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Drehgeber Tiefgebohrt: So helfen Drehgeber dabei Energiequellen anzuzapfen

| Redakteur: Karin Pfeiffer

Die Erschließung neuer Energie-Quellen gilt als Zukunftsaufgabe. Und die werden von modernsten Tiefbohranlagen übernommen, wie denen von Herrenknecht. Absolutwertgeber von Hengstler sorgen für die nötige Präzision der Bohrungen.

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Terra Invader-Tiefbohranlagen von Herrenknecht eignen sich auch für den Offshore-Einsatz.
Terra Invader-Tiefbohranlagen von Herrenknecht eignen sich auch für den Offshore-Einsatz.
(Bild: Herrenknecht Vertical)

Bis zu 8.000 m tief können so genannten Terra-Invader-Anlagen in die Erde vordringen, um die Vorkommen an Öl, Gas und Geothermie anzuzapfen. Gerade die Geothermie, auch Erdwärme genannt, gewinnt in Zeiten knapper werdender fossiler Ressourcen an Bedeutung.

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Das hängt mit ihrer hohen Verfügbarkeit zusammen: Weltweit gibt es sehr große Mengen geothermischer Energie. Die Erdwärme wird auf zwei Arten genutzt: Zum einen entzieht man dem Thermalwasser durch Wärmetauscher die Wärme und speist sie in ein Fernwärme-Netz ein. Eine weitere Möglichkeