstr me bzw die Zuordnung zu einem Druck und Sauganschluss erfolgt ber eine Schlitzsteuerung Diese ist einer feststehenden Steuerplatte angeordnet gegen welche die Zylindertrommel mit ihrer freien Stirnfl che rotiert Bei der Schr gachsenpumpe wird die Zylindertrommel ber die Kolben un
36. Druckanschluss gepresst Der Druckanstieg von S nach D kann vereinfacht linear ange nommen werden Die Folgen dieser Druckverteilung ist eine hohe Wellen und Lagerbe lastung Das geometrische Verdr ngungsvolumen Vg ist konstant Bei einer Pumpe mit unkorrigierter gerader Stirnverzahnung ist das Volumen einer Zahnl cke n herungswei se nxd mxb cm 2 Formel 10 Volumen AuBenzahnradpumpe Vo 2 2 Voy 2 0 d m b cm Formel 11 Verdr ngungsvolumen AuBenzahnradpumpe V Es bedeutet d Teilkreisdurchmesser des angetriebenen Rades m Modul z Z hnezahl des angetrieben Rades b Zahnbreite Bauer 2009 Seite 82 83 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 37 3 7 1 2 Axialkolbenpumpe Die bei der FVM eingesetzte Axialkolbenpumpen pro Aggregat 1 Pumpe versorgen die gesamte Anlage mit hydraulischer Energie und sind mit einer Load Sensing Steue rungssystem ausgestattet Axialkolbenpumpen haben den Vorteil dass sie mit weit h he ren Dr cken wie Zahnradpumpen arbeiten k nnen und die F rdermenge je nach Art und Auslegung sehr pr zise gesteuert werden kann F r weitere Beschreibung siehe Anlage Teil 1 3 7 1 3 Berechnungsgrundlagen von Pumpen Es bedeutet V Fordervolumen p Betriebsdruck nmn hydro mechanischer Wir kungsgrad nges Gesamtwirkungsgrad der Pumpe nvo volumetrischer Wirkungsgrad n Drehzahl u a ere ee 2 Formel 12 Drehmoment Pumpen M Formel 13 Berechnun
37. Fakultat Maschinenbau Mechatronik DIPLOMARBEIT Neuentwicklung Folienverlegemaschine Autor Herr Ing Klaus Weinhardt Studiengang Maschinenbau Mechatronik Seminargruppe KMO9sFA Erstpr fer Prof Dr Ing Dietmar R mer Zweitpr fer Dr Dipl Ing Harald Krenn Einreichung Mittweida 16 07 2012 Verteidigung Bewertung Mittweida 2012 Bibliografische Beschreibung Weinhardt Klaus Neuentwicklung Folienverlegemaschine Die Folienverlegemaschine ist eine Sondermaschine Die Maschine wird f r den Abdichtungsprozess in einem Was serstollen angewendet und ist aufgrund abge nderter Spezifikationen den ver nderten Gegebenheiten anzupassen und zu vervollst ndigen 2012 97 S Niagara Falls Kanada Hochschule Mittweida Fakult t Maschinen bau Mechatronik Diplomarbeit 2012 Referat Im Sondermaschinebau werden Maschinen f r besondere Anwendungen entwi ckelt und hergestellt Durch die speziellen Anwendungen und Einsatzorte von solchen Maschine stellt sich jeder Maschinenbauer Mechatroniker der besonde ren Herausforderung etwas Einzigartiges und zum gr ten Teil einmaliges her zustellen Gerade aber in dieser Sparte des Maschinebaus Mechatronik ist der Hersteller oft st ndig mit nderungen in den Anwenderspezifikationen konfron tiert Die Arbeit befasst sich mit einer Sondermaschine welche gro en nderun gen in den Spezifikationen unterworfen war Dies erforderte eine Neukonzeptio ni
38. M mittels der vier Tast paneele zu bedienen Jede Funktion an der Maschine kann durch Rauf und Runter definiert werden egal ob im Service oder im Automatikbetrieb Deshalb w re es wesent lich einfacher einen Drehschalter wie z B bei einer Waschmaschine zu installieren mit dem die gew nschte Funktion angew hlt werden kann und danach lediglich eine Rauf oder Runter Taste zu dr cken ist Dies ist programmier steuer und regeltechnisch m glich Das bestehende Programm ist bereits darauf vorbereitet es muss lediglich die neuen Bedieneinheiten installiert und einige wenige Konfigurationen im Programm vorge nommen werden Schlussfolgerungen 95 5 1 2 Elektronische Komponenten In der Maschine sind einige elektronische Komponenten eingebaut welche durch eine effektivere Anwendung der SPS Einheiten eingespart werden k nnen So lie en sich bei spielsweise die teuren Auswertemodule der Drehgeber der Gleichlaufsteuerung einspa ren indem man die SSI Schnittstelle der Drehgeber direkt mit einem wesentlich g nstige ren SPS Modul in die Anlage implementiert Der weitere Vorteil w re dass die Informatio nen im SPS Programm direkt verarbeitet werden und somit die Darstellung der Position der Erektoren m glich ist Das Gleiche gilt f r die Auswertemodule der Wegmesssensoren in den Hubzylindern und dem Winkelmesszylinder 5 1 3 Antriebs Komponenten Alle Erektoren werden mittels Hydraulikmotoren angetrieben Mod
39. Maschine ist mittels vier Tastpanels ausgestattet zwei im Korb am Hpt Erektor und zwei am Seitenerektor Weiteres hat die Maschine am Hpt Schrank noch ein mit einem Display ausgestattetes Bedienpanel Mittel der vier Tastpanels oder des Bedienpanels wir die Maschine bedient Die Maschine ist wie in der Einleitung beschrieben mit einem Automatik Modus und einem Service Modus ausgestattet der Automatik Modus wurde soweit optimiert dass die gesamte Maschine mit den richtig vorgew hlten Tasten nur mehr mit einem Tastern zu bedienen ist rauf oder runter fahren alles weitere erledigt die Programmierte Steue rung Mittels des Bedienpanels kann die gesamte Anlage im Service oder Automatik Modus bedient werden und Fehler ausgelesen werden Detaillierte Beschreibungen der Funktionen sind in der Bedienungsanleitung der Ma schine beschrieben 92 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 9 Einrichten der Fernwartung Das Einrichten der Fernwartung wurde durch den Einsatz von Richtfunkantennen und dem vorhanden Ethernet im Tunnel umgesetzt Die Zentralbaugruppe ist Ethernet f hig und mit der statischen IP Adresse 192 168 1 100 konfiguriert Ein W Lan Router fungiert als Client Bridge und ist mit der statischen IP Adresse 192 168 1 68 konfiguriert Der Router ist als Switch konfiguriert und erlaubt an den LAN Schnittstellen den Zugriff auf die IP Einstellungen von Router 2 Die Zentralbaugruppe und ein PC mit der I
40. NG ee ee ee ee 79 4 7 2 Messsystem Abstandsmessung zur nennen 82 4 8 eelere ege EE 86 4 8 1 Erstellung eines 87 4 8 2 Hardware und Netzwerkkontguraton Bene nenn nenn nenn nenn nenn nennen 88 4 8 3 Auszug des Datenbausteins 201 f r die Erfassung von Analogwerten 89 4 8 4 Beispiel f r die Verwendung von parametrierbaren Variablen 90 4 8 5 Elle VE lei E WEE 91 4 8 6 Besonderheiten bei der Programmierung der 92 4 8 7 Bedienung E E 92 4 9 Einfichten der FernWarting an 222 93 5 Schlussfolgerungen cca 95 CH Kritik an der Een E 95 5 1 1 BESAN DEE 95 5 1 2 Elektronische Komponenten 95 5 1 3 Antriebs KOMPONCNICW BEE 96 5 1 4 Wee Ee see 96 5 2 LENG ZCNDCODACITUNO CR EE 97 5 2 1 EE UNdLEIEKILONIK eege 97 5 2 2 Mechanische Baulele ane 97 Bech Tee 99 Anlagen 101 Anlagen Teil HE 103 Anlagen KI 107 Anlagen Teg caccehaventcetauesscehavensdevaucndccbivensdavaucudcchivenddevaueuddehiuenddouaweudeehiwenddasaweugeehtwens 111 Anlagen Teil 4a seen 113 Selbstst ndigkeitserkl rung 117 Abbildungsverzeichnis H Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 Folienverlegemaschine vom NTER nenn nenn nenne nenn nenne 1
41. P Adresse 192 168 1 101 sind direkt an die LAN Buchsen mittels eines Ethernet Kabels angeschlossen Der Router ist zus tzlich mit einer Richtfunkantenne ausgestattet welcher eine Kommunikation zu einem andern W Lan Router mit Richtfunkantenne herstellen kann Der zweite Router kann an allen Switch Boxen im Tunnel welche alle 1000 m zur Verf gung stehen angeschlossen wer den und ist mit einer statischen IP Adresse 10 20 1 241 konfiguriert und verteil im W Lan ein Netz mit einen statischen IP Adressen Bereich von 192 168 1 1 192 168 1 150 Router Nr 2 hat eine Port Weiterleitung auf den PC 192 168 1 101 eingestellt Somit kann im gesamten Ethernet NIAO5 Hpt Server mit IP Adresse 10 20 1 1 auf die Zent ralbaugruppe der Maschine ber den PC an der Maschine mittels der IP 10 20 1 241 und dem Port 8002 zugegriffen werden Aufgrund dessen dass die Maschine sich im Tunnel befindet und die Fehlerquelle oft nicht genau bekannt ist welche Betriebsmittel besch digt sind kann mittels der Fernwartung der Betriebszustand der Maschine beo bachtet werden und festgestellt werden ob es sich um ein Problem in der Steuerung oder in der Mechanik handelt Somit kann das richtige besch digte Betriebsmittel er kannt und gleich in den Tunnel mitgebracht werden Laptop 10 20 1 1 Sw itch n 1 Server 05 Abbildung 56 Fernwartung Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 93 5 Schlussfolgerungen Das Projekt Neuentwicklung FVM stellte e
42. ahr einer star ken Besch digung die Tunnelschale Weiteres ist eine Vorspannung der Tunnelschale erforderlich um den hohen Wasserdruck von bis zu 15 bar im Betriebszustand standzu halten Um den Tunnel in der Sohle abzudichten wird eine 2 Meter breite und 15 3 Meter lange VLDPE Polyethylen Folie ausgelegt Vor der Verlegung der Dichtungsbahnen werden 4 Einleitung weiche Vliesbahnen zum Schutz der Folie und Injektionsschlauche fur den nachfolgenden Injektionsprozess installiert 1 2 2 3 Betonieren der Sohle Nach der Applikation der Sohleabdichtung etwa 1 3 des Umfanges wird dieser Bereich vorab mit einem speziell konzipierten Schalwagen betoniert Der Schalwagen ist auf einer eine 80 Meter lange Br cke welche auch zugleich die Logistik f r die Abdichtung der Sohle bietet installiert Die Betonage erfolgt blockweise jeder Block ist 12 5 Meter lang Mittels der Blocknummer wird ebenfalls der Fortschritt dokumentiert Insgesamt weist der Tunnel 814 Bl cke auf Blocknummern Tunnel aufgeteilt in Bl cken jeder Block hat 12 5 m L nge 8 Abbildung 2 Blocknummern auf den Tunnel verteilt Jeder Block hat eine minimale Starke von ca 600 mm Durch die Betonage der Sohle wird sogleich die Fahrbahn der nachfolgenden Nachbehandlungswagen hergestellt Die Fahrbahn besteht aus den sogenannten Curbs siehe Abbildung 12 Pos 12 Abbildung 3 Ansicht der Br cke f r die Bearbeitung der Sohle Einleitung 5 1 2 2
43. alten und geben an eine Digitalbaugruppe ein 24 VDC geschaltetem Signal weiter 3 9 1 2 Wegmessung an den Hydraulikmotoren der beiden Erektoren Beide Erektoren Haupterektor und Seitenerektor werden mittels Hydraulikmotoren auf einem Kettenzug bewegt Da aufgrund der hydraulischen Auslegung die Erektoren nicht eindeutig parallel verfahren k nnen sind auf der vorderen und hinteren Seite des Erek tors an jeweils einem Motor Absolutwertdrehgeber angebracht Mittels der Drehgeber wird der Gleichlauf der Erektoren gew hrleistet und eine Bruchsicherung realisiert Die Absolutwertgeber und die Gleichlaufsteuerungsmodule sind zwar schon vorhanden m ssen aber erst in die Steuerung implementiert werden Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 47 Absolutwertgeber Bei Absolutwertgebern oder auch Resolver genannt unterscheidet man zwischen optischen Resolvern und induktiven Resolvern Bei der FVM finden induktive Resol ver f r die Positionsbestimmung der Erektoren ihre Anwendung Absolutwertgeber haben den Vorteil dass sie selbst wenn sie stromlos geschaltet wer den nach Wiederanlauf ihre Position kennen Der Vorteil der induktiven Resolvern ge gen ber der optischen Resolvern liegt darin dass sie auf Umgebungseinfl sse wie Vib rationen Sto und Schmutz sehr widerstandsf hig sind Induktive Resolver funktionieren nach demselben Prinzip wie induktive N herungs sensoren siehe Seite 69 mit dem Unterschied
44. alter vorgeschaltet Motorschutzschalter haben eine zeitabh ngige Abschaltkennlinie siehe Abb 20 Jene haben den Vorteil kurzzeitig die hohen Anlaufstr me und f r unbegrenzte Zeit den Nennstrom zuzulassen Wird der Motor ber l ngere Zeit berlastet oder erfahren die Wicklungen einen Kurzschluss trennt der in Abb 20 abgebildete Motorschutzschalter den Motor vom Netz Weidauer 2011 Einfache Motorschutzschalter sch tzen nicht bei Kurzschluss Bei Schalt und Schutzger ten sollte der Kondensatorbemessungsstrom bei nur 75 dem f r den Sch tz zul ssigen Strom liegen Wird das Schalt oder Schutz ger t maximal ausgereizt besteht die Gefahr das Ger t zu berhitzen was ein ungewoll tes ausl sen des Ger tes hervorruft Siemens 1997 Seite 225 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 43 Asynchronmotor mit Schutzschalter Ausl sekennlinie a Netz tings 1 Ausl sestrom R ckmelde kontakte berstromschutz elektrothermisch Uberstromschutz elektromagnetisch Kurzschlussschutz Motor im Rechtslauf Abbildung 20 Schutzmechanismus und Auslosekennlinie Schutzschalter Weidauer 2011 Seite 80 Anlauf des Asynchronmotors Werden Asynchronmotoren wie bei der FVM fur den Antrieb des hydraulischen Getrie bes verwendet ist der Anlauf des Motors richtig zu starten speziell wenn Anderungen in der Ansteuerung der Pumpen gemacht werden Bei der FVM ist ein Sanftanlasser im Einsatz Definition Sanftanlasser siehe
45. arken ber und Unterprofilen an der Tunnelwand zus tzlich auch noch die F rderbandanlage der vorlaufenden Tunnelbohrmaschine integriert hat siehe Abb 12 Pos 11 Anforderungen an die Maschine Die Anforderung an die Maschine ist 7 Bahnen mit einer Breite von 3 9 Meter und 31 Me tern L nge in einer 12 Stunden Schicht zu installieren Zu verlegendes Material der Folienverlegemaschine beim NTFP Fur die Abdichtung von Untertageanlagen und Tunnels wird meist eine kombinierte Po lyethylen Membrane mit geringer Dichte eingesetzt Polyethylen ist ein teilkristalliner wei cher thermoplastischer Werkstoff Die Vorteile bestehen in der sehr geringen Wasserauf nahmefahigkeit von lt 0 01 einer Rei dehnung von gt 400 einer Druckaufnahme von 7 10 N mm und einer sehr hohen chemischen Best ndigkeit Bergmann 2008 Dieser Werkstoff l sst sich aufgrund seiner weichen Struktur sehr gut formen jedoch nicht deh nen Die geringe Elastizit t erschwert jedoch das Verlegen bei starken Profilunterschieden im Gew lbe Die Besonderheit der Folie besteht darin dass sie aufgrund ihrer Struktur elektrisch pr f bar ist Dies erm glicht nach der Verlegung eine vollflachige Pr fung der Folie mittels spezieller Hochspannungsautomaten Technische Daten der verwendeten Membrane anhand einer Bahn Nietsche 2009 L nge 31 Meter Breite 2 2 Meter berlappend zusammengeschwei t auf 3 9 Meter Gewicht ca 450kg Gesamtst rke 3 0mm 5 10
46. atische Konzept des Tunnels sieht eine Kontaktinjektion und eine Vorspanninjektion vor Aufgrund der Ausf hrungsart dieser Injektionsarbeiten spricht man von einem passiv vorgespannten Druckstollen Dies kommt daher da die Betoninnenschale sich durch das Verpressen mit Zementsuspension verformt und unter Spannung gesetzt wird Notwendig ist dieses System damit die hohen Zugspannungen welche beim Abschlie enden F ll prozess des Tunnels auf die Betoninnenschale wirken kompensiert werden Die Durchf hrung als passive vorgespannter Druckstollen am NTFP ist aufgrund der ext rem schlanken Tunnelauskleidung sowie des Umfanges und der Komplexit t der Injekti onsarbeiten ein Novum im Druckstollenbau Unbewehrte passiv vorgespannte Druckstol lenauskleidungen weisen in der Regel bedeutend geringere Querschnitte oder dickere Innenschalenst rken auf Die Auslastung der Innenschale gelangt hiermit an seine Gren zen Somit bedarf es besonderer Monitoring Vermessung Ma nahmen um die Stand sicherheit der Innenschale zu gew hrleisten Der Druckstollen weist die Form eines D ckers auf Am Einlauf und Auslauf des D ker Bauwerks ist der wirkende Innenwasserdruck nahezu null Die Flie geschwindigkeit liegt bei ca 4 Meter pro Sekunde Der wirkende Innenwasserdruck verursacht eine Zugspan nung in der Druckstollenauskleidung F r eine rissfreie Auskleidung wird diese vorg ngig vorgespannt Um eine Ausf hrung als passive vorgespannte D
47. auf Die Funktion dieser Sondermaschine ist durch die Anwenderspezifikation bestimmt Um zu erm glichen dass nur zwei Maschinisten die Maschinen bedienen wurde die Maschi nenfunktion dementsprechend neu entwickelt Die Maschinenbedienung ist durch insge samt 3 Bedienpanels m glich Je nach Prozessablauf und Sichtbereich wird eines der Bedienpanels gew hlt Hersteller aller Bedienkomponenten ist die Firma Siemens Der Bedienablauf ist in der Betriebsanleitung der Maschine genauestens Beschrieben Grunds tzlich teilt sich die Maschine in eine Automatik und in einen Servicebetrieb auf 1 3 2 1 Automatikbetrieb Sind alle geforderten Modus Schalter auf Automatik gesetzt befindet sich die Maschine in einem Automatikbetrieb In diesem Betriebsmodus folgt die Steuerung einem Schrittpro gramm und der Bediener ist somit gezwungen den unten beschriebenen Prozess einzu halten Der Automatikbetrieb kann jederzeit mittels der an jedem vorhandenen Not Aus Schalter oder den Wahlschaltern Service Automatik unterbrochen werden Im Fehlerfalle ist die Wahl des Automatikbetriebes nicht m glich Wird die Maschine im Automatikbetrieb bedient wird der Bediener und umgebenen Arbeitskr fte durch ein akustisches und visuel les Warnsignal Signalhorn und Warnleuchten gewarnt 1 3 2 2 Servicebetrieb Im Servicebetrieb k nnen alle einzelnen steuerbaren Komponenten mittels der Panels bedient werden Der Servicebetrieb ist definiert f r den Betrieb wenn Service o
