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Safety-Drehgeber für Rammgeräte im Spezialtiefbau
Im freien Fall
Schwere Maschinen im Spezialtiefbau benötigen präzise und zuverlässige Komponenten, um die jeweiligen Funktionen prozesssicher ausführen zu können. Bei den Rammgeräten der Firma Stump-Franki Spezialtiefbau gehören die absoluten Drehgeber WV58MR von Siko zum Sicherheitskonzept dazu. Sie sind an drei Seilwinden angebracht, um die Positionen der jeweilig daran befestigten Elemente zu detektieren.
 Als Absolutwertgeber mit redundanter Positionserfassung ist der WV58MR für Messaufgaben speziell in mobilen Maschinen entwickelt worden.
Als Absolutwertgeber mit redundanter Positionserfassung ist der WV58MR für Messaufgaben speziell in mobilen Maschinen entwickelt worden.Bild: Siko GmbH

Die Franki-Ramme verfügt über vier Seilwinden, die oben verbaut sind – inklusive dreier Drehgeber zur Positionsüberwachung. Im vorderen Bereich befindet sich der sogenannte Mäkler, ein Gestell, an dem das Rammrohr oder Vortreibrohr aus Stahl angebracht ist, das oben und unten offen ist. In das Rammrohr wird ein Pfropfen aus Beton und Kies eingefüllt, und mit dem Rammbären, einem massiven Stahlklotz, wird der Pfropfen mit sehr kleinen Schlägen verdichtet. Beim Rammbären handelt es sich um ein Freifallsystem. Wenn der Pfropfen durch die Schläge im Rohr fest verkeilt ist, wird die Fallhöhe erhöht und das Rammrohr bis zur Endtiefe im tragfähigen Baugrund gebracht. Dann wird der Pfropfen mit dem Rammbär ausgestampft. Es bildet sich der sogenannte Franki-Fuß aus, der wie ein Dübel wirkt. Nach der Fußherstellung wird der Bewehrungskorb eingestellt und plastischer Beton nachgefüllt, sodass ein durchgehender Pfahl entsteht. Nach der Erhärtung des Betons und dem Kappen des Pfahlkopfes ist der Pfahl bereit zur Lastenaufnahme.

 Die Franki-Rammen im Einsatz: Mit enormem Gewicht fällt der Freifallbär in das Vortreibrohr, um Beton und Kies zum stabilen Fuß des Gründungspfahls zu verdichten.
Die Franki-Rammen im Einsatz: Mit enormem Gewicht fällt der Freifallbär in das Vortreibrohr, um Beton und Kies zum stabilen Fuß des Gründungspfahls zu verdichten.Bild: Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

Überwachung der vier Seilwinden

Die vier Seilwinden haben bei dem Rammvorgang verschiedene Aufgaben: Über eine Seilwinde wird an dem Vortreibrohr gezogen, über eine zweite wird der Rammbär gefahren, an der dritten ist ein Kübel zur Befüllung mit Beton und Kies befestigt, und schließlich gibt es noch eine Hilfswinde, über die ein Bewehrungskorb eingehoben wird. Drei der vier Winden werden jeweils mit einem Drehgeber überwacht, damit zu jeder Zeit klar ist, wo sich das Rammrohr, der Hilfshub und der Kübel befinden. Das Hilfsseil ist eine sicherheitstechnische Konstruktion, um zu gewährleisten, dass das Rammgerät abschaltet, bevor sich ein Haken durch eine Seilrolle durchzieht. Dieser Drehgeber hat also einen Endlagenpunkt, über den die Winde nicht weiterdrehen darf. Die Rohrzugwinde ist der sensibelste Bereich der Anlage; trotz der harten Schläge in das Rammrohr muss zu jeder Zeit die Position bekannt sein. Die Drehgeber sind in eine Automatiksteuerung eingebunden, die permanent die Positionen abfragt und so auch die Nachführung des Seils steuert.

 Die Rammgeräte sind flexibel einsetzbar und werden mit Spezialtransportern zur jeweiligen Baustelle verbracht.
Die Rammgeräte sind flexibel einsetzbar und werden mit Spezialtransportern zur jeweiligen Baustelle verbracht.Bild: Stump-Franki Spezialtiefbau GmbH

Drehgeber mit Sicherheits-Level PLd

„Worauf es uns vor allem ankommt, ist die Präzision der Positionserfassung und die Redundanz als Sicherheitsfunktion des Drehgebers“, so Stefan Hemmerle, Leiter Maschinenbau bei Stump-Franki. „Als Multiturn-Geber kann er bis zu 4.096 Umdrehungen der Seilwinde absolut erfassen; zudem haben wir zusätzlich eine Übersetzung mit integriert, sodass wir eine enorme Anzahl an Signalen erhalten, die uns eine permanente Positionserfassung ermöglicht.“ Da bei einer solchen Anwendung mit schwerem Gerät Ausfälle einzelner Komponenten gravierende Auswirkungen haben können, ist die Safety-Funktion des Drehgebers mit Sicherheitsklasse PLd entscheidend. Er ist komplett redundant mit zwei voneinander getrennten Sensorkreisen aufgebaut und gewährleistet so die sichere Handhabung. Zudem handelt es sich um einen Absolutwertgeber, der auch im spannungslosen Zustand seine Position genau erkennt und keine Referenzfahrt benötigt. Die Integration in die Steuerung erfolgt in diesem Fall über eine CANopen-Safety-Schnittstelle. „Was für unsere Anwendung ebenfalls wichtig ist, ist die absolute Robustheit. Spätestens beim Ausstampfen des Fußes wird einerseits mit 240t am Rohr gezogen und gleichzeitig fällt der Rammbär mit 6,5t in das Rohr hinein. Da hüpft praktisch die gesamte Maschine! Die Drehgeber müssen dieser Belastung standhalten können – und das tun sie auch.“ Dem kommt auch das magnetische Messprinzip der Drehgeber entgegen, das für den Einsatz in rauen Umgebungen bestens geeignet ist.

Entwickelt für mobile Maschinen

Der WV58MR wurde als Teile der Pure-Mobile-Sensorfamilie für die hohen Anforderungen von mobilen Maschinen und Nutzfahrzeugen entwickelt. „Bloß nichts an der Robustheit der Drehgeber ändern!“, ist Stefan Hemmerles Appell an den Hersteller, „diese Eigenschaften sind auch künftig für unsere Anwendungen im Spezialtiefbau unentbehrlich.“

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