48. bk hlung nach Ab schalten der Anlage von der Endtemperatur Vemax aus Mit gestrichelter Linie ist die Ab k hlungskurve gezeichnet die sich ergibt wenn bei der Temperatur 9 vor Erreichen der maximalen Endtemperatur Vemax abgeschaltet wird Bauer 2009 Seite 69 Anlagen Teil 1 A 105 6 Stunden Erw rmung Abk hlung Abbildung 58 Erw rmungs und Abk hlungsverlauf einer hydr Anlage Um auf der sicheren Seite zu liegen werden f r die berschl gige Berechnung der W r meabgabe nur die benetzten Seitenfl chen des Beh lters ber cksichtigt Die W rmeab gabe der Rohre und Bauelemente der Anlage ist sehr schwer zu erfassen da sie von der Rohrverlegung und dem Einbauort der Elemente abh ngt F r die W rmedurchgangszahl gelten bei lbeh ltern und die Leitungen zu einer zu ho hen Betriebstemperatur so ist in der Anlage ein zus tzlicher K hler erforderlich Diese k nnen nach den K hlleistungsdiagrammen der Hersteller ausgew hlt werden Bauer 2009 Seite 71 Beh lter mit bewegter Luft k z11 15W m K Beh lter in Luft mit v 2m s k 23 W m K Beh lter in Luft mit v gt 5m s k x 7 5 075 W m K Tabelle 7 W rmedurchgangszahlen bei lbeh ltern Bauer 2009 Seite 71 Ad 15 Abenetzt Formel 36 W rmeabgabe lbeh lter Py kx Formel 37 K hlleistung lk hler 106 Anlagen Teil 1 Anlagen Teil 2 Definition Asynchronmotor Das Wicklungssystem des As
49. ch wie ein Zug siehe Abb 11 Pos 1 mit einer Geschwindigkeit von 1 3 m min voran Die Antriebsrader werden durch ein elektrisch angetriebenes 50 kW Hydraulikag gregat bewegt Alle auf dem Zug montierten Wagen sind ebenfalls hydraulisch angetrie ben und bewegen sich ber eine Zugkette welche am oberen Teil des Zuges in der Mitte gef hrt ist Die gesamte Tunnellogistik f r den laufenden Prozess Betonmischer Mate rialtransporter Schichtbusse Servicefahrzeuge siehe Abb 12 Pos 13 erfordert immer eine Durchfahrtsm glichkeit f r Fahrzeuge Deshalb ist der Zug so konstruiert dass Fahr zeuge mit einer maximalen H he von 4 2 Metern und einer Breite von bis zu 2 8 Meter st ndig unter dem Abdichtungszug hindurchfahren k nnen Der Abdichtungszug besteht aus 5 Hauptelementen e Grundwagen Pos 1 Mutterschiff Transporteinheit und Aufnahme der darunter angef hrten W gen e Arbeitsgerustwagen Nr 1 Pos 2 Demontage der F rderbandketten geringf gige Sanierungsarbeiten am Untergrund e Arbeitsger stwagen Nr 2 Pos Verlegung der Injektionsschl uche und der Vliesschicht und Installation der Kletts e Folienverlegemaschine Pos 4 anbringen der Folie e Arbeitsgerustwagen Nr 3 Pos 5 Schwei en der Folie und Nachbesserungsar beiten sowie das pr fen der Schei n hte Abbildung 11 Abdichtungszug 14 Einleitung Abbildung 12 Ubersicht FVM mit Logistik Legende Abbildung 24 Pos Pos Pos
50. che Komponenten Die Ruttler welche die Anpressrader zum Schwingen bringen sollen haben zu wenig Leistung und sind durch die Art ihres Anbaus am System komplett wirkungslos Es sind Ruttler an jedem Rad anzubringen und eine neue Konstruktion der Ruttlerauf nahme ist unbedingt erforderlich An der Maschine ist nur ein Kompressor installiert welcher f r den Betrieb von 64 R tt lern anstatt von 32 Ruttlern zu wenig Leistung hat 4 1 4 Hydraulikanlage Die Hydraulikanlage wird von zwei Aggregaten mit Energie versorgt Hydraulikaggregate Die Hydraulikaggregate sind parallel an das Hydrauliksystem angeschlossen und liefern eine zu geringe Olmenge fiir den erforderlichen Prozess Die Folge daraus ist dass die Antriebe nicht die erforderliche Geschwindigkeit erreichen Die Druckbegrenzungsventi le welchen den Primardruck der Anlage festlegen sind zu niedrig eingestellt die folge daraus ist dass die Druckabschneidung an der Pumpe nicht die Funktion der Maximal druckreduzierung bernehmen kann Die Anlage berhitzt der Antriebsmotor erf hrt eine zu hohe Leistungsabnahme und die Regelung der Pumpe wird besch digt Folienabrollung Die Folienabrollung wird von einem Hydraulikmotor angesteuert Der Motor ist zu schwach ausgelegt um die vorhandene Folie nach dem Abrollen an der bergabe vom Haupterektor zum Seitenerektor mit reiner hydraulischer Bremswirkung zu halten Der Hydraulikmotor kann nicht gr er ausgelegt werden es ist ein Sy
51. d der hohen Horizontalspannungen ein abweichen des Verhalten Die ge nderten Ausbruchsverhalten zog weitreichende Komplikationen auf das gesamte System und letztendlich den Termin f r die Erstbef llung mit sich Anpassungen musste an der TBM in der Folge durchgef hrt werden Die Auswirkungen der vorhandenen geologischen Verh ltnisse sind enorme Ausbr che von bis zu 6m in der Firste des Gew lbes siehe Abb 5 Abbildung 5 Ausbruch nach der TBM Nicht nur der Vortrieb ist von diesen nderungen betroffen sondern auch alle nachfol genden Sondermaschinen welche f r den Ausbau des Gew lbes verwendet werden Ur spr nglich sind die Toleranzen des Ausbruches 15 cm Der Regelquerschnitt der NTFP sieht einen Innendurchmesser von 12 60 Metern vor berprofile welche aufgrund des Ausbruches in geologisch ung nstigen Zonen ein bedeu tendes Ma erreichten machten es trotz Restaurierungsarbeiten n tig die Toleranzen von 15 cm auf 35 cm zu erh hen Mit diesen ge nderten Voraussetzungen wurde es bedeu tend schwieriger entsprechende Sondermaschinen zu entwickeln oder zu adaptieren Auch die FVM war von den st ndigen nderungen der Anwenderspezifikationen betrof fen Durch die vergr erten Toleranzen mussten stahlbautechnische elektrische hydrau lische und programmiertechnische Modifikationen vorgenommen werden 8 Einleitung Folie und Klettsystem Die Abdichtung des Gew lbes stellt eine hohe Herausforderung an die Abdichtun
52. d diese wiede rum ber den Triebflansch angetrieben Die Zylindertrommel ist entweder ber einen Mit telzapfen oder ber Nadellager am Umfang gef hrt und wird aus der Achse der Antriebs welle geschwenkt Das Prinzip erm glicht reversierbare Pumpen Die Verbindung zwi schen Kolben und Triebflansch erfolgt ber eine Kugelgelenk Verbindung ber welche Anlagen Teil 1 A 103 die Kolben w hrend der Saugphase angezogen und w hrend der Druckphase in die Zy linderbohrungen gedr ckt werden Zwischen dem eigentlichen Kolben und dem Kugelge lenk ist eine weitere Gelenkverbindung erforderlich Ausgleich von Kreis und Ellipsen bahn Die Trennung von Saug und Druckseite erfolgt wie bei der Schr gscheibenpumpe ber eine Schlitzsteuerung Die Steuerplatte flach oder sph risch schwenkt mit der Zy lindertrommel d h der Druckanschluss muss durch das Schwenklager hindurch oder uber eine dichtende Gleitfuhrung der Steuerplatte gef hrt werden Das Ansaugen ist di rekt aus dem umgebenden Geh use m glich nur bei einer F rderrichtung Bei Varianten der beschriebenen Ausf hrung erfolgt der Antrieb der Zylindertrommel ber ein Kardange lenk oder ber Kegelr der Hydraulik 2011 Seite 16 Abbildung 57 Axialkolbenpumpe Definition Hydraulikmotoren Hydraulikmotoren haben die Aufgabe hydraulische Energie Druck Flussigkeitsstrom in mechanische Arbeit umzuwandeln Dabei treibt die Druckfl ssigkeit die Verdr ngungs elemen
53. d in dem Dokument Dauerfestigkeitsberechnung der Getriebe und Wellen an der FVM nachgelesen werden Das Dokument ist beim Hersteller aufge legt 4 6 Hydraulische und elektrische Einstellungen 4 6 1 Hydraulikaggregate Die Einstellungen der Hydraulikaggregate waren nicht f r den Einsatz unter den vorge fundenen Bedingungen am NTFP geeignet und f hrten zu Besch digungen der Be triebsmittel der Hydraulikaggregate Die Hydraulikpumpe wurde durch st ndige berlastung und durch die Falscheinstellung der Druckbegrenzungsventile besch digt Schaden Hydraulikpumpe Abbildung 38 Schaden an Hydraulikmotor Der Schaden an der Pumpe wurde hervorgerufen durch das zu niedrig eingestellte Pri m rdruckventil Weil das Prim rdruckventil um etwa 10 bar niedriger eingestellt war wie das Druckabschneideventil und zwei Pumpenaggregate parallel f r die Versorgung der Maschine arbeiten kam es zu ung nstigen Regelbedingungen bei der maximal Einstel lung des Schwenkwinkels an den Pumpen Die Pumpe vom linken Aggregat erfuhr ein st ndiges kurzzeitiges sto artiges Regeln da ein etwas geringerer Druck eingestellt war was zum Bruch der Regeleinheit und zur Zerst rung der Steuerscheibe f hrte Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 73 Die Emstellung des Druckes am Primarventil hatte zur Folge dass der Pumpe standig maximale Leistung abverlangt wird und sich das System Uberhitzt Zudem ist der eingestellte Druck zu hoch und f hrt z
54. dass die Auswerteelektronik aufwendi ger gestaltet ist und das gemessene Medium sich im Sensor befindet Induktive Resol ver werten die Phasenlage zwischen einem Erregerfeld Stator und einem mehreren induzierten Feldern Rotorwicklungen zur Bestimmung des Drehwinkels zwischen Sta tor und Rotor aus Eine nachgeschaltete Elektronik f hrt eine Interpolation der Phasen winkel durch Bodo Heimann 2007 Seite 94 Eine weitaus fortschrittlichere Variante von induktiven Resolvern ist bei der FVM ange wandt Bei dem angewandten Resolver ist lediglich ein Magnet an einer Welle Stator und anstatt der Rotorwicklung wird eine Magnetfeldsensor in Chip Form verwendet In diesem Falle agiert der Chip auch als elektronisches Getriebe direction of magnetic field mgu175 Abbildung 23 Ausgangssignal des magnetischen Feldes NXP 2009 Abbildung 24 magnetischer Sensor Ineltek 2012 48 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Magnetische Drehgeber gibt es mit der Funktion Singleturn und Multiturn Singleturn Resolver k nnen aufgrund ihres Aufbaus nur einen Winkel von 360 1 Umdrehung er kennen und sind nach der vollen Umdrehung wieder auf null gesetzt Sind von Single turn Resolvern mehrere Umdrehungen zu messen werden jene mittels eines elektroni schen Z hlers gez hlt und ausgewertet Multiturn Resolver haben ein zus tzliches Ge triebe welches die genaue Umdrehungszahl bestimmt Auch im stromlosen Zustand zu
55. der Repa raturarbeiten an der Maschine durchgef hrt werden m ssen Im Fehlerfalle kann in die sem Modus durch einen zus tzlich installierten Bypass Schalter die Maschine aus Gefah rensituationen gefahren werden 1 3 2 3 Phasen zur Folienverlegung Der gesamte Prozess zur Verlegung der Folie mittels der Maschine teilt sich in 27 Phasen ein Der Bediener der Maschine wird durch die programmierte Abfolge durch die verschiede nen Phasen mittels Blinkmustern der Drucktaster auf den Bedieneinheiten gef hrt Die Einhaltung der Phasen ist f r einen erfolgreichen Verlegeprozess und der sicheren Handhabung der Maschine zwingend erforderlich Die Bedienung der Maschine und die Phasen zur Verlegung sind in der Betriebsanleitung ausf hrlich beschrieben 20 Einleitung 2 Allgemeines im Sondermaschinenbau Um Projekte mit speziellen Anwenderspezifikationen erfolgreich umzusetzen erfordert dies auch geeignete Maschinen Diese Maschinen fallen im Bereich Maschinenbau unter die Begriffsbezeichnung und Definition Sondermaschine Sondermaschinen sind auf grund ihrer besonderen Eigenschaften welche stark projektbezogen definiert sind auch nicht f r eine Serienfertigung geeignet und meistens f r weiterf hrende Projekte un brauchbar In ggs Falle des NTFP ist eine Serienfertigung der Maschine angestrebt und die bereits bestehende Sondermaschine dient als ein sogenannter Prototyp f r eine Serienfertigung Vorteil im Sondermaschinenbau
56. dig sind Aufgrund dessen ist es sehr wichtig im Vorfeld den Grad der Automatisierung und die Funktionen festzulegen Auf die Hardwarekonfigurie rung wird hier nicht weiter eingegangen da diese von dem Hersteller vorgegeben ist und verweise somit auf das Buch Berger 2009 3 10 1 3 Kommunikation der Prozessoren an der FVM Da die FVM nicht nur eine Zentralbaugruppe besitzt sondern auch noch mehrere Peri pherieger te ist die Kommunikation der Ger te wesentlich f r die Funktion der Maschi ne Die Kommunikation ist die Nabelschnur f r die peripheren Baugruppen deshalb ist es von hoher Wichtigkeit dass jene zuverl ssig funktioniert durch die richtige Verkabe lung und dass die Schnittstellen richtig konfiguriert sind Was gesendet wird muss auch korrekt ankommen Ein schon vorhandenes Profibus DP siehe Berger 2009 Seite 42 System dient zur Kommunikation zwischen der Zentralbaugruppe welche als DP Master siehe Berger 2009 Seite 32 fungiert und deren Peripherieger te die im Profibus DP als DP Slaves siehe Berger 2009 Seite 32 eingesetzt werden nderungen am vorhandenen Profi bus DP Kommunikationssystem sind durch die Neuentwicklung nicht betroffen 54 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Der Infrastruktur im Tunnel ist mit einer Ethernetverbindung siehe Berger 2009 Seite 42 ausgestattet jene ist fur ein Fernwartungssystem zu verwenden Fur das Einrichten der Fernwartung ist die SPS ber eine
57. durchgef hrt um die Funk tionalit t und die Betriebsf higkeit zu pr fen Weiteres geht daraus hervor welche Funk tionen neu entwickelt bzw angepasst werden Im Zuge der Inspektion wurden folgende Punkte begutachtet Bedienung Steuerung und Regelung Elektrischer und elektronischer Zustand Hydraulische Funktionalit t Pneumatische Funktionalit t Mechanik Die Inspektion erfolgte im Beisein des Herstellers der Steuerungssysteme Es stellte sich bei der Inspektion heraus dass nicht nur Anpassungen durch die nde rung der Spezifikationen betreffend der Gew lbeoberfl che an der Maschine notwendig sind sondern komplette Funktionen der Maschine noch nicht getestet wurden oder Steuerungstechnisch nicht fertig in die Funktionalit t eingebunden sind Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 57 An der Maschine sind zu viele Komponenten verbaut welche nicht mehr ben tigt wer den da angeblich von Anfang an nicht klar war wie jene zu projektieren sind Diese nicht in Betrieb befindlichen Komponenten stehen dadurch zu freien Verf gung um die Ma schine neu zu gestalten Die Maschine war am Zeitpunkt der Inspektion allgemein nicht im betriebsf higen Zu stand Ein Verlegen der Membrane w re nur mit gro em manntechnischem Aufwand m glich und dadurch ist die Maschine unbrauchbar 4 1 2 Mechanischer Zustand Der mechanische Zustand ist stahlbautechnisch gesehen sehr stabil und robust Me chanische Bauteile welche die Fu
58. e und Praxis Heidelberg Vieweg Teubner Literaturverzeichnis gg Heidenhain D J 2012 Drehgeber Abgerufen am 13 April 2012 von http pdf directindustry de pdf dr johannes heidenhain gmbh drehgeber 155 89 _64 html H ning K S 2009 Die neuen EG Maschinenrichtlinie K ln Bundesanzeiger Verlag Hyder L R 2009 Elektrische Ausr stung von Maschinen und maschinelle Analgen Berlin Offenbach VDE Verlag Hydraulik A 2011 Pumpen bersicht K ssnacht ATP Ineltek 2012 neltek Abgerufen am 26 04 2012 von http www ineltek com de products as_rotaryencoder php K ser E 2007 Sesnsorik Abgerufen am 24 04 2012 von http www fachlexika de technik mechatronik sensor html Kiefer 2009 VDE 0100 und die Praxis Karlsruhe VDE Murck B W 2005 Environmental Science Wiley niagarafrontier kein Datum Abgerufen am 22 April 2012 von http www niagarafrontier com tunnel html Nietsche D 2009 Spezifikationen Abdichtungsmembrane Bad Hall Austria Agru Kunsstofftechink NXP 2009 KMZ43T Magnetic Fiel Sensor NXP 8 OPG kein Datum www opg com Abgerufen am 30 04 2012 von http www opg com power hydro niagara_plant_group adambeckpgs asp Siemens 1997 Schalten Sch tzen Verteilen in Niederspannungsnetzen Berlin Siemens Volker Krey A 2009 Praxisleitfaden Produktsicherheitsrecht M nchen Wien Carl Hannser Verlag Wallner kein Datum Geschichte der Was
59. ebsmittel aus Grunds tzlich sollte die elektrotechnische Ausr stung in einer Umgebung mit einer rela tiven Luftfeuchtigkeit von 50 und 40 C st rungsfrei funktionieren Bei niedrigen Tem peraturen z B 20 C ist eine relative Luftfeuchtigkeit von 90 zul ssig Die gr te Gefahr elektrische Betriebsmittel zu besch digen geht von der Kondens wasserbildung aus welche durch starke Temperaturschwankungen und einer hohen Luftfeuchtigkeit gef rdert wird A e I relative Luft hte me Q EH v Lg pa E A Es Ausgangs punkt 20 Temperatur Abbildung 14 Temperatur und Luftfeuchtigkeit elektrische Betriebsmittel Hyder 2009 Seite 76 Messung der Temperaturen und Luftfeuchtigkeit k nnen mit handels bliche Quecksil berthermometer und einem Hygrometer durchgef hrt werden Bei Langzeitmessungen werden digital analoge Sensoren und Aufzeichnungssoftware f r die Messungen ver wendet Die Auswertung erfolgt anhand des unter Abb 14 abgebildeten Grafen 28 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Verschmutzungen Bei Verschmutzung von Betriebsmitteln spricht man bei einer FVM welche von Men schenhand direkt gesteuert wird nicht von schadlichen gefahrlichen oder lebensbedro henden Gasen oder Flussigkeiten Zu Verschmutzung zahlen Abgase von Kraftfahrzeu gen Staubbelastung von im Tunnel voranschreitenden Opera
60. eeds_erector_fc23_fc24 set_speed_right sp04 NOP Netzwerk 19 set moving speed left up U M SPBN 002 L speed_drive_erector speeds_erector_fc2 3_fc24 set_speed_right ITD DTR L 2 764800e 002 R RND T PAW 258 2 NOP 0 Adresse Name Typ Anfangswert r O 0 peeds_erector_fc23_fc24 nn ar et ee moo 68 speed ri down fast es OO W an n on 00 speed_le_down_slow o 10 0 speed Te up aloe es speed_le_down_fast 14 0 speed le up fast zero_speed_right zero_speed_left nt 420 0 set speed right EE 422 0 set speed leit m p o oO f 24 0 END_STRUCT Abbildung 52 Auszug aus DB 201 und FC26 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 89 4 8 4 Beispiel fur die Verwendung von parametrierbaren Variablen Es wurde versucht so viele Funktionen wie m glich mit parametrierbaren Variablen ab zuarbeiten Durch die Anwendung von parametrierten Variablen wird ein Code welcher f r mehrere gleichabzulaufende Funktionen ben tigt wird einmal programmiert und kann dann beliebig oft mit verschiedenen Variablen belegt werden Abb 53 und Abb 54 zeigen die Wegmessungen der Winkelzylinder welche viermal insgesamt an der Anlage verwendet werden die Umsetzung der Analogwertskalierung mit parametrierten Variab len erfolgte 18 mal Netzwerk 28 start auto angel left back U M SPBN m072 CALL cal_angels_left iduct_sens_in El4 iduct_sens_out El5 iduct_s
61. en EE ele Be 52 3 10 1 Einsatz der Speicherprogrammierbare Steuerung an der FVM 53 4 Praktischer Teil Neuentwicklung nn 57 4 1 INSPEKTION der MASCHINE en een al 57 4 1 1 Allee EE E LE 57 4 1 2 Mechanischer Zustand 58 4 1 3 Pneumatische Komponente N u ee 59 4 1 4 AV OFAUIKANIAG EE 59 4 1 5 EORI IK 60 4 1 6 Bedienung Steuerung und Regelung 60 4 1 7 Folgerung AUS der INSPEK ON 62 4 2 Umweltbedingung erforschen 62 4 2 1 Temperatur und Feuchtigkeit im Gchaltechrank Rennen 62 4 2 2 Temperatur und Feuchtigkeit im Tunnel 63 4 2 3 VEISCHNUZUNG er ee 63 4 3 Anwenderspezifikationen nennen nnnn nennen ennnnnnnnenennenen 64 4 4 Planung der Neuentwacklug nenn nen nennnnenennnnnnenennenenennn 65 4 5 Mechanische Bauteile und Funktionen nennen nennen nennen 66 4 5 1 ANDIESS ACER und series sine A 66 4 5 2 Erh hen des Sicherheitsfaktors der Bremsen am Grundwagen 72 4 5 3 Getriebesicherheit erh hen nenne 73 4 6 Hydraulische und elektrische Einstellungen nenn 73 4 6 1 ek del eeler 73 4 6 2 Bremsentl ftung Seitenerektor und Grundwagen nennen 77 4 6 3 FOIIENaDIO UNg se einen 78 4 7 Anpassen der Messsysteme nun 79 Abbildungsverzeichnis 4 7 1 Ee RUE SICHERU
62. ens_middle El5 stop_angel_in El3 start_auto_angel 82 viri_is_pos_out PAW29 0 viri_is_pos_in viri_must_value viri_reset_must viri_reset_is m_ready_angel LA He mO72 NOP 0 Abbildung 53 parametrierte Variable fur die Abstandsmes sung der Winkelzylinder Hinten Netzwerk start auto angel left front SPBN mO73 CALL cal _angels_left iduct_sens_in 12 iduct_sens_out i E13 iduct_sens_middle El4 stop_angel_in El3 start_auto_angel M82 5 viri_is_pos_out PAW288 viri_is_pos_in PAW2 8 8 viri_must_value gt viri_reset_must viri_reset_is m ready_angel mO73 NOP 0 Abbildung 54 parametrierte Variable fur die Abstands messung der Winkelzylinder Vorne 90 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 8 5 Analogwerte aufzeichnen Ein weiterer Vorteil analoge Werte in Datenbausteine zu transferieren liegt darin dass jene bei der verwendeten Zentralbaugruppe ohne weitere Einstellung remanent gespei chert werden Dies wird bei der FVM genutzt um eine programmierte Datenaufzeich nung von Hydraulikdr cken Spannungsmessungen Abstandsmessungen und Z hlern durchzuf hren Die gespeicherten Werte k nnen somit f r die Voreinstellung von Fahr geschwindigkeiten Toleranzunterschieden in der Abstandsmessung und Alarmen f r Fehler genutzt werden Netzwerk 2 calculate max pressure max pressure right back driving up L rpressure_messureing l 1 L Fpressure_messureing
63. er Gesch ftsleitung der OPG diskutiert Nach etlichen Jahren der Planung und geologischen Nachweisen wurde am 25 Juni 2004 das Projekt von der Regierung Ontario Kanada freigegeben und den Energiehersteller OPG beauftragt das Vorhaben zu verwirklichen Aufgrund der schon bestehenden Tunnels und der geologischen Verh ltnisse wurde das Projekt mit unten stehenden Details zur Fertigung ausgeschrieben und im August 2005 an den sterreichischen Unternehmung Strabag AG vergeben e 10 4 Kilometer L nge e Maximale Durchflussrate 500 m sec e Maximaler Innendruck ca 15 bar e Durchmesser Vortrieb 14 45 m Einleitung 3 1 2 2 Herstellungsprozesse NTFP Grundsaizlich sieht das System des NTFP eine prim re Spritzbetonsicherung mit einer unbewehrten 600 mm Betoninnenschale vor Um die Dichtheit nach aussen zum Gebirge hin zu gew hrleisten wird zwischen Spritzbeton und Innenschale eine Abdichtungsmembrane installiert Weiters werden Injektionsarbeiten auf beiden Seiten der Dichtungsbahnen ausgef hrt um den Tunnel zu Betten und Vorzuspannen 1 2 2 1 Geologisch Geotechnische Verh ltnisse Die horizontale Schichtung des Gebirges ist charakteristisch f r die geologischen Verh lt nisse in dieser Gegend Die Schichtung des Tongesteins stellt jedoch auch den bedeu tendsten Nachteil f r den Tunnelbau dar Eine dichte Auskleidung ist aufgrund der geologischen Verh ltnisse quellf higer Ton stein erforderlich Daher beschr nkt sich die Auswa
64. erenzdaten richtig deklarieren und erweitern Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 61 4 1 7 Folgerung aus der Inspektion Zur Erhebung der notwendigen Entwicklungen und Anderungen wurden im Zuge der Inspektion alle Funktionen an der Maschine betatigt Wie man an den vorgenannten Punkten erkennen kann sind noch zahlreiche Fehlfunktionen an der Maschine zu besei tigen Es sind die Spezifikationen abzukl ren und die Umweltbedingungen zu erfor schen mechanische hydraulische elektrische und programmiertechnische Anwendun gen abzu ndern Um alle nderungen durchzuf hren sind Messungen an der Hydraulik Mechanik und Elektrik vorzunehmen 4 2 Umweltbedingung erforschen Da sich die Maschine in einem Tunnel befindet und die Umweltbedingungen im Vor hinein nicht feststanden wurde diese gemessen Diese Bedingungen haben starken Einfluss auf die Betriebsmittel Die Messungen beziehen sich auf den Punkt 3 2 Verwendetes Messmittel Um die Umweltbedingungen Temperatur und Luftfeuchtigkeit zu messen wurden spe zielle Datenlogger von der Firma ThermoWorks verwendet Dies ist ein einfacher Da tenlogger welcher mit einer Batterie versehen ist und bis zu zwei Jahre Laufzeit garan tiert Diese Datenlogger wurden in dem Hauptschaltschrank der Maschine und in der freien Umgebung im Tunnel angebracht 4 2 1 Temperatur und Feuchtigkeit im Schaltschrank Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Schaltschrank werden durch L fter und Heizun
65. erkkonfiguration Den Aufbau der Hardwarekonfiguration zeigt Abbildung 51 Es wurden Analogmodule Visualisierungsmodule und ein Zugriff der Anlage ber Ethernet hinzugef gt NetPro mim v2 Netz C Propram EU is Projimim v2 7 958 Netz Bearbeiten Einf gen Zielsystem Ansicht Extras Fenster Hilfe FIN Soe aa 8 oS Ethernet 1 Eihernet Bereit Abbildung 51 Hardware und Netzwerkkonfiguration Alle getroffenen Einstellungen sind in der Software nachzulesen 88 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 8 3 Auszug des Datenbausteins 201 fur die Erfassung von Analog werten Es ist von groBem Vorteil alle analogen Werte in einem globalen Datenbaustein zu ver walten da der Transfer zu Visualisierungsgeraten wesentlich bersichtlicher und einfa cher ist Auch ist es einfacher Variablen aus einem Datenbaustein ofters anzuwenden Wird zum Beispiel der Analogwert fur das Proportionalventil zum Verfahren des Grund wagens nach der Skalierung angeschrieben und der Prozentwert der Fahrgeschwindig keit 0 100 f r eine prozentuell Anwendung verwendet m sste der Abgleich zu dem Prozentwert jedes Mal gerechnet werden Mittels der Anwendung der Werte in einem Datenbaustein wird im Programm nur der benotigte Wert aufgerufen und in die Berech nung transferiert Netzwerk 17 m set speed right down fast M 81 M 80 M 81 3 sp04 speed_drive_erector speeds_erector_fc23_fc24 speed_ri_down_fast speed_drive_erector sp
66. erne Antriebe verwen den Elektromotoren die kleiner kosteng nstiger und noch dazu wartungsfrei sind Die Regelung erfolgt ber Frequenzumrichter und jene k nnen ohne gr eren Aufwand mit tels der SPS gesteuert werden Dasselbe gilt f r den Motor der Folienabrollung 5 1 4 Verlegeeigenschaft Der gesamte Erfolg der Folienverlegung liegt im Prinzip in der Kenntnis mit welcher Kraft Vibration Geschwindigkeit und mit welchem Anpressmittel die Folienbahn an das Klett zu dr cken ist Diese Eigenschaften m ssen bei einer weiteren Entwicklung einer Maschine bereits schon im Vorhinein bestimmt werden Hierzu w re die theoretische Berechnung und eine weitere Ausarbeitung des beschriebe nen Systems unter Punkt 3 5 1 und Punkt 3 6 fertigzustellen und in die Praxis umzuset zen Durch die Fertigstellung dieser theoretischen Annahme kann eine weitere Maschine wesentlich kosteng nstiger und mit einem geringeren Aufwand hergestellt werden 96 Schlussfolgerungen 5 2 Langzeitbeobachtungen Durch st ndige Inspektionen und Beobachtungen der Maschine konnten viele Erfah rungswerte bez glich Langzeitauswirkungen von Betriebsmitteln unter den vorhandenen Umweltbedingungen gesammelt werden 5 2 1 Elektrik und Elektronik Der Einsatz von L fterelementen und Heizungssystemen in Schaltschr nken sind unter diesen Bedingungen mit den verwendeten Komponenten nicht notwendig und f hrt zu Komplikationen an der Anlage Die verwendeten Kabelisolierunge
67. erung und Neuentwicklung der Funktionsabl ufen und Betriebsmitteln an der Maschine Weiteres wird mit dieser Arbeit beschrieben dass Vereinfachungen oft h ufig einen Mehrwert darstellen Auch wird darauf eingegangen dass bei der Herstellung und Entwicklung einer solchen Maschine durch die ausf hrliche Arbeitsvorbereitung vorl ufige Festlegung der Spezifikationen und einer intensi ven Auseinandersetzung mit dem zu verarbeitenden Materialien die Effizienz wesentlich bei der Entwicklung gesteigert wird Inhalt ADDIIGUMGOSVElZGI CANS an ei IV TADCHENVERZEIC LTE Vil FOrRMEIVETZEIENNIS ne ee Vill ADKUTZUNGSVErZEeICHNISs EE X 1 EinleilUNg en Eee 1 1 1 Struktur und Zielsetzung der Arte 2 1 2 Niagara Tunnel Projekt 3 1 2 1 Projektbeschreibung A 3 1 2 2 Herstellungsprozesse E 4 1 2 3 Auswirkung nderung Anwenderspezifikationen am NTER 8 1 3 Beschreibung der 10 1 3 1 Elte ta EE 14 1 3 2 F RKIONSaADlAll E 20 2 Allgemeines im Sondermaschinenbau 21 2 1 Richtlinien im 22 2 1 1 IMASCHINENTICHLINIEN EE 22 2 1 2 Richtlinien au erhalb des Ell Haumes nenn ennenen 24 2 2 Mechatronik im Zonderma schinenbau nenn nennen 24 3 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 2 2002200200002n00na
68. etrieachse befinden Bei der Verwendung von Ultraschallsensoren sind die Messgenauigkeit und der Messer folg von den Umgebungsparametern der richtigen Wahl der Frequenz und die Geomet rie des Reflektors abh ngig Umgebungsparameter werden nach dem bekannten Wellengesetz ermittelt Der Zusammenhang zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit v der Wellenl nge A und der Frequenz f betr gt Formel 24 Wellengesetz Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist auch noch stark von der Temperatur abhan gig sollten groBe Temperaturunterschied auftreten sind Sensoren mit integrier ten Temperatursensor anzuschaffen denn jene k nne Temperaturunterschiede kompensieren und somit ein stabiles Messbild abgeben T 0 vo 14 73 Formel 25 Geschwindigkeit in Abh ngigkeit der Temperatur Bodo Heimann 2007 Seite 91 Die Frequenz ist abh ngig von der Entfernung des zu messenden Objektes je weiter die zu messende Wegstrecke ist desto kleiner ist die Frequenz zu w hlen und wird vom Hersteller vorgegeben Die Reflexionseigenschaften der zu messenden Objekte sind f r die Abstands messung entscheidend deshalb muss der Reflexionsfaktor R ber den Wellen widerstand W abh ngig von der Dichte o und der Schallgeschwindigkeit c des Mediums bestimmt werden W p c Formel 26 Wellenwiderstand Wz R W Wi Formel 27 Reflexionsfaktor Informationen fur Ultraschallsensoren von Bodo Heimann 2007 Seite 89 92 46 The
69. f r weitere Projekte vorgesehen und be sch ftigt Allgemeines im Sondermaschinenbau 21 2 1 Richtlinien im Sondermaschinenbau Selbst wenn Sondermaschinen komplex sind mussen bei der Entwicklung und Konstruk tion die aktuell gultigen Richtlinien fur das Land in dem die Maschine eingesetzt wird eingehalten werden Richtlinien werden im Europaischen Parlament und von dem Rat der Europaischen Union erlassen So wie alle Richtlinien welche vom Europaischen Parlament ausgehen haben diese keine unmitteloare Gesetzwirkung sondern mussen von den einzelnen Mitglieds staaten in ihr eigenes nationales Recht umgesetzt werden Arakanga 2012 Der Erlass der Richtlinien hat zum Ziel dass alle im EU Raum gefertigten Maschinen welche in Verkehr gebracht werden denselben Sicherheitsstandard und ein gefordertes Mindestma an Qualit t aufweisen Inverkehrbringen siehe Seite 254 Artikel 5 Volker Krey 2009 2 1 1 Maschinenrichtlinien Das Wort Maschinenrichtlinien setzt sich zusammen aus den Worten Maschine n und Richtlinie n Maschine Maschine stammt aus dem griechischen unxavr mechane und bedeutet Werkzeug k nstliche Vorrichtung Mittel e Eine mit einem anderen Antriebssystem als der unmittelbar eingesetzte menschliche oder tierische Kraft ausgestattet oder daf r vorgesehene Ge samtheit miteinander verbundener Teile oder Vorrichtungen von denen mindestens eines bzw eine bewegliche ist und
70. g 26 Abbildung 27 Abbildung 28 Abbildung 29 Abbildung 30 Abbildung 31 Abbildung 32 Abbildung 33 Abbildung 34 Abbildung 35 Abbildung 36 Abbildung 37 Abbildung 38 Abbildung 39 Abbildung 40 Abbildung 41 Abbildung 42 Abbildung 43 Abbildung 44 Abbildungsverzeichnis Einfache Drossel Indukiivsensor nenn nnnn nenn nenn nenn nennen 47 Ausgangssignal des magnetischen Feldes NXP 2009 48 magnetischer Sensor Ineltek 2012 48 Temperatur und Luftfeuchtigkeit Schaltschrank 63 Ordnerstruktur f r Proiektdaten nenne nenne nennen 65 Anpressr der mit hartem Gummi 66 Radautnahme orate bata house 67 Neue Anpressr der cccccccceeecceeeceececeeecceeecsusecsuecaueeceusecsueeeueessuesseeeseas 67 Messger te Vbratonsmeseunmng nen nnn nam nnn anne nnne nennen 68 Sensoren f r nenne nnnnnenenne nen 69 V Bralonsmessung Tasse 69 Messgraph f r G Messung am Ruttler nennen 70 Beschleunigungssensor am Heten nennen 70 Vibrationsmessung am Helen 71 Stahlbremspacken WE 72 Bremsbacken mit DBeschchtunmg nenn nenne nennen 72 Schaden an Hvdrauikmotor nenne nnnn nennen 73 Motorschutz berhitzung und Elektromotorschaden een 74 MeSSAUIDAU e ele TE 75 Bremsschaltung SeitenerektOr nenne nnnnn nenne nenne enennenen 77 Folienabrollmotor mit Mooring Prinzip
71. g zugef hrte Motorleistung P V sms Nyol 1000 l min Formel 14 F rdermenge Pumpen Q 3 7 2 Hydraulische Motoren Bei der FVM finden sogenannte Gerotormotoren bei der FVM ihre Anwendung F r De finition siehe Anlage Teil 1 Berechnungsgrundlagen Hydraulikmotor Wie bei den Pumpen treten ebenfalls bei Motoren Verlustleistungen auf Die Ursachen der Verluste sind die gleichen wie bei den Pumpen Leck bzw Volumenverluste Es bedeutet M theoretische Moment Vino theoretisches F rdervolumen Qin theoretische Schluckmenge nyo volumetrischer Wirkungsgrad n Drehzahl Ap Druckgefalle a Volumeneinstellung w Winkelge schwindigkeit 38 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Mapgef Min My Nm Formel 15 effektiv abgef hrtes Drehmoment Bauer 2009 Seite 119 Formel 16 mechanisch hydraulischer Wirkungsgrad Bauer 2009 Seite 119 _ Qtn Ving Qe l min Formel 17 Effektiver Schluckstrom Q Bauer 2009 Seite 120 Ap a Vino 2 Map Men Nmn Formel 18 Abgegebenes Drehmoment M Bauer 2009 Seite 120 w Map Ap Qtr Ne vol Pu Qe Formel 19 zugef hrte Leistung P Bauer 2009 Seite 120 3 3 Hydraulische Kuhlung Gerade bei einer Anlage wie der FVM ist eine konstante Oltemperatur sehr wichtig da sich mit steigender bzw fallender Oltemperatur die Effektivitat der anzusteuernden hyd
72. gen Einleitung 17 Pos 2 Haupterektor Der Hpt Erektor ist zur Folienaufnahme und fur zwei Drittel der zu verlegende Flache im Gew lbe zust ndig Am Haupterektor ist ein Korb siehe Abb 12 Pos 7 angebracht wel cher ein Bedienen und das Mitfahren mit der Maschine erm glicht Gesamtgewicht Ca 9 5 T Max Fahrgeschwindigkeit des Erektors 4x hydraulisch Schluckvolumen kont BEE ee Steuerung Tabelle 4 technische Daten Haupterektor Arbeitsdruck kont 160 bar 18 Einleitung Pos 3 Seitenerektor Der Seitenerektor ist erforderlich um den Bereich welcher hinter dem auf der Seite ge f hrten F rderband siehe Abb 12 Pos 11 abzudecken Bei den bisher gebauten Ma schinen war eine solche Konstruktion nicht notwendig da die Verlegung entweder nach dem der Tunnelvortrieb abgeschlossen war oder das Materialf rderband der TBM mittig gefuhrt wurde Der Seitenerektor ist eine fur sich eigenstandige Einheit und kann vom Haupterektor aus oder vom unteren Teil des Seitenerektor aus gesteuert werden Gesamtgewicht Max Fahrgeschwindigkeit Stromversorgung 24 VDC Bremssystem Im Fehlerfalle durch verkeilen des Erektors Antriebseinheit Hydraulisch mechanisch Einleitung 2x hydraulisch 200 bar es Me anemia 51201m _ BE Schaltventile 24 VDC und0 10VDC_ Bedienung SPS gesteuerte Bedienpulte Ansteuerung 1 SPSStep7 7 Tabelle 5 technische Daten Seitenerektor 19 1 3 2 Funktionsabl
73. gleichm Big die Membrane an den Gew lbeuntergrund anzupressen Aufgrund der Materialei genschaften der zu verarbeitenden Folie sind die physikalischen Eigenschaften des An pressmittels anzupassen Hierzu sind folgenden Schritte erforderlich e Spezifikationen der Folie und der Klett einholen Materialeigenschaften o Verarbeitungsmethode e Technische Spezifikationen von Anpressradern o Art des Reifenprofils Reifendruck Vibrationseigenschaft Erfolgreiches Verbinden der Kletts zum Vlies an der Folie ist abh ngig von dem Zu sammenspiel von Vibration H rte des Rades dem der Anpressrader so wie in der Verlegegeschwindigkeit Diese Eigenschaften sind unter Punkt 3 6 theoretisch am System dargestellt im praktischen Teil unter Punkt 4 5 1 sind der Messaufbau die neue Konstruktion der Radaufnahme und der Typ der verwendeten Anpressr der be schrieben 3 5 2 Anpassung der mechanischen Getriebeeinheiten Aufgrund der nderungen am System werden verbesserte Getriebenheiten ben tigt Um die Getriebeeinheiten richtig auszulegen sind Neuberechnungen und mechanische An passungen notwendig Alle Berechnungen bzgl der mechanischen Getriebenheiten wurden vom Hersteller der Getriebe durchgef hrt und bereitgestellt Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 33 Begriffsbestimmung Getriebe Getriebe bertragen die Leistung des Antriebsmotors auf Werkst ck und Werkzeugtr ger oder bewegliche Teile
74. gsabtei lung und der daf r verwendeten Sondermaschine Die Herstellung der Maschine ist des halb so aufwendig da sich das zu verarbeitende Material und die Toleranzen der abzu dichtenden Fl che im Laufe der Entwicklungszeit der Maschine ndern Die zu verlegen de Folie f r das NTFP im Gew lbe musste ebenfalls aufgrund der nderung des Aus bruchsverhaltens modifiziert und neu entwickelt werden Um jedoch die neuentwickelte Folie an der Tunnelwand installieren zu k nnen muss die Maschine ebenfalls adaptiert werden Dies bedingt auch eine Neuentwicklung in den Automatisierungskomponenten g 1 3 Beschreibung der Folienverlegemaschine Folienverlegemaschine finden in vielen Bereichen ihre Anwendung Die wohl bekanntes ten Maschinen finden im Agrarbau siehe Abb 7 und in der StraBenmalerei siehe Abb 6 ihre Verwendung Im Agrarbau werden Folienverlegemaschine verwendet um die Mul che mit einer fur die Saat durchl cherten Folie abzudecken Bei der Stra enmalerei wer den Folienverlegemaschine eingesetzt um die Fahrbahnabschnitte mittels einer Folie zu kennzeichnen Jene Maschinen werden in Serie gefertigt und werden kommerziell vertrie ben Im Regelfall handelt es sich hierbei um kleine leicht transportierbare Maschinen mit einem Gewicht in der Gr enordnung von bis zu einer Tonne Abbildung 6 FVM im Stra enbau Abbildung 7 FVM im Agrarbau Eine individuelle und einzigartige Anwendung finden Folienverlegemasc
75. gsdaten der FVM fur den Verfahrvorgang der Erektoren berechnet Die unten angefuhrten Berechnungen werden mit dem maximal verfugbaren Volumen der Komponenten durchgefuhrt Es bedeutet Vinoi 2 theoretisches Fordervolumen volumetrischer Wirkungs grad Drehzahl Volumeneinstellung Nz Az Vino2 Qe n a Vino1 Nyon L min vol2 Formel 20 Gleichsetzung der lstr me Pumpen zu Motoren Q Bauer 2009 Seite 203 ae E Veno1 n 1 voll vol2 Ny 9 Veno2 Formel 21 Drezahl bersetzung Bauer 2009 Seite 203 M2 _ 42 V no2 Nm GiB Vines Nmn Nmn2 Formel 22 Drehmomentenubersetzung hydr Getriebe 2 Bauer 2009 Seite 203 3 7 4 2 Einstellung der Pumpensteuerung der FVM Die Pumpensteuerung erfolgt mittels einer durch eine Blende konstant geschalteten Load Sensing Steuerung LS Steuerung Eine LS Steuerung auch Bedarfssteuerung genannt ist eine Art den Schenkwinkel und somit auch die F rdermenge einer Pumpe nach Bedarf regeln Das Prinzip der LS Steuerung ist sehr einfach Das LS Ventil siehe Pos 3 Abb 18 wird mittels einer Steuerleitung welche im Druckkanal angeschlossen ist mit Druck beaufschlagt Bei Pumpen welche eine LS Steuerung integriert haben steht der Schwenkwinkel der Wiege immer auf maximalen Steuerwinkel Schwenkwinkel max gr tes m gliches F rdervolumen Wird die Pumpe angetrieben und keine Funktion am hydraulischen System be
76. gsmodul Abb 44 Pos 2 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 79 oC 151SSI Rev 9 Pos 1 A 3 Sollwert PAM 192 30 Pos 2 Abbildung 44 Proportionalventilverstar kermodul Fohrertrieb mit Abasit Dn 746 085 570 Abbildung 45 Auszug Hydraulikschema FVM Fahrantrieb Haupterektor 80 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Umsetzung der Steuerung und Regelung Die Ansteuerung der Fahrmotoren der FVM durch das Steuerventil erfolgt proportional Die Drehzahl und der daraus resultierenden Weg den die Motoren zur cklegen werden mittels der Drehgeber und im Auswertemodul erfasst Das Modul erfasst die Differenz der beiden Drehgeber zum Ausgleich der Differenz wird das proportional gesteuerte Gleichlaufregelventil angesprochen Dabei wird die Hochdruckseite des fehllaufenden Motors kurzzeitig zum Tank hin entlastet somit f llt der zu schnell laufende Motor zu r ck Normalerweise findet dieses System bei Gleichlaufsteuerungen f r Zylinder seine An wendung Die Herausforderung besteht bei einem proportional angesteuerten Fahran trieb dieses Systems die Einstellungen am Modul und die Nullpunktkompensationen der Proportionalventile exakt abzugleichen Mit den durchgef hrten Einstellungen wird eine Gleichlaufgenauigkeit von 3 5mm erzielt Der Nachteil bei der Verwendung eines Steuermoduls dieser Art ist dass nur digitale Eing nge an der SPS angesprochen werden k nnen und somit die Werte der Absolut wertgeber nich
77. h beschrieben da der gesamte Prozess ohne die FVM nicht in dieser Art durchgef hrt werden kann theoretischer Teil theoretische Ausarbeitung der anzupassenden bzw neu Zu entwickelnden Betriebsmittel praktischer Teil Umlegung der theoretischen Ausarbeitung in die Praxis Schlussfolgerung kritische Betrachtung der Maschine und Lerneffekt aus der Ar beit Das Ziel dieser Arbeit besteht darin die erforderlichen Schritte und Modifikationen welche im Zuge der Neuentwicklung notwendig sind thorethisch und praktisch wiederzugeben die verwendeten Betriebsmittel und Technologien werden beschrieben darzustellen wie Prozesse vereinfacht werden k nnen den Projektverlauf der Neuentwicklung wiederzugeben aufzuzeigen welche Auswirkung nderungen fehlende Informationen in der An wenderspezifikation und Projektdokumentation haben das Resultat der neu zu entwickelten oder angepassten Betriebsmittel zu erl utern HINWEIS Die beschriebenen Punkte behandeln die durch die Neuentwicklung durchgef hrten n derungen an der FVM Nach der umfangreichen Inspektion und der Abstimmung des gew nschten Endergebnis ses geht hervor welche Betriebsmittel neu konstruiert neu programmiert oder umgebaut werden m ssen Die Maschine wurde in Deutschland vormontiert und es fand eine Werksabnahme statt Schlussendlich wurde die Maschine vollst ndig in Kanada in Betrieb genommen Die Mo difikationen welche im Zuge der Neuentwicklung notwendig waren
78. h definiert werden Es werden Kommunika tion und Verantwortung in einem Projekt bestimmt Es gibt viele Arten der Festlegung der Ablauforganisation welche auf Projektgr e und Projektart abgestimmt werden muss Folgendes wird bei der Ablauforganisation festgelegt WER Auftragtrager Arbeitsteilung zwischen Auftragtragern WOMIT Sachmittel technische Ausstattung WO Ort Ortliche Aufgabenwahrnehmung WANN Zeit Zeitliche Aufgabenwahrnehmung Goldhahn 2010 Am besten geeignet fur die Kommunikation und das Abstecken der Verantwortungsbe reiche eignet sich das sogenannie Stabliniensystem Das Stabliniensystem baut sich hierarchisch auf Es hat den Vorteil dass nur eine Per son bzw deren Vertretung alle Projektgeschehnisse verwaltet und steuert Abbildung 15 Stabliniensystem Goldhahn 2010 32 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 3 5 Anpassung der mechanische Bauteile nderungen an den mechanischen Bauteilen f r die neuentwickelte Maschine wurden an folgenden Komponenten durchgef hrt 3 5 1 Anpassung der Anpressrader Die FVM ist durch das verwendete Abdichtungssystem und deren Art der Installation einzigartig Die Folie wie in der Einleitung beschrieben wird mittels eines sogenannten Klettsys tems am Gew lbe installiert um die knapp 450 kg schwere 3 9 Meter breite und 31 Me ter lange Folie an der Tunnelwand zu befestigen Anpressr der dr cken die Folie an die vorbereitete Tunnelwand um dadurch
79. hine im Tun nelausbau F r die Anwendung im Tunnelausbau wurden bis heute erst etwa 15 voll und halbautomatische Folienverlegemaschine weltweit entwickelt Jede Maschine ist eine eigens f r den mit Folie auszukleidenden Tunnel hergestellte Sondermaschine und weicht von ihren oben angef hrten Namensveitern in ihrer Gr e und Gewicht stark ab Die Hauptfunktion dieser Maschinen besteht darin das Gew lbe des Tunnels mit einer Abdichtung zu versehen Die Maschine amortisiert sich ausschlieB lich durch ihre Einsatzdauer aufgrund der L nge des Tunnels Aufgrund der Gr e der abzudichtenden Tunnels ist die die Verlegung der Folie ohne eine Maschine h ndische Verlegung nur mit sehr hohem Personalaufwand m glich Das Verh ltnis von h ndischer zur maschinellen Verlegung steht 7 zu 1 der ben tigten Arbeitskr fte Die Differenzierung dieser Maschinen ergibt sich aus e TunnelgroBe Lange und Durchmesser e Untergrundbeschaffenheit e Typ der zu verlegenden Folie e Befestigung des Abdichtungssystems e Infrastrukturelle Gegebenheiten im Tunnel 10 Einleitung Beispiel eingesetzter Folienverlegemaschine Projekt Ort Datum Einsatz Abdichtungssystem Perschling Klebesystem Gotthart Tunnel Klettsystem NTFP Kanada 2010 2013 Klettsystem Tabelle 1 Eingesetzte Folienverlegemaschine Folienverlegemaschine beim Die Folienverlegemaschine die im NTFP eingesetzt wird ist weltweit die erste Maschine welche zu den st
80. hl der Auskleidungsart auf wenige Varianten Stahlpanzerungen oder GFK Ausf hrungen der Innenschale sind aufgrund des sehr gro en Querschnitt von 12 6 12 9 m aus monet rer Hinsicht nicht vertretbar und unwirtschaftlich Eine Betonauskleidung mit Abdichtungsmembrane stellt die kosten g nstigste Variante dar Wegen den ung nstigen geologischen Verh ltnisse und den dadurch aufgetreten enorm gro en berprofilausbr chen musste der Unternehmer spezifische Methoden zur Auf rechterhaltung des Vortriebs entwickeln Spannungsbedingte berbr che erreichten lokal eine Tiefe von bis zu 6 F r die Nachprofilierungsarbeiten waren umfassende Konsolidierungsinjektionen notwen dig um die gew nschten Eigenschaften des Gebirges f r die Bettung der Innenschale wieder zu herzustellen Die Auswirkungen betrafen in weiterer Folge ebenso das Abdich tungssystem welches dem nun sehr ungleichm igen Regelprofil nicht mehr folgen konn te Das angedachte Zweilagensystem wurde daher im Gew lbe durch ein Einlagensystem ersetzt werden 1 2 2 2 Abdichtung der Sohle und Installation der Injektionsschlauche Ein Gro teil der Geologie in der der Tunnel mittels TBM aufgefahren wird ist ein soge nannter Queenston Shale Bei dieser Tonsteinart wird eine Quellf higkeit vermutet Da her wird vom Bauherrn gefordert dass Tunnel nach au en hin absolut Wasserdicht abge dichtet wird Denn sollte das Gestein zu quellen beginnen besteht die Gef
81. ichen Gr sse des Bauwerks geplanten Bauablaufes mussten Sondermaschinen mit speziellen Anwenderspezifikationen entwickelt werden Wegen der geologischen Gegebenheiten wird technisch gefordert dass der Stollen nach haltig abgedichtet wird um eine Migration des Stollenwassers in das umliegende zum Quellen neigende Gebirge zu vermeiden F r die Applikation der wasserdichten Folie ist eine eigene Folienverlegemaschine siehe Punkt 1 3 zu entwickeln Gerade im Tunnelbau kommt es oft zu unerwarteten Herausforderungen da sich die zu vor liegenden Gesteinsschichten oft eher weniger gut bestimmen lassen In Bezug auf das NTFP hat sich wie so oft nach dem Baubeginn herausgestellt dass das vorhande ne Gestein br chiger ist wie von dem Geologen vermutet wurde Dies hat zur Folge dass s mtliche sondergefertigte Maschinen und Prozesse sich neuen Anwenderspezifikationen stellen m ssen Auch die ben tigte Folienverlegemaschine ist aufgrund der ge nderten Spezifikationen von ihrer Grundkonzeption bis zur Steuerung neu zu entwickeln Abbildung 1 Folienverlegemaschine vom NTFP Einleitung 1 1 1 Struktur und Zielsetzung der Arbeit Die Arbeit strukturiert sich wie folgt Einleitung Vorstellung des Projekts NTFP generelle Beschreibung der Folien verlegemaschine FVM nach der Neuentwicklung Erl uterung der Bedeutung des Sondermaschinenbaus in Bezug auf die Folienverlegmaschine Der Einleiten de Teil ist ausf hrlic
82. ie Anwender spezifikationen ge ndert haben Nicht alle Randbedingungen k nnen im Voraus im Tun nelbau bestimmt werden und es kann zu laufenden Ver nderungen kommen Werden die Spezifikationen jedoch ge ndert und aus dieser nderung geht hervor dass eine schon bereits entwickelte Sondermaschine nicht mehr die vorgesehene Aufgabe erf llen kann muss eine Neuentwicklung angesetzt werden Um eine Neuentwicklung sinnvoll zu gestalten ist ein Klarstellen der Spezifikationen unausweichlich Die Spezifikationen setzten sich aus den unten angef hrten Teilen zusammen e Umweltbedingungen e Arbeitsplanung e Zu verarbeitendes Material e Automatisierungsgrad der Maschine Bedienbarkeit e Zur Verf gung gestellte Infrastruktur und Betriebsmittel e Budgetrahmen 30 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 3 4 Planen der Neuentwicklungen Die Initialisierung Projektplanung erfolgte nachdem die Maschine einer vollstandigen Inspektion unterzogen die Umweltbedingungen beobachtet und nachgewiesen und die Anwenderspezifikationen klar aufgestellt waren Die qualitative Projektablaufplanung ist der Schl ssel zur erfolgreichen Umsetzung einer Neuentwicklung Die gr te Herausforderung stellt sich dem Planer bei der Festlegung der Termine vor allem f r die endg ltige Fertigstellung Um die Planung effizient und realit tsbewusst aufsetzen zu k nnen muss der Planer bzw Projektleiter ber umfangreiches Wissen der geforderten Thematiken verf ge
83. ile e Hohe Anschaffungskosten e Spezialist ben tigt Abh ngigkeit vom Hersteller der Maschine Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 53 3 10 1 1 Erstellen eines systematischen Steuerentwurfs Wie schon beschrieben liegt im Sondermaschinenbau eine der gr ten Herausforde rungen darin anhand der Spezifikationen die gew nschten Funktionen zu bestimmen Anhand der ge nderten Automatisierungsvorg nge welche durch die Inspektion trans parent werden ist ein neuer systematischer Steuerentwurf umzusetzen Mittels des Entwurfs werden der Arbeitsablauf und damit das Programm dargestellt 3 10 1 2 Hardware Eine SPS ist strukturell wie ein Rechner aufgebaut deren Funktion als Programm ge speichert ist Im einfachsten Falle wird eine SPS mit einer Stromversorgung und einem Ssteuerungsprozessor CPU realisiert Um die FVM zu automatisieren werden weitaus mehrerer Hardwarekomponenten ben tigt Bei der Maschine kommen zum Steuerungsprozessor noch Peripherieprozessoren und die daf r notwendigen Schnittstellen hinzu Die verbauten Prozessoren sind teilwei se im Programm und in der Steuerung implementiert und es gilt die vollst ndige Imple mentierung umzusetzen Die Anzahl der zu verwendeten Prozessoren ist durch die Kommunikationseigenschaf ten begrenzt Die zu verwendete Hardware ist mittels der Anwendung zu bestimmen je nachdem wie viele digitale oder analoge Ein und Ausg nge zur Steuerung und Rege lung der Anlage notwen
84. ine besondere Herausforderung dar Die Bedingungen unter welchen die Maschine neu entwickelt wurde waren erschwert durch den enormen Zeitdruck die stark begrenzte Anzahl an Fachkr ften und die infra strukturellen Randbedingungen die Maschine war bereits w hrend der Neuentwicklung im Tunnel aufgebaut Obwohl einige Komponenten nach wie vor nicht f r den Einsatz in der FVM optimiert sind erreicht die FVM schlussendlich die vom Kunden geforderte Leistung und sogar dar ber hinaus Nach der Neuentwicklung kann durch die FVM mit zwei Bedienern in einer 12 Stunden Schicht vollautomatisch bis zu 17 Folienbahnen bei einer Toleranz im Gew lbe von bis zu 55 cm auf 4 m L nge verlegt werden Dies entspricht in etwa einer mit Folie best ck ten Fl che von 2 054 m2 Somit erf llt die FVM mehr als das Doppelte der vorgegebenen Leistung Die FVM ist komplett wartungsfrei in Bezug auf steuerungs und regelungstech nische Betriebsmittel Es sind keine laufenden nderungen oder Abgleiche an der Ma schine notwendig Lediglich bei einer allf lligen Fehlersuche oder im Zuge des halbj hrli chen Services siehe Betriebsanleitung sind an der Maschine Einstellungen erforderlich 5 1 Kritik an der Maschine Die FVM ist zwar voll funktionsf hig jedoch sollte bei k nftigen Konzipierungen derartiger Maschinen folgendes beachtet bzw durchdacht werden 5 1 1 Bedienung Die Bedienung der FVM soll vereinfacht werden Zurzeit ist die FV
85. ine von nur zwei Maschinisten bedient wird Ziel bei der Neuentwicklung der Steuerung ist es die Maschine soweit zu automatisie ren dass die Bedienung einfach und sicher ist und alle erforderten Funktionen imple mentiert werden Die Maschine soll schlussendlich ber zwei Moden verf gen einen Automatikmodus und einen Servicemodus Im Automatikmodus ist der Arbeitsprozess die Folie an der Tunnelwand zu installieren so zu realisieren dass der Bediener immer nur einen Knopf gedr ckt halten muss und bei Fehlern oder notwendigen Pausen es immer m glich ist die Arbeitsprozesse abzubrechen Der Servicebetrieb ist f r Service arbeiten vorgesehen und bietet dem Wartungspersonal die M glichkeit alle Funktionen separiert zu fahren Theoretisch k nnte die Maschine komplett mit einer mechanisch hydraulischen Steue rung betrieben werden Dies w rde aber niemals den gew nschten Automatisierungs grad erreichen Um den Anforderungen gerecht zu werden werden Steuerung und Re gelung der Maschine mittels einer SPS umgesetzt Automatisieren Die Automatisierungstechnik ist heutzutage nicht mehr bei der Verwirklichung wegzu denken Das wohl Komplexeste bei der Automatisierung ist dass die Entwicklung sehr schnell voran schreitet Unter dem Begriff der Automatisierung versteht man umgangssprachlich das Umstellen auf selbstt tige Arbeitsvorg nge im Zusammenhang mit fertigungstechnischen oder ver fahrenstechnischen Prozessen Diese Prozesse
86. ition Sanftanlasser Der Sanftanlasser steuert die St nderspannung U kontinuierlich von einem w hlbaren Anfangswert bis zur vollen Netzspannung Dadurch erh hen sich das Drehmoment und der Standerstrom I ebenfalls kontinuierlich Der Sanftanlasser erm glicht also ein stufen loses Anfahren von Motoren aus dem Stillstand Die Verstellung der St nderspannung erfolgt durch Phasenanschnittssteuerung mit anti parallelen Thyristoren Abb 61 die Thyristoren werden so gesteuert dass sie nur Teile der Netzspannungshalbwelle zum Motor weiterleiten und so den Effektivwert der St nder spannung U absenken Das Ma der Absenkung wird durch den Z ndwinkel bestimmt F r a 180 gilt U 0 und fur a 0 gilt U Uyetz Verlauf der Standerspannung Gr Ems Antiparallele Thyristoren Uberbrtickungs 7 VW U d En schalter Es H Motor im Z ndwinkel Rechtslauf Abbildung 61 Sanftanlasser 108 Anlagen Teil 2 Es gibt zwei Arten die St nderspannung bei Sanftanlassern zu erh hen ber die Span nungsrampe Einsatz FVM oder ber die Stromsteuerung Beim Sanftanlauf mit Spannungsrampe f ngt der Strom bei einem Startwert an steigt dann bis zu einem Maximum und f llt beim Erreichen der Bemessungsdrehzahl des Mo tors auf Jy zur ck Der maximale Strom kann nicht im Voraus bestimmt werden Er wird sich je nach Motor und Belastung einstellen Weidauer 2011 Seite 84 85 Spannungsrampe Us I bei Direktan
87. ittstelle der Dreh geber direkt in der SPS zu erfassen doch ist dies aus Kostengr nden leider nicht m g lich Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 81 Ca WEC HO 3 2 Startup Tool for digital control modules WULSt Elektronik GmbH file ot Optons Help CESA E DL Egressepe es feet 15159 1115 02 02 2010 rev 3 Abbildung 46 Softwareeinstellung am Auswertmodul Fur weitere Informationen zu Software oder Hardware siehe http www w e st de 4 7 2 Messsystem Abstandsmessung zur Tunnelwand Wie schon beschrieben ist die Abstandsmessung zur Tunnelwand f r die Automatisie rung der Maschine sehr wichtig An der Maschine waren Ultraschallsensoren verbaut welche fur eine beruhrungslose Abstandsmessung ideal gewesen waren Nicht bekannt war jedoch dass ein Vlies an die Tunnelwand geschossen wird bevor die Folie installiert wird Das Vlies ist ein textil ahnliches Material und hat sehr schlechte Reflexionswerte was zu Storungen am Mess system fuhrt und die Maschine dadurch funktionsunfahig macht Denn gerade die Fahig keit den gro en Ungleichheiten des Gew lbes mit dem Verlegebalken nachzufahren macht diese Maschine so einzigartig 82 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Losung 1 Eine gefedertes Plattensystem welches dem Gewolbe durch Federdruck nachfahrt i bo AAA geneet j Pos 4 f Pos 2 Abbildung 47 Federvorgespanntes Platten Mes
88. kweise hat Die FVM k nnte vermutlich in mindestens 100 verschieden Programmen Anweisungen programmiert werden Das Hauptziel eines jeden Programmierers soll es aber doch sein strukturiert und einfach zu programmieren 56 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 4 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Im praktischen Teil dieser Arbeit werden alle in der Praxis durchgefuhrten Arbeiten wel che fur die Neuentwicklung notwendig sind beschrieben Hierbei werden Ma nahmen Umbauten Tests und Messungen aufgelistet welche zur erfolgreichen Inbetriebnahme der Maschine f hren Die praktische Umsetzung erfolgte im Bereich Mechanik und Hyd raulik mit Zusammenarbeit der Firmen Baystag und der Firma ATP Alle Versuchsauf bauten Messungen spezielle Konstruktionen und steuerungstechnischen nderungen wurden vollst ndig durch den Autor ausgearbeitet und umgesetzt Die unter Punkt 3 eigens f r den Umbau ausgearbeitet wird verwiesen Alle Vergleichs stande der Messungen wurden mittels der im theoretischen Teil angef hrten Berech nungen interpretiert Die gr te Herausforderung ist bei einer schon gebauten und programmierten Maschine zu verstehen wie der Steuerungstechniker gedacht und projektiert hat 4 1 Inspektion der Maschine Die Inspektion der Maschine ergab die folgenden Ergebnisse welche den Leitfaden f r alle notwendigen Umbauten darstellen 4 1 1 Allgemeiner Zustand An der Folienverlegemaschine wurde eine genaue Inspektion
89. l 2 lt R SPB mO l jump max TAK fpressure_messureing l 2 valu mOO1 NOP 0 T oporana eeng Stator pressure max erectors leese 72 view pressure 2 eme es _ Sege Fpresmre_verpressue messwengr emer 1987281 _ Seege Feresure_ner gressue messwenge emer aer Abbildung 55 Analogwerte Aufzeichnen Bsp Anhand DB61 und FB61 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 91 4 8 6 Besonderheiten bei der Programmierung der FVM Bei der Programmierung der FVM kam es darauf an nur elektronische Betriebsmittel f r die Steuerung zu verwenden die schon vorhanden waren Durch die nderungen an der Maschine wurden alle Funktionen neu geschrieben Da in einem Programm alle Funkti onen miteinander verkn pft sind kommt es bei einer nderung in einem Programmab schnitt zu einem fehelenden Programmteil in einem andern Programmabschnitt Es mussten teilweise komplexe Funktionen programmiert werden um die bestehenden Betriebsmittel richtig zu steuern und zu regeln weil jene nicht f r die abge nderten Auf gaben ausgelegt sind Besonders betroffen sind die Funktion der Folienabrollung die Funktion Not Betrieb Fahrantriebe Bremsansteuerungen Not Abschaltung und Funkti onen f r die Verarbeitung von Messdaten All diese Funktionen k nnen im Programm nachgelesen werden und sind in der Be triebsanleitung sowie den Hydraulik und Elektroschemen erkl rt 4 8 7 Bedienung der Maschine Die
90. lauf Begrenzungs Start spannung spannung l In S lo Hochlaufzeit Begrenzungszeit Abbildung 62 Strom und Drehzahl des Asynchronmotors bei Sanftanlauf Durch die Anwendung eines Sanftanlassers stehen folgende Vorteile zur Verf gung wel che sich f r den Betrieb von hydraulischen Getrieben sehr vorteilhaft sind e Anlaufstrom wird reduziert oder begrenzt Versorgungsnetz erf hrt dadurch keine Spannungseinbr che e Das angeforderte Drehmoment wird entsprechend der Last ange passt und schont damit alle mechanische Bauteile der Arbeitsma schine e Kontinuierliche Drehzahlerh hung e Verlust von Spannungen an einer Phase welche bei der Stromver sorgung speziell im Baubereich h ufig sind werden erkannt und der Motor wird bei einem zulange andauernden Phasenausfall ab geschaltet Anlagen Teil 2 A 109 Anlagen Teil 3 Definition Binar und Graycode W hrend bei einer bin ren Codierung die einzelnen Bits 2 ndern wird beim Graycode immer 1 abgezogen 2 1 Werden wie z B bei einem Drehgeber Messdaten ber mehrere Leitungen gelichzeitig gesendet und empfangen so geschieht dies in der Theo rie immer gleichzeitig Die Realit t zeigt aber dass es z B durch Asymmetrien oder Bau teilstreuungen zu Ungleichheiten der Bit bertragung kommen kann Dies f hrt dann zu Fehlern in der Daten bertragen und Auswertung Durch die Subtraktion ndert sich das Bit zum folgenden immer um 1 somit kann der C
91. mel 13 Berechnung zugef hrte Motorleistung beschriebenen ange triebenen Pumpenelemente bestimmen die Leistung welche dem System zugef hrt werden muss um dieses ausreichend mit Energie zu versorgen F r die FVM wirkt als Antriebsmittel der Pumpen ein Asynchronmotor mit Kurzschluss laufer f r Konstantantrieb F r weitere Informationen siehe Anlage Teil 2 Die Wirkleistung P eines Asynchronmotors ist abh ngig von dem Effektivwert der St n derspannung U dem Effektivwert des St nderstroms J und dem Leistungsfaktor P V3 U I Formel 23 Wirkleistung Asynchronmotor Leistung zur Pumpe mit Wirkungsgrad Bei gr ere Belastung und somit zunehmende Schlupf s n hert sich der St nderstrom zeiger i auf dem Heyland Osanna Kreis Richtung u und somit nimmt der Leistungsfak tor cosp ab wird dann aber wieder gr er Weidauer 2011 Seite 75 Der am Typenschild angegebene Leistungsfaktor cos ist jener welcher durch den mar kierten Nennschlupf s hervorgeht Der Arbeitsbereich des Asynchronmotors liegt f r die Drehzahl n im Bereich der Nenn drehzahl ny und f r den St nderstrom I im Bereich zwischen 1 und Iy Abb 19 Der generatorische Arbeitsbereich der f r n gt ng oder n lt 0 erreicht wird tritt von speziel len Bremsschaltung abgesehen nicht in Erscheinung Arbeitsbereich der Drehzahl Arbeitsbereich Is des St nder Abbildung 19 Arbeitsbereiche Betrieb Asynchronmoto
92. n tigte Luftmenge 9 04 m min 6 bar Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 71 4 5 2 Erhohen des Sicherheitsfaktors der Bremsen am Grundwagen Um den Bremssicherheitsfaktor am Grundwagen zu erh hen wurden anstatt der Stahl bremsbacken Bremsbacken mit einer Bremsbackenbeschichtung eingebaut Stahl auf Stahl hat gerade mal einen Reibungskoeffizienten von u 0 15 das f hrt bei einer Bremskraft von 15 kN dem Gesamtgewicht 33 000 kg der Maschine und einem Neigungswinkel von 5 bei dem verwendetem Backenbremssystem zu einem Sicher heitsfaktor von n 1 57 Dies ist f r eine statische Bremswirkung ausreichend doch im Falle der FVM muss die Bremse im Notfall auch dynamisch wirken k nnen Bei einem dynamischen Bremsverhalten ben tigt die Maschine bei dieser Art von Bremsbacken 5 27 m Bremsweg siehe Abb 36 Schleifspuren am Stahltr ger Abbildung 36 Stahlbremsbacken Um dies zu verbessern wurden Bremsbacken mit einer Bremsbackenbeschichtung her gestellt welche unter den beschriebenen Bedingungen einen Sicherheitsfaktor von 5 23 erzielen Der Bremsweg mittels der neuen Bremsen wird auf 0 71 m reduziert Abbildung 37 Bremsbacken mit Beschich tung 72 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 5 3 Getriebesicherheit erh hen Um den Sicherheitsfaktor der Getriebe und deren Wellen ebenfalls zu erh hen wurden diese von einem Sachverst ndigen und der Firma ATP nachgerechnet und nachger s tet Alle Berechnungen sin
93. n o der durch qualifiziertes erfahrenes Fachpersonal Spezialisten unterst tzt werden Der Erfolg eines Projektes ist nur so gut wie die Qualit t des Ergebnisses der Projekt planung Prim r geht es um das Erkennen der Notwendigkeit Qualit t herzustellen Qualit t ist ein umfangreicher Begriff und definiert sich speziell durch das Endprodukt und besonders durch die Zufriedenheit des Kunden Folgende Schritte sind bei der Projektablaufplanung zu beachten 3 4 1 Erstellen eines Arbeitsplanes Anhand des Arbeitsplans sind die erforderlichen Arbeitsschritte definiert und festgelegt Der Arbeitsplan gibt vor welche nderungen mit welchem Zeitaufwand durchgef hrt werden m ssen Bei diesem Projekt dient der Arbeitsplan auch als Lastenheft welches immer in Absprache mit dem Kunden steht verwendet 3 4 2 Arbeitsplan mit Mitarbeitern belegen Nachdem ein Arbeitsplan mittels aller offenen Punkte erstellt worden ist ist der Plan mit Mitarbeitern zu belegen Mittels der Zuteilung der Mitarbeiter auf die zu erledigenden Arbeiten werden sogleich Verantwortungsbereiche abgesteckt 3 4 3 Arbeitsplan mit Zeitlich begrenzen Da bei Projekten wie diesen ein hoher Zeitdruck besteht ist es von enormer Bedeutung den zeitlichen Ablauf klar und realistisch darzustellen Sogenannte Zeitpuffer sind im mer zu ber cksichtigen Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 31 3 4 4 Ablauforganisation Die Ablauforganisation muss klar und deutlic
94. n werden durch die im Tunnel vorhanden Bedingungen Spritzbeton Staub Ru partikel nach ca einem Jahr sehr spr de Dies f hrt teilweise bei Kabeln welche st ndig bewegt werden zu Besch digungen an der Isolierung Verschiedene Kabelisolierungen sind weiterhin in Erprobung Das Ergebnis hierzu liegt zum Zeitpunkt noch nicht vor 5 2 2 Mechanische Bauteile Die Maschine ist wie schon oben beschrieben wartungsfrei in Bezug auf Elektrik und Elektronik allerdings mussten die Wartungsintervalle im Bereich der Mechanik aufgrund der starken Verschmutzungen im Tunnel wesentlich verk rzt werden Durch eine regel m ige Wartung an mechanischen Bauteilen und der Optimierung des Wartungs und Inspektionsplans ist die Maschine ein zuverl ssiges Arbeitsger t und erf llt die Erwartun gen des Kunden Die Getriebeeinheiten Bremsen und Hydraulikzylinder sind so anzubauen dass jene leicht austauschbar sind und nicht feste Bestandteile der Stahlkonstruktion aufwendig demontiert werden m ssen um die besch digten Betriebsmittel tauschen zu k nnen Schlussfolgerungen 297 Literaturverzeichnis 1 A Z 2009 Aufbau Tunnelbahn mit elektrischer leitfahiger Schicht Bad Hall Agru Kunststofftechnik Arakanga 2012 Arakanga Stichwort Maschinenrichtlinie Abgerufen am 26 Marz 2012 von http arakanga de maschinenrichtlinie c1136 ATP 2 2007 hydraulische Motoren K ssnacht ATP Bauer G 2009 lhydraulik Wiesbaden Vieweg
95. n0nnnnnnnn 25 3 1 Inspektion der vorhanden Maschmne nenn nennen nennen 26 3 2 Einfluss der Umweltbedingungen nenn 27 3 3 Festlegen der 30 3 4 Planen der Neuentawichklungen none nennen nenn nennen 31 3 4 1 Erstellen eines Arbeitsplanes 0080 nnnn Bonn nenn nenn anne nenn nenne 31 3 4 2 Arbeitsplan mit Mitarbeitern belegen nenn nenne nennen 31 3 4 3 Arbeitsplan mit Zeitlich begrenzen 31 3 4 4 AD ee A OM DEE E E E EE ER 3 5 Anpassung der mechanische Gauteie Rennen nennen 33 3 5 1 leren EE 33 3 9 2 Anpassung der mechanischen Getriebeeinheiten Rene 33 Abbildungsverzeichnis nd ee ln EE dn Te WEE 34 3 6 Anpassung der pneumatischen 35 3 7 Anpassung der hydraulischen Komponenten nennen nenne 37 3 7 1 Hydrostatische PUMDEN WEE 37 3 7 2 Hydraulische Motoren RE 38 3 7 3 Hydraulische KUMUN a 39 3 7 4 Hydrostatische Ee 39 3 8 Anpassung der elektrischen 42 3 9 Anpassung und Steuerung der Komponenten mit Hilfe von elektronischen 45 3 9 1 Integrierte Mesemmtel nun nnnnnnnnn anne nenn nenn nennen 45 3 9 2 Verwendung von externen Messgeraten 51 3 10 Te
96. nen onen 38 Formel 14 F rdermenge Pumpen Q 2 z0222002020020n0nenn onen nenne nenn name nennenenn namen 38 Formel 15 effektiv abgef hrtes Drehmoment Mabgef Bauer 2009 Seite 119 39 Formel 16 mechanisch hydraulischer Wirkungsgrad nmh Bauer 2009 Seite 119 39 Formel 17 Effektiver Schluckstrom Qe Bauer 2009 Seite 120 39 Formel 18 Abgegebenes Drehmoment Mab Bauer 2009 Seite 120 39 Formel 19 zugef hrte Leistung Pzu Bauer 2009 120 39 VII Formelverzeichnis Formel 20 Formel 21 Formel 22 Formel 23 Formel 24 Formel 25 Formel 26 Formel 27 Formel 28 Formel 29 Formel 30 Formel 31 Formel 32 Formel 33 Formel 34 Formel 35 Formel 36 Formel 37 Formel 38 Formel 39 Formelverzeichnis Gleichsetzung der lstr me Pumpen zu Motoren Qe Bauer 2009 Seite 203 Drezahl bersetzung n2n1 Bauer 2009 Seite 203 Drehmomenten bersetzung hydr Getriebe M2M1 Bauer 2009 Seite 20340 Wirkleistung Asynchronmotor ee 42 WY CIICTIO CS O12 anna 46 Geschwindigkeit in Abh ngigkeit der 46 VNSIISHWIGELSIANd EE 46 MEIIEXIONSIAKIOr lan E 46 Luftspalt Kern Induktivsensor nenn nenn nenn nenn nenn nenn nenn nennen 47 Verfahrweg Motor Sensor pro Umdrehung nennen 49 MRENE
97. ngen notwendig sind f poo Pumpe Links Max Soll Tabelle 6 ben tigte Olmenge FVM Da wie beim Verlegeprozess die maximale Verfahrgeschwindigkeit der Erektoren nur 1 5 m min betragen darf hat man sich mit dem Kunden geeinigt die maximale Verfahrge schwindigkeit der Erektoren auf 2 0 m min elektronisch zu begrenzen Dadurch ist die Anschaffung neuer Aggregate nicht mehr notwendig 76 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 6 2 Bremsentluftung Seitenerektor und Grundwagen Seitenerektor Bei Messungen der Bremsschaltung am Seitenerektor wurde festgestellt dass fallweise durch einen R ckstau in der Leitung die Bremsen nicht vollst ndig entl ftet werden Aufgrund dessen wurde ein zus tzliches Bremsentl ftungsventil angebaut Fahrantrieb mit Absolut Drehgeber ATP 746 055 570 Abbildung 41 Bremsschaltung Seitenerektor Grundwagen Da es sich bei dieser Bremse um eine Not Halt Bremse handelt wurde fur die Bremsan steuerung am Grundwagen ein zweites Bremsentluftungsventil hinzugefugt um immer einen Bremsentluftung zu garantieren AuBerdem wird die Bremse mittels Endschaltern berwacht und einprogrammiert dass sich die Aggregate abstellen wenn die Bremsen 1 5 sec ge ffnet bleiben obwohl sie nicht angesteuert sind Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 77 4 6 3 Folienabrollung Die Folienabrollung der Maschine wurde mit einem Hydraulikmotor bestuckt welcher nicht fur eine
98. nktion und die Sicherheit der Maschine gew hrleisten sollen sind jedoch zu verbessern um pr ventiv der Maschine einen h heren Sicher heitsfaktor zu geben Anpressrader Die Anpressrader sind durch ihre Ausf hrung viel zu schwer und zu hart Die Folie wel che an das Gew lbe installiert werden muss k nnte dadurch besch digt werden Durch das hohe Tr gheitsmoment welches die R der durch ihr Gewicht aufweisen sind die Vibrationseigenschaften mit dem vorhandenen System nicht ausreichend Mechanische Getriebe Die mechanischen Getriebe m ssen nachgerechnet werden da Gewichts nderungen seit der ersten Inbetriebnahme in Deutschland stattgefunden haben Bremssystem des Grundwagens Das Bremssystem ist f r eine statische Bremsanlage ausreichend ausgelegt jedoch sind die Bremsbacken f r ein dynamisches Bremsverhalten nicht ideal Schmierung der Kette Die Maschine verf gt ber kein Kettenschmiersystem jenes ist mittels einer automati schen Kettenschmieranlage umzusetzen Folienaufnahme Die Folienaufnahme dient als Tr gereinheit der Folie an der Maschine und ist f r den Verlegeprozess essentiell Die Folie wird auf einem Stahlrohr aufgewickelt dieses Rohr hat eine L nge von 4 010 mm Die Spannvorrichtung der Folie l sst sich nur 4 005 mm ffnen Ein ndern der Folienrolle ist nicht m glich deshalb ist an der Spannvorrichtung die nderung vorzu nehmen 58 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 1 3 Pneumatis
99. nt wiedergeben lassen Im Sondermaschinenbau bzw bei Projekten welche unmittelbar nach der theoretischen Verfassung in die Praxis umgesetzt werden m ssen liegen jene zwei Komponenten sehr eng zusammen In der Theorie kann oft vieles vorweg berechnet und geplant werden welches aber bei der darauffolgenden Ausf hrung zu einem negativen Ergebnis f hrt In dieser Arbeit befasst sich der theoretische Teil mit dem Hintergrundwissen f r die Neuentwicklung der Folien verlegemaschine die wie schon unter Abschnitt 1 ausf hrlich erkl rt beim NTFP ihre Anwendung findet Im Falle der FVM gilt es nicht das System komplett neu zu entwickeln sondern lediglich die bestehenden Maschine auf ihre sichere Nutzung zu pr fen und gegeben Falls anzu passen Damit gilt f r diese Arbeit Alle nun angef hrten theoretisch erarbeitenden Punkte beziehen sich ausschlie lich auf die Komponenten welche neu entwickelt oder angepasst werden mussten und werden als theoretischer Hintergrund f r den praktischen Teil verwendet Die Neuentwicklung der FVM ist unter der Bedingung durchgef hrt dass m glichst kei ne zus tzlichen Kosten an Betriebsmitteln entstehen vorhandene Betriebsmittel sind zu verwendet und so anzupassen dass sie die Maschine all ihre notwendigen Funktionen erf llen kann Offene Frage Warum muss die Maschine berhaupt neu entwickelt werden Antwort e Geanderte Anwenderspezifikationen Wie schon oben in der Einleitung erwahn
100. ode auf Fehler st ndig ausgelesen wer den und ungewollte Datenzust nde k nnen bei der Daten bertragung erst gar nicht ent stehen Durch den Einsatz von Graycode l sst sich aufgrund der sauberen Daten ber tragung ein wesentlich zuverl ssigerer Messwert auswerten Anlagen Teil 3 A 111 Anlagen Teil 4 Seite 1 offene Punkte Mechanik INTELLIGENT SOLUTIONS lt Vi gt a Monthly Schedule Labor Organization Steelwork ifiierten Bremsen bauen des Schmierstotigebers E 6 Montage L ngsfahr Getriebe Wellen usw H Anlagen Teil 4 A 113 Seite 2 offene Punkte Elektrik Hydraulik Programmierun e _ To SE eee BEER oll BEMM dep Bunseisilenpiw ZZ yey6ne1 0104 yor SNOILNIOS 1439171311 a unt jeucy OVLSAVE A een EY Hem sepooqie yiuonyag yuya Bunpeywespeqiy Bunuejdsjeuoyy Anlagen Teil 4 114 Seite 3 Verf gbarkeit Mitarbeiter 201 A 55305 5 Hdlg 55305 H H dlY 1 E GEM 61 60 SE MU J i a ool 1350 YN A LOY VHNISM STEIN A LSONIdd IH NNVAING ORO H A 55305 5 55908 H H div 1951 UNM A 10d VHNIS M SNEH D LSONidd A NNWANg ORO AM wanne 1 LE ZM 91 21 60 50 LZ E ee 0102 SNOLLNIOS LN3DITI31NI
101. oretischer Teil Neuentwicklung FVM Induktives Naherungssensoren Induktive N herungsensoren wurden urspr nglich nur f r eine Uberwachungsfunktion der Kettenspannung an der Maschine verwendet Induktive N herungsensoren haben den Vorteil dass sie in der Anschaffung g nstig sind und unabh ngig von St rquellen wie Verschmutzung Temperaturunterschiede oder Luftfeuchtigkeit sind Nachteilig ist dass das zu messende Medium in nur kurzer Distanz vom Sensor entfernt sein darf Je nach Hersteller liegt der zu messende Abstand bei gel ufigen Sensoren gt 1cm Induktive Verfahren nutzen die Beeinflussung der magnetischen Induktivit t L in einer Spule durch Bewegung eines ferromagnetischen K rpers in deren Magnetfeld zur Mes sung aus Bei einem Drosselsystem Abb 22 ndert sich die Selbstinduktivit t L durch Variationen des Luftspalts bzw durch Bewegung amp eines weichmagnetischen Kerns in der Spule so genannte Tauchkernsysteme F r den Kern mit Luftspalt gilt L x Lo 1 u is r Km Formel 28 Luftspalt Kern Induktivsensor Abbildung 22 Einfache Drossel Induktivsensor Verarbeitung der Messinformationen Der Ultraschalsensor besitzt einen 4 20 mA Ausgang welcher mittels einer Analogbau gruppe in die SPS Speicher Programmierbare Steuerung ausgewertet und mittels ei nes eigens geschriebenen Programmbausteins im Programm verarbeitet wird Die Induktivsensoren werden mit aus Metall bestehenden Steuerfahnen gesch
102. pitzer Die Getriebedrehzahl neetriepe ist zu ermitteln um schlussendlich den Verfahrweg des Motor Sensor syotor Zu bestimmen SMotor SRitzel NGetrieb mm Formel 29 Verfahrweg Motor Sensor pro Umdrehung Mit dem Verfahrweg syotor Pro Umdrehung k nnen nun ber die maximale Aufl sung des Sensors Rsensor die Inkremente pro MM Is nsor bestimmt werden Rsensor F Isensor ink mm SMotor Formel 30 Inkremente pro mm Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 49 3 9 1 3 Piezoelektrische hydraulische Druckmesssensoren Um die Hydraulikdrucke an der Maschine zu erfassen sind hydraulische Drucksensoren im Einsatz Die Druckmessungen werden zur Erleichterung der Fehlersuche und zur Steuerung der Folienabrollung verwendet Piezoelektrische Drucksensoren sind eine der wichtigsten und vermutlich weitest ver breitenden Drucksensoren Bei dem piezoelektrischen Effekt erfahren Kristalle mit einer im unbelasteten Zustand nach au en neutralen Dipolstruktur unter Belastung eine Verformung so dass an den Au enfl chen des Kristalles eine Ladungsdifferenz ent steht Die ver nderte Ladungsdifferenz bei Einwirkung von Kraft wandelt die Auswert elektronik in eine Ausgangsspannung oder Ausgangsstrom um In Buch Bodo Heimann 2007 auf Seite 98 ist das Modell des longitudinalen piezoelektrischen Effekts darge stellt Bild a beschreibt den unbelasteten und Punkt b den belasteten Zustand Verarbeitung der Messwerte
103. r 42 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Der Arbeitspunkt wird vom aktuellen auftretenden Lastmoment und damit von der Ar beitsmaschine bestimmt Der Motor muss deshalb auf die Arbeitsmaschine abgestimmt werden Trotzdem ist nicht sichergestellt dass die Arbeitsmaschine den Motor nicht berlastet Treten z B mechanische Blockierungen in der Maschine auf wird der Motor bis auf den Stillstand abgebremst und es flie t der sehr gro e Anlaufstrom 14 Aufgrund der fehlenden K hlung erhitzt sich der Motor sehr schnell was bis zum Abbrennen f h ren kann Weidauer 2011 Seite 80 Gerade bei Maschinen wie der FVM werden aufgrund der hydraulischen Getriebe hohe Leistungsbereich vom Antriebsmotor abverlangt und bei einem Ausfall einer Hydraulik pumpe kann genau der Fall eintreten dass durch falsche Einstellungen der Pumpe oder einen Schaden an der Pumpe dem Motor zu viel Leistung abverlangt oder jener sogar blockiert wird Weiteres sind die Umweltbedingung nicht au er Acht zu lassen durch starke Verschmutzung der Motoren wird die K hlleistung ebenfalls stark beeintr chtigt Auf Baustellen kann zus tzlich der vorhanden sogenannte Baustrom instabil sein und es k nnen Asymmetrien der Spannungen der einzelnen Phasen auftreten Um den Motor vor den der oben angef hrte Fehler bestm glich zu sch tzen werden Sicherungsma nahmen festgelegt berlast und Kurzschluss Um den Motor gegen berlast zu sch tzen werden Motorschutzsch
104. r gesamten Anlage Unter der An wendung Step 7 ist das Hauptprogramm durch den Operationsbaustein OB1 definiert In diesem OB werden alle Funktionen aufgerufen und je nach Anordnung abgerufen Alle Programmfunktionen welche f r dieses Projekt erforderlich sind werden in dem Buch Berger 2009 von Seite 290 433 beschrieben Welche Programfunktionen ange wendet wurden sind aus der Software mim_v2_2 zu entnehmen Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 55 Datentypen Eine SPS kann nur Daten verarbeiten welche auch ihrer Funktion entsprechen Das Wichtigste bei der Programmierung einer SPS ist das verwendetet Datentypen richtig eingesetzt werden und verstanden wurden Bei der Programmierung der Folienverlegemaschine sind folgenden Datentypen im Ein Saiz BOOL BYTE WORD DWORD und CHAR siehe Buch Berger 2009 Seite 436 Die Zahlendarstellung erfolgt in INT REAL Remanenter Speicher Die vorhandene Zentralbaugruppe ist mir einer Pufferbatterie ausgestattet somit werden alle Daten aus den Datenbausteinen DBs remanent gespeichert und stehen auch nach Stromausfall oder eines Reset Vorganges dem Programm zur Verf gung Durch die Einstellung an der Zentralbaugruppe k nne auch Merker Zeiten und Z hler rema nent gespeichert werden Problematik beim Programmieren Das Problem beim Programmieren oder besser gesagt Anweisungen schreiben ist dass jeder Programmierer seinen eigenen Stil und Den
105. raulischen Betriebsmittel andert Jedes zu steuernde Druckbegrenzungsventil oder Schaltventil erfahrt durch Anderung in der Temperatur unterschiedliche Leistungsmerk male Speziell Proportionalventile mussen durch das Einstellen der sogenannten Null punktkompensation bestimmt den Regelbeginn bei vorgegebener Betriebstemperatur f r die Anwendung eingestellt werden Weiteres werden Sensoren und Betriebsmittel bei zu hohen Betriebstemperaturen besch digt Verwendetes lk hlsystem bei der FVM Die lk hlung erfolgt bei der Maschine durch eine Luftk hlung Diese arbeitet mit einem Zusammenspiel der benetzten Fl che des Oltanks und eines zus tzlichen luftgek hlten lk hlers F r die Auslegung und Berechnung eines K hlsystems siehe Anlage Teil 1 3 7 4 Hydrostatische Getriebe Da sich durch die Modifikationen unter anderem auch die Geschwindigkeitsanpassung ndert wird auf die Thematik hydrostatischer Getriebe eingegangen Schlussendlich sind alle oben angef hrten hydraulischen Berechnungen und Erkl run gen die Grundlage f r das hydrostatische Getriebe Bei hydrostatischen Getrieben wird prinzipiell zwischen einem offenen und einem geschlossenem Kreislauf unterschieden Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 39 Die Folienverlegemaschine ist aufgrund des Aufbaus und der Verwendung mit einem offenen Kreislauf ausgestattet 3 7 4 1 Leistungs Momentenberechnung Mittels der Leistungs und Momentenberechnung werden die Leistun
106. rfassen Die gesamte Projektplanung wurde selbst durchgef hrt Es wurde ein simples Excel Formular mit einer einfachen Aufteilung f r jeden Monat erstellt die Projektaufgabenverteilung wird dadurch einfach dargestellt und ist f r jeden durch eine Ablage auf einem FTP Server zug nglich Der gesamte Umbau und die Neuentwicklung wurden in nur 4 Monaten umgesetzt Diese Excel Formular wird auch als Lastenheft verwendet und stand unter st ndiger Absprache mit dem Kunden Es werden in dem File alle offenen oder abgeschlossenen T tigkeiten die Zuteilung des Verantwortungsberiech und die Arbeitseinteilung festgehalten Die in Anlage Teil 4 dargestellten Ausz ge des Excel Dokumentes f r die Projektpla nung und berwachung stellen einen Monat der Planung dar Jeder Mitarbeiter hat ei nen Farbcode und die zugeteilten Zusatzinformationen kann jeder in einer automatisch generierten Ordnerstruktur siehe Abb 26 Informationen am Server abrufen T tigkeit Nummer 1 Order 1 Sind Arbeiten vollst ndig erledigt wird diese Gr n eingef rbt werden Arbeiten nicht zeitgerecht ausgef hrt werden jene rot hinterlegt und werden automatisch in das n chste Monat bernommen pnstruction Execution 3 4 Equipment 01_Reports 05_Daily_Shif search K Fakers EHE i Construction Execution 3 4 Equoment01_Reports 05_Daly_ShFtiDaten Ste Type File Folder File Folder File Folder File Folder Fle Folder Fle Folder Fle Folder File Folder
107. rom und Drehzahl des Asynchronmotors bei Sanftanlauf 109 VI Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Tabelle 1 Eingesetzte toltenverlegemaschme 11 Tabelle 2 technische Daten FVM 1 16 Tabelle 3 technische Daten FVM Grundwagen nenn nennen 17 Tabelle 4 technische Daten Haupterekior 18 Tabelle 5 technische Daten 19 Tabelle 6 ben tigte lmenge VM 76 Tabelle 7 W rmedurchgangszahlen bei lbeh ltern Bauer 2009 Seite 71 106 Tabellenverzeichnis VII Formelverzeichnis Formel 1 Bewegungsgleichung f r das Beispiel Abb 24 35 Formel 2 Zentrifugalkraft Zu 35 Formel 3 Winkelgeschwindigkeit Wamidiani 36 Formel 4 Zentrifugalbeschleunigung o 36 Formel 5 Gravitationskr fte am System deuystem nennen 36 Formel 6 Berechnung der Luftmassenstrom m Berties 2007 Seite 106 36 Formel 7 Str mungsgeschwindigkeit me 36 Formel 8 Raum nderungsarbeit Wi istr Berties 2007 Seite 102 36 Formel 9 Leistung Luftkompressor Pi istr Berties 2007 Seite 103 36 Formel 10 Volumen Au enzahnradpumpe H 37 Formel 11 Verdr ngungsvolumen Au enzahnradpumpe 37 Formel 12 Drenmoment P mpen M EE 38 Formel 13 Berechnung zugef hrte Motorleistung PZU nen
108. ruckstollenauskleidung herzustellen sind folgende Injektionsvorg nge notwendig e Kontaktinjektion Bei der der Kontaktinjektion wird eine Zementsuspension durch im Betonier Vorgang vorbereitet ffnung eingebracht Diese so genannte Bohrlochinjektion er folgt zwischen Abdichtungsmembrane und Innenschalenbeton Abschnittsweise werden Injektions Sperren eingebaut um Austritte aus Betonierfugen zu vermei den Durch die Kontaktinjektion werden Fehlstellen wie Lunker und Nester oder Risse durch Schwinden im Innenschalenbeton verfullt Verletzungen der Abdich tungsmembrane durch Unebenheiten an der AuBenseite des Innenschalenbetons durch den spateren Vorspannprozess werden somit verhindert e Vorspanninjektion Um den Tunnel vorzuspannen wird mittels hinter der Folie verlegter Injektions schlauche eine so genannte Manschetten Schlauchinjektion ausgef hrt Durch die Injektion der Zementsuspension werden Verformungen der Innenschale hervorge rufen welche Druckspannungen im Tunnelquerschnitt zur Folge haben Diese Verformungen werden mittels Laserscanner vermessen und dienen zur Steuerung des komplexen Vorspann Injektionsprozesses Einleitung 7 1 2 3 Auswirkung Anderung Anwenderspezifikationen am NTFP Vortrieb Wie oben erwahnt wurden seit dem Jahre 1982 die geologischen Verhaltnisse des Ge steins f r das NTFP erforscht Der Einsatz einer Hartgestein Tunnelbohrmaschine war somit der logische Schluss Das Gebirgsverhalten zeigte auf Grun
109. rung von beweglichen Ausr stungen muss stark zwischen der Um gebungstemperatur des Betriebsmittels und der Umgebungstemperatur der gesamten Ausr stung unterschieden werden F r elektrischen Bauteilen gibt es zum Beispiel die Norm DIN EN 60204 1 welche auf standardisierte Temperaturbereiche verweist 5 C 40 C Hyder 2009 Seite 74 Auf die Temperaturen im Betrieb hat der Hersteller der Sondermaschine keinen Einfluss da er durch die an ihn weitergereichten Anwenderspezifikationen schon ber die physi kalischen Umgebungsbedingungen informiert worden ist Um jedoch die Funktionen der Maschine zu gew hrleisten und zu sch tzen sind jene Temperaturen auch zu beobach ten und zu dokumentieren Die Temperaturen im Einsatzbereich des Betriebsmittels sind jedoch in Abh ngigkeit des Einbauorts sehr unterschiedlich Dieser Temperaturbereich muss verst rkt ber wacht und gegebenenfalls in das berwachungssystem der Maschine miteinbezogen werden Im Gegensatz zur u eren Umgebungstemperatur kann der Hersteller der Sondermaschine durch Einbauort des Betriebsmittels zus tzlichen K hlanlagen oder Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 27 durch uberdimensionierte Auslegung der Komponenten Temperaturprobleme in diesem Bereich unterbinden Luftfeuchtigkeit Hohe Luftfeuchtigkeit wirken sich gerade bei elektrischen und elektronischen Bauteilen bei einem hohen Grade sehr negativ auf die Lebensdauer und Funktionalit t der Be tri
110. schine Weist die Oberfla che nur kleine Uber und Unterprofilierungen auf kann die Maschine mit einem starr aus gelegten Verlegbalken die Folie an der Wand installieren Sind jedoch gr Bere Uber und Unterprofilierungen zu erwarten muss die Maschine mittels eines Systems ausgestattet werden welche diese Profilierungen abdecken kann Um das Membrane erfolgreich zu installieren ist es wichtig dass die Folie m glichst nahe an der Wand verlegt ist ohne gro e Hohlr ume zwischen dem Spritzbeton und der Folie aufzuweisen Im Falle des NTFP wurde anf nglich wie schon unter Punkt 1 2 3 beschrieben Unebenheiten von gerade mal 15 cm auf eine L nge von 4 Metern erwartet Durch die ver nderten geologi schen Verh ltnisse sind die von der Maschine auszugleichenden Toleranzbereiche auf 35 cm auf eine L nge von 4 Meter erh ht Alle Ma einheiten in mm Abbildung 10 Darstellung Toleranzen im Gew lbe Einleitung 13 1 3 1 Grundaufbau Die Folienverlegemaschine wird auf dem Abdichtungszug Abb 11 Pos 1 gef hrt Der Abdichtungszug hat eine Lange von 130 Meter und ein Gesamtgewicht von etwa 250 Tonnen Der Zug besteht aus 10 Unterwagen die als fahrbarer Unterbau f r die darauf platzierten unabh ngige man vrierbaren Arbeitsger sten sowie der Folienverlegema schine Auf den Unterw gen befinden sich dar ber hinaus s mtliche Infrastruktureinrich tungen wie z B Stromversorgung und Luftkompressoren Der gesamte Abdichtungszug bewegt si
111. serkraft Abgerufen am 29 04 2012 von http pluslucis univie ac at FBA FBA00O wallner p06_9 htm Wannenmacher H e 2012 Improved Monitoring Concept for Hydrotunnels in roc Swiss Tunnel Congress 2012 Weidauer J 2011 Elektrische Antriebstechnik Berlin Siemens Weinhardt A K 2010 Handbuch der Folienverlegmaschine Kanada ATP Winter kein Datum www winer markiertechnologie com Abgerufen am 03 05 2012 von http www winter markiertechnologie com index php id 175 100 Literaturverzeichnis Anlagen Toll EE A 103 RK A 107 NGS Ml EE A 111 TQM Ae EE A 113 Anlagen 101 Anlagen Teil 1 Generelle Beschreibung hydraulische Pumpen Hydrostatische Pumpen in DIN ISO 1219 Hydropumpen genannt wandeln die Bereit gestellte mechanischen Energie in hydraulische Energie um Wegen den in der Olhydrau lik Ublichen hohen Betriebsdr cken meist Uber 50 bar und kleinen F rderstr men meist unter 51 5 eignen sich die sonst so erfolgreichen hydrodynamischen Pumpen Kreisel pumpen nicht sondern es werden Pumpen benutzt die nach dem Verdr ngungsprinzip arbeiten Die Verdr ngungspumpen auch volumetrische Pumpen genannt arbeiten wie folgt Ein Verdr ngungsraum z B in einem Zylinder mit bewegtem Kolben ist w hrend er sich vergr ert mit der Ansaugleitung verbunden und f llt sich auf Wenn er sich wieder verkleinert wird er auf die Aussto seite umgeschaltet und verdr ngt dann die Fl ssigkeit
112. ssen Um den Bereich von Gesamtspannungsbereich 24 VDC Hess in einen Teilspannungsbereich von 0 10 VDC U zu implementieren eignet sich ein einfacher unbelasteter Spannungsteiler Der unbelastete Spannungsteiler wird mittels zwei in Reihe geschalteten Wiederst nden umgesetzt 50 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 3 9 2 Verwendung von externen Messgeraten Um die hydraulischen elektrischen elektronischen und mechanischen Einstellungen bzw Anpassungen an der Maschine durchzufuhren werden externe Messgerate hinzu gef gt Im Gegensatz zu den integrierten Messsystemen gilt es bei der Anwendung von externen Messgeraten in dieser Arbeit nicht darum Messmittel und deren Schnittstellen detailliert zu beschreiben Jene Messmittel verf gen bereits ber ein Auswertmodul und die notwendige Visualisierungssoftware Bei den aufgef hrten Messmittel sind lediglich die Spezifikationen des Messmittels am Ausleseger t einzustellen elektrisch anzu schlie en und eine Kommunikation mit einem PC herzustellen Messen kann jeder mann jedoch um die Werte richtig zu interpretieren gilt es die gemessenen Betriebsmit tel und deren Wirkweise zu verstehen Generell ist bei Messungen immer darauf zu ach ten dass die Temperaturen Schwingungseigenschaften und Umweltbedingungen der Betriebsmittel bei jeder Messung gleich sind Ist dies nicht der Fall ist die Zustands n derung bei der Auswertung miteinzubeziehen Folgenden Messaufbauten werden mit e
113. ssystem Das System ist so aufgebaut dass die Ultraschallsensoren Abb 47 Pos 1 eine Refe renzfahrt durchf hren und immer den gleichen Abstand zur Platte halten Durch die Fe dern f hrt die Platte Abb 47 Pos 3 mit Hilfe des Rades Abb 47 Pos 4 immer der Tunnelwand entlang Das System funktioniert sehr gut f r eine Differenz von 23 cm Tie fe auf 4 m L nge Gew lbeunebenheiten Nur hat sich herausgestellt dass die Differen zen bis zu 28 cm auf 4 Meter betragen k nnen L sung 2 Da die R der immer mit einer geringen aber doch konstanten Kraft 430 N an die Tun nelwand gedr ckt werden war die berlegung die Anpresszylinder als Referenzmarke zu verwenden Die Ultraschallsensoren finden bei diesem Aufbau dann keinen Platz ohne Bauteil im Messbereich zwischen Tunnelwand und Maschine zu haben Somit wurde nach einer g nstigen L sung des Problems ohne gro e Umbauten am System gesucht Die L sung ist anstatt eines Ultraschallsensors 3 einfache Induktive N he rungsschalter einzusetzen Induktivsensoren _ steverfahne Abbildung 48 Abstandsmessung mittels Induktivsensoren Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 83 Steuerung und Regelung der Anpressbalken siehe Abb 50 Das Ziel dieser Steuerung des Anpressbalkens ist es jenen so zu regeln dass die au Bersten Anpresszylinder immer in der Mittelstellung stehen Dadurch ist es der Maschine m glich Gew lbeungleichheiten von bis zu 50 cm auf einer Lange von 4 m zu kompen
114. st ren Durch die Verbesserung der Schwingungseigenschaften der Antriebsr der gen gt ein niedrigerer Anpressdruck f r die Verlegung Mit gro er Vibration reicht ein Anpressdruck pro Rad mit gerade Mal 430 N vollkommen aus um das Klett mit der Vliesschicht hinter der Folie zu verbinden Messaufbau Die Berechnung und schwingungstechnische Erfassung des Radsystems gingen ber den Rahmen dieser Arbeit weit hinaus deshalb wurde das System theoretisch als Schwingsystem siehe Abschnitt 3 6 dargestellt Federkonstante und D mpfungs konstanten des Rades und die Eigenschafften der Gummibuchse sind nicht ausreichend wissenschaftlich erfasst um die Rechnung richtig anwenden zu k nnen Um jedoch ei nen Referenzwert dem System gegen ber zu bekommen erfolgte ein Messaufbau der die G Belastung welche die Schwingung hervorruft darstellt Diese Werte k nnen nicht f r eine absolute Messung verwendet werden Interessant ist die Auswertung ob durch das oben konstruierte System tats chlich die Schwingung sauber bertragen und besten Falls sogar noch weiter beschleunigt wird Der Messaufbau wird mittels eines Auswertemodul von Endress Hauser umgesetzt und ber Ethernet am PC ausgewertet Abbildung 30 Messger te Vibrationsmessung 68 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM Fur die Messung wurden folgenden Sensoren verwendet siehe Abb 31 Pos 1 Beschleunigungssensor 4 20 mA 0 20 G 10 10 000 Hz fur Messung der G Krafte Pos
115. st es notwendig die Sensorik und deren Schnittstelle zu verstehen um jene effizient zu implementieren 3 9 1 1 Wegmessung f r den Abstand des Radbalkens zur Tunnelwand Da das Gew lbe eine Oberfl chentoleranz von bis zu 30 cm auf eine L nge von 4 m hat muss die FVM f hig sein diese Toleranzen mit dem Radbalken auf welche die An pressr der mit hydraulischem Doppelpendelsystem montiert sind den Konturen anzu passen Hierf r ist eine Abstandsmessung erforderlich Die vorhandenen Messmittel sind Ultraschallsensoren und Induktivsensoren Ultraschallsensoren Die Wegmessung mittels Ultraschallsensoren wird mittels der Laufzeit der Ultraschallim pulse gemessen Die Entfernung zu dem zu messenden Objekt reflektiert die hochfre quenten Schwingungen und wird vom Sensor mittels der Verformung von piezoelektri schen Elementen ausgewertet Die Frequenzen befinden sich in einem Bereich von 20 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 45 200 kHz Der Vorteil des piezoelektrischen Effekts liegt darin dass er umkehrbar ist und somit das Wandlerelement sich zum Senden wie zum Empfangen eignet Die Intensitat des Schallfeldes eines Ultraschallsensors ist in Buch Bodo Heimann 2007 Seite 90 dargestellt Daraus lasst sich erkennen dass der Ultraschallsensor Ke gelformig den Messbereich ausfullt was dazu fuhrt dass darauf geachtet werden muss wie gro das zu messenden Objekt ist und dass das Objekt sich in dem zu messenden Bereich in der Symm
116. stem erforderlich wel ches es dem Motor erm glicht die Last der Folie beim Abrollen auf der linken Seite oh ne Einsatz einer Bremse zu halten Bremssystem am Seitenerektor Bei dem vorhandenen hydraulisch mechanischen Bremssystem kann es durch dazu f hren dass ein Restdruck in der Leitung bleibt und somit die Bremsen ge ffnet bleiben Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 59 4 1 5 Elektrik Die Elektrik der Maschine ist teilweise nicht richtig f r die Funktionen ausgelegt Antriebsmotoren der Hydraulikaggregate Die Motoren der Antriebsaggregate werden durch die hydraulische Einstellung der Be triebsmittel berlastet Das abgenommene Moment berschreitet teilweise das zul ssige Kippmoment des Motors und f hrt beim Ansteuern gleichzeitiger Funktionen zum st n digen Einbrechen der Drehzahl Dies beeinflusst die Regelung der Hydraulikpumpen und die lmenge negativ Die Motorsch tze berhitzen und l sen ungewollt aus ein Grund f r dieses Ph nomen ist dass der Motor berlastet und st ndig an der Leistungsgrenze betrieben wird Der Motorschutzschalter ist auf die obere Leistungsgrenze eingestellt Hauptstromversorgung Die Hauptstromversorgung ist nicht ausreichend ausgelegt der Einspeisungsschalter lost deshalb fters aus 4 1 6 Bedienung Steuerung und Regelung Bedienung Steuerung und Regelung sind durch die Programmierung der Maschine und den Einsatz von internen Messmitteln umgesetzt Bedienung der Maschine
117. stung von Maschinen und maschinellen Analgen Hyder 2009 Praxisleitfaden Produktsicherheitsrecht Volker Krey 2009 VDE 0100 und die Praxis Kiefer 2009 Allgemeines im Sondermaschinenbau 23 2 1 2 Richtlinien auBerhalb des EU Raumes Die FVM wurde in Europa entwickelt und inverkehrgebracht und als unvollstandige Ma schine nach Kanada geliefert und wurde in Kanada unter Einhaltung der Vorort einzuhal tenden Richtlinien in Betrieb genommen Alle verbauten elektrischen Betriebsmittel haben das nordamerikanische Pr fzeichen f r elektrische Betriebsmittel Durch die TUV Abnah me in Deutschland sind alle mechanischen hydraulischen Betriebsmittel abgenommen und gehen konform mit den kanadischen Maschinenrichtlinien und wurden vom Kunden akzeptiert 2 2 Mechatronik im Sondermaschinenbau Gerade der Sondermaschinenbau ist durch das Fachgebiet Mechatronik gepr gt Im Sondermaschinenbau gilt es im Bereich der Mechatronik mechanische Bauteile mittels hydraulisch elektrisch und elektronisch gesteuerten und geregelten Betriebsmitteln zu einem automatisierten Gesamtsystem zusammenzusetzen Die Herausforderung besteht dabei sich mit allen Fachbereichen auseinanderzusetzen um schlussendlich eine auto matisierte Maschine herzustellen 24 Allgemeines im Sondermaschinenbau 3 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Theorie und Praxis gerade in wissenschaftlicher Hinsicht oft zwei verschieden Aussa gen welche sich nicht immer aquivale
118. t hatten sich aufgrund der geologischen Verh ltnisse die Anwenderspezifikationen auf alle Maschinen beim NTFP laufend ge ndert Nicht nur die Maschinen sondern auch die zu verarbeitenden Materia lien mussten angepasst werden e Nicht Erfullung der Anwenderspezifikationen Laut dem Angebot sind die Anforderungen an die FVM f r eine Maschine dieses Ausma es nicht detailliert definiert Vertraglich gesehen muss die Maschine alles Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 25 k nnen was der Kunde vorgibt auch wenn der Kunde das zu verarbeitende Ma terial st ndig ndert oder die Maschine andere Umwelteinfl sse erf hrt bis die Maschine vom Kunden abgenommen wurde Diese fehlenden Informationen ha ben zu einer Nichterf llung der Erwartungen des Kunden gef hrt und somit eben falls zu einer Neuentwicklung beigetragen e Fehlende Projektplanung und Projektsteuerung Aufgrund der Vielf ltigkeit der Maschine und der hohen Anforderungen wurde die FVM in Zusammenarbeit mittels dreier Firmen entwickelt Durch das Fehlen einer vern nftigen Projektplanung und Projektsteuerung kam es zu Fehlentscheidun gen in der Ausf hrung 3 1 Inspektion der vorhanden Maschine Bei der Neuentwicklung einer Sondermaschine muss bei einer schon bestehenden Ma schine diese analysiert und festgestellt werden ber welches Potential die Maschine verf gt Dabei wird erkannt welche Komponenten an der Maschine verbaut sind und ber welchen Verwendungszweck
119. t tigt so erf hrt das LS Ventil den vollen Steuer druck um die minimale Verstellung der Pumpe herzustellen somit wird nur eine minima le Menge und nur ein sehr geringer Druck von der Pumpe erzeugt Wird eine Funktion im hydraulischen System geschalten erf hrt die Lastdruckmeldeleitung siehe Abb 18 den gleichen Druck wie die Druckleitung vor der Schaltung und ist durch die zus tzliche Feder am Ventil h her wie der Druck der Lastmeldeleitung Dies hat zur Folge dass die Wiege der Pumpe so lange in Richtung des maximalen Schwenkwinkels schwenkt bis der Druckbedarf gesattigt ist oder der eingestellte Druck am Druckbegrenzungsventil Pos 4 Abb 18 erreicht wird Das LS Ventil liegt in einem st ndigen Spiel des gef rder ten und zu dem angeforderten Druck im System 40 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Eine LS Steuerung macht bei Maschinen nur Sinn wenn die anzusteuernden Betriebs mittel nicht standig unter Volllast arbeiten i IA Abbildung 18 Pumpensteuerung Bauer 2009 Seite 213 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 41 3 8 Anpassung der elektrischen Komponenten Da die Hydraulikaggregate der FVM nicht mit einer Verbrennungsmaschine wie z B ei nem Dieselaggregat mit mechanischer Leistung beaufschlagt ist sondern die Leistungs zufuhr ber Elektromotoren erfolgt sind ebenfalls die Elektromotoren und deren Schalt und Sicherungskomponenten anzupassen Die durch unter For
120. t visualisierbar sind Somit wird von der SPS an das Modul nur eine digi tale Information gesendet welche dem Modul die Freigabe f r die Gleichlaufsteuerung erteilt Das Modul wiederum hat auch nur die M glichkeit der SPS eine Fehlermeldung digital zu bermitteln Die eingestellte maximale Fehlertoleranz im Modul betr gt 100 mm eine gr ere Abweichung bewirkt die bermittlung eines digitalen Signals an die SPS Durch dieses Signal wird im Programm dargestellt dass der Gleichlauf au erhalb des zul ssigen Bereichs geraten ist Die Maschine wird angehalten und der Bediener durch einen Fehlercode am Display durch das Blinken der Fahrtasten und durch ein akustisches wie optisches Signal gewarnt Die Maschine kann dann nur mehr in einem speziellen Not Bedien Modus gefahren werden siehe Steuerung Durch die feine Ein stellung dieser Steuerung ist es von Wichtigkeit dass bei Aktivierung der Gleichlauf steuerung die Maschine sich auf Betriebstemperatur befindet Deshalb ist ein eigner Modus vorgesehen welcher ein Aufw rmen der hydraulischen Anlage erlaubt Denn das Steuerungsverhalten bei hydraulischen Ventilen ist stark von der nderungen der ltemperatur abh ngig Einstellungen am Modul Die Einstellungen am Modul sind individuell und f r jeden Sensor anders Wichtig ist dass die Schnittstellen richtig eingestellt und der richtige Toleranzbereich festgelegt wurde Wesentlich von Vorteil w re bei dieser Art von Steuerung die SSI Schn
121. te wie Kolben Fl gel oder Zahnr der an Es existiert hierzu eine Vielzahl von Bauarten die in ihrer Arbeitsweise in eine oder zwei Drehrichtungen und in Konstant und Verstellmotoren eingeteilt werden k nnen Sie werden h ufig baugleich zu Hydraulikpum pen produziert Grunds tzlich haben die Hydraulikmotoren die gleichen Kenndaten wie die Hydraulikpumpen jedoch spricht man bei diesen nicht von einem Verdr ngungsvolu men sondern von einem Schluckvolumen Das Einsatzgebiet ist ausschlaggebend f r die Dimension und Leistung eines Hydromotors Die Gr e eines Motors wird mit der Nenn gr e angegeben W hrend das Moment durch Lastdruck und Schluckvolumen bestimmt wird h ngt die Drehzahl von zugef hrtem Volumenstrom und Schluckvolumen ab ATP 2007 Seite 13 Definition Gerotormotoren Gerotormotoren sind langsam laufende Hydraulikmotoren mit hohem Drehmoment Die Leistungszelle dieser Motoren ist der Rotorsatz bestehend aus Rotor Au enring Stator und mehreren Rollen Das patentierte Rotor Profil verhindert die direkte Leckage zwi schen den Druckkammern was zu geringen internen Leckage und hohen volumetrischen Wirkungsgraden f hrt Die Antriebss tze der Hydraulikmotoren bestehen aus einem Ge 104 Anlagen Teil 1 hauseteil mit innerer Verzahnung und einem Zahnrad dessen Mittelpunkt bei der Rotation um den Mittelpunkt des Zahnkranzes kreist Seitlich vom Antriebssatz ist der Teller resp Verteilerventil angeordnet
122. te zu verarbeiten Ohne Gleichlaufsteuerung kommt es zu einem h heren Verschlei der Bauteile und u U zu einem Verkeilen der Erektoren in deren F hrungsschienen Bremsansteuerung des Grundwagens Um zu garantieren dass die Bremsen im bet tigungslosen Zustand immer geschlossen sind ist eine redundante Bremsansteuerung einzubauen Programmierung Die Programmierung der Maschine ist sehr un bersichtlich aufgebaut Dadurch ist nicht gew hrleistet dass alle Funktionen fehlerfrei ablaufen Folgende Funktionen sind nicht implementiert oder m ssen komplett neu programmiert werden ein Ablaufschema ist zu erstellen 1 Fahrfunktion der Erektoren Gleichlaufsteuerung Fahrgeschwindigkeit Sicher heitsabschaltungen Notbetrieb 2 Folienabrollung Bremsansteuerung Regelung der Folienabrollung 3 Ansteuerung des Balkens der Anpressr der 4 Sicherheitsabschaltung der Aggregate bei Kettenbruch bei falscher Bremsan steuerung 5 Programm durch globale Funktionsbausteine vereinfachen 6 Bedienung vereinfachen 7 Fehlercodes erstellen und in Visualisierung und Abschaltkriterien einf gen 8 Fernwartung einrichten 9 Uhrzeit abgleichen und einstellen f r Fehlerlog 10 Analoge Ein und Ausg nge in globale Datenbausteine einpflegen 11 Not Aus Visualisierung damit erkannt wird welcher der Not Aus Schalter bet tigt wurde 12 R cksetzen aller Funktionen bei Not Aus 13 Sprungmarken richtig einsetzen 14 Variablen und Ref
123. teil der Steuerung der FVM Durch die Anpas sung der mechanischen Systeme m ssen hydraulische Komponenten nachgerechnet und neu eingestellt werden Bei der FVM werden alle Arbeitsbewegungen mittels hyd raulischen Zylindern oder Motoren bewegt F r die Energieversorgung stehen zwei Hyd raulikaggregate zur Verf gung In der Hydraulik wird prim r zwischen offenen und geschlossenen Kreisl ufen differen ziert Ob ein geschlossener Kreislauf oder ein offener verwendet wird h ngt von den Einsatzbedingungen ab Da die Maschine bereits gebaut wurde und es sich bei der Neuentwicklung im Bereich der hydraulischen Betriebsmittel um Modifikationen handelt sind Arbeitszylinder Ventile oder Schlauchdimensionierungen nicht in die unten angef hrten theoretischen Ausarbei tungen der hydraulischen Betriebsmittel am Folienverleger einbezogen 3 7 1 Hydrostatische Pumpen Um die geforderte Leistung der FVM zu erbringen sind die vorhandenen hydraulischen Pumpelemente anzupassen Definition f r hydraulische Pumpen siehe Anlage Teil 1 F r die FVM werden folgende Pumpenarten verwendet 3 7 1 1 Au enzahnradpumpe Die Au enzahnradpumpe ist bei der FVM f r den Antrieb des K hlermotors verantwort lich und ist vom Aufbau her die einfachste Pumpenart Das in einer Zahnl cke einge schlossene Fl ssigkeitsvolumen wird durch die Drehung des Rades von der Saugseite S auf die Druckseite D gef rdert an der Eingriffsstelle der R der verdr ngt und in den
124. timmt Abbildung 16 Backenbremse FVM BAYSTAG 2010 Der geforderte Sicherheitsfaktor f r die FVM liegt bei 1 5 und soll aber auf mindestens 3 erh ht werden 34 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 3 6 Anpassung der pneumatischen Komponenten Um das Klett wirkungsvoll mit der Folie zu vereinen sind pneumatische Ruttler notwen dig Die Ruttler und deren Aufbau mussen so angepasst sein dass die Vibrationseigen schaften siehe Messaufbau 1 Punkt 4 3 1 des Ruttlers das Anpressrad ausreichend zum Schwingen bringen Vibrationseigenschaften und in Schwingung zu bringendes System Das vorhandene mechanische in Schwingung zu bringende System ist zu pr fen und gegebenenfalls umzukonstruieren Das zu bewegende System ist theoretisch in Abb 17 dargestellt Luftreifen Feder 1 1 D mpfer kg Abbildung 17 Theoretisches Schwingungssystem Rad Die in Formel 3 angefuhrte Bewegungsgleichung wird durch die am System angreifen den vertikalen Kr fte aufgestellt Die Gesamtmasse m ergibt sich aus der Masse m des Vibrators und der Masse m der Aufnahme die Masse m wird vom hydraulischen Anpressdruck beeinflusst Die Masse m die Zentrifugalkraft Fz die Frequenz f und die daraus folgenden Erregerkreisfrequenz w sind vom Hersteller des Vibrators vorge geben Die sich vom Rad ergebenden Federkonstante c und die D mpfungskonstante sind nicht bekannt MgesX ka cpx Fz cos w t 0
125. tionen wie z B Spritzbe ton Wie schon bei der Luftfeuchtigkeit sind elektrische Betriebsmittel aufgrund ihrer zum Teil offenen Bauweise am Anfalligsten Verschmutzungen lassen Kriechwege entstehen insbesondere in Verbindung mit hoher Luftfeuchtigkeit Folge sind nicht nur Erdschlusse viel schlimmer k nnen ungewollte berschl ge in Form von Kontakt berbr ckungen sein Hierbei ist nicht nur an staub f rmigen Schmutz zu denken wie er z B in Stahl erzeugenden Betrieben auftritt son dern auch an Niederschlag dampff rmiger Substanzen wie z B in Galvanisierbetrieben oder Dieselmotorenabgase Hyder 2009 Seite 79 Bei hydraulischen Systemen handelt es sich um geschlossene und abgedichtete Kom ponenten welche durch eine hohe Staubbelastung nicht kritisch betroffen sind Bei mechanischen Bauteilen wie Ketten beweglichen Bolzen und Gelenken m ssen bei h herem Grad der Verschmutzung die Schmiermittel angepasst werden und verk rzten Reinigungsintervalle geplant werden Das Messen der Staubbelastung bzw Verschmutzung im Falle der FVM kann durch elektronische Staubmessger te oder durch eine einfache Sichtkontrolle festgestellt wer den Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 29 3 3 Festlegen der Anwenderspezifikationen Wie schon oben beschrieben sind die Anwenderspezifikationen essentiell fur eine erfolg reiche Entwicklung einer Sondermaschine Das einzige Motiv das eine Maschine neu zu entwickeln ist dass sich d
126. u einer berlastung des An triebsmotors Schaden am Elektromotor und berhitzung des Leistungssch tzes Durch die st ndige zu hohe Leistungsabfrage kam es zu einem Schaden am Elektromo tor Der Elektromotor ist f r einen Nennstrom von 15 5 Ampere ausgelegt Die Messung ergab eine Dauerstrom im Verlegebetrieb bis zu 20 Ampere dies ist nach jeder Berech nung zu hoch f r einen Dauerbetrieb ist Die Folge daraus war dass eine Wicklung am Motor durchgebrannte Abb 39 Pos 1 Der Motorschutzschalter wurde immer wieder zur ckgesetzt und der Fehler nicht beho ben Weiteres war die Betriebstemperatur des Motoschutzes welcher nur einen maximalen Strom von 16 Ampere zul sst im Dauerbetrieb dann auf 75 C angestiegen Abbildung 39 Motorschutz berhitzung und Elektromotorschaden L sung 1 Das Prim rventil wurde um 20 bar h her eingestellt wie die Druckabschneidung 200 bar der Pumpe somit kann die Pumpe ihrem Regelbedarf wieder nachgehen und eine berlastung nicht mehr vorkommen Der Motorschutz wurde wie von Herstellern empfohlen mit einem Motorschutzschalter mit einer maximalen Einstellung von 24 Ampere ausgestattet Wie im theoretischen Teil bereits ausgef hrt ist eine 25 h here maximal zul ssige Einstellungsm glichkeit zu empfehlen Der Motorschutzschalter ist zwar nach wie vor auf den Nennstrom des Mo tors eingestellt allerdings erf hrt der Motorschutzschalter nicht st ndig den maximal zul ssigen Strom
127. und Verfahren laufen innerhalb techni scher Systeme ab die aus einer aufgabenspezifischen Anlage und aus standardisierten Automatisierungsger ten bestehen Als Standartbegriffe haben sich Speicherprogram mierbare Steuerungen und Industrie PCs etabliert Reale Aufgaben der Automatisierungstechnik sind im Allgemeinen sehr komplex Als umfassender Ausdruck f r Steuerungs regelungs und Visualisierungs Vorg nge hat sich der Begriff der Automatisierung durchgesetzt Er beinhaltet dass Automatisie rungsger te selbstt tig Programme befolgen und dabei Entscheidungen auf Grund vor gegebener F hrungsgr en und r ckgef hrter Prozesse aus der Anlage sowie erforder lich Daten aus internen Speichern des Systems treffen um daraus notwendige Aus gangsgr en f r den Betriebsprozess zu bilden G nter Wellenruth 2009 Seite 1 52 Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM Steuern und Regeln an der FVM In der Automatisierungstechnik wird grundsatzlich gesteuert und geregelt Beim steuern werden Eingangsgr en durch einer festgelegten Gesetzm igkeit Ausgangsgr en beeinflusst Vereinfacht bedeutet dies wenn z B wie bei der FVM ein Taster an einer Maschine bet tigt wird und daraus folgt dass sich die hydraulischen Antriebsmotoren zu drehen beginnen spricht man von einer Steuerung Eine Regelung findet statt wenn eine St rgr e die anzusteuernden Betriebsmittel beeinflusst Wird zum Beispiel der angesteuerte Motor
128. werte werden in globale Datenbanken eingepflegt In Sprungmarken werden keine Funktionen gesetzt dies ist sehr gef hrlich denn wird die Maschine durch einen Not Halt abgestellt oder die Sprungmarke verlas sen ohne das Bit abzul schen wird der Sprung vermutlich nicht mehr ge ffnet und im schlimmste Falle ein gesetzte Ausgang unbeabsichtigt gesteuert Visualisierung aller Fehlercodes am Display Fehleranalyse mittels Blinkmuster der Leuchten der Taster Not Betrieb Operationsbausteine f r Alarme Bussystem Zeiten Zyklen Programmstruktur bersichtlicher gestaltet Fernwartung ber Ethernet 10 Sicherheitsfunktionen redundante Abfragen 86 Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 8 1 Erstellung eines Programmablaufschemas Nach dem einfach dargestellten Ablaufschema wurde ein Systemplan fur die Program mierung erstellt und schlieBlich die Programmierung umgesetzt Ablaufplan Steuerung EIN Jade einzelne Funktion kann Bedient werden Auto Mode Haupterektor runterfahren Folie Laden Je Haupterektor hochfahren Folie abrollen und an Seitenerektor befestigen Seitenerektor runterfahren mit eingespannter Folie Folie l sen Verlegemodus aktivieren und hochfahren Verlegemodus Haupterektor aktivieren und runterfahren R cksetzten des Verlegemodus Folienrolle aus der Halterung nehmen Haupterektor hochfahren Praktischer Teil Neuentwicklung FVM 4 8 2 Hardware und Netzw
129. xternen Messger ten durchgef hrt e Hydraulikaggregate F r die Messung der Hydraulikaggregate war ein Messaufbau zu gestalten wel cher Messdaten ber den Hydraulikdruck die Durchflussmenge und die Tempe ratur an der Hochdruckseite beider Aggregate ersichtlich macht Aus den Mes sungen wird entnommen ob die vorhandenen Betriebsmittel richtig eingestellt sind und welche Modifikationen vorgenommen werden m ssen um die Maschine fehlerfrei zu betreiben k nnen F r diese Messung ist es erforderlich dass die Betriebstemperatur der Betriebsmittel erreicht ist e Der Schlussel zum Erfolg der Verlegung der Folie liegt wie schon beschrieben am Anpressdruck und Art der Anpressrader der Reifendruck der Rader der Luftdruck der Ruttler das daraus resultierende Vibrationsverhalten der Rader Das theoretisch berechnete Schwingungssystem unter Punkt 3 6 kann liefert eine Annahme wie es Berechnet werden k nnte l sst sich aber nur mit sehr hohem Rechenaufwand und Materialforschung in die Realit t umsetzen Selbst die Mes sung ist mit den vorhandenen Mitteln nur bedingt m glich Theoretischer Teil Neuentwicklung FVM 51 3 10 Automatisierung der FVM Die Automatisierung der FVM wird durch die Funktion und der Komplexitat der Bedie nung bestimmt Die Funktion und der Grad der Automatisierung gehen aus der Anwen derspezifikation hervor Wie in der Einleitung bereits beschrieben ist die Anforderung dass die Masch
130. ynchronmotors ist im St nder angeordnet Eine Energie bertragung ber mechanische Kontakte auf den rotierenden L ufer wie sie beim Gleich strommotor erforderlich ist ben tigt der Asynchronmotor mit Kurzschlussl ufer nicht Er ist damit praktisch wartungsfrei Weidauer 2011 Seite 66 St nder mit L ufer mit Kurzschlussk fig Wicklungen Kurzschlussk fig Leiterst be Wicklung 1 Wicklung 2 Wicklung oe Rotierendes Magnetfeld des St nders Abbildung 59 Bestandteile Asynchronmotors mit Kurzschlussl ufer Weidauer 2011 Seite 67 Die Drehzahl ergibt sich anhand der Polpaaren und der Frequenz 60 f Na t yp Formel 38 Synchrondrehzahl F r die Berechnung von Antrieben ist es wichtig den sogenannte Schlupf eines Motors bei der Berechnung mit einzubeziehen da sich durch den Schlupf die Drehzahl immer ge gen ber der Synchrondrehzahl verringert Anlagen Teil 2 A 107 Der Schlupf s wird durch das Verh ltnis der Standerdrehzahl ng zur Lauferdrehzahl n de finiert Ware der Schlupf 0 w rde der L ufer kein Moment mehr entwickeln da das magneti sche Drehfeld des St nders nichts mehr in der L uferwicklung induzieren kann Na 5 Na Formel 39 Schlupf Asynchronmotor Weidauer 2011 Seite 73 S Sy Nennarbeitspunkt s Sk e oi s 0 Leerlauf Leerlauf strom Abbildung 60 Betriebsverhalten Asynchronmotor im Zeigerdiagramm Weidauer 2011 Seite 74 Defin

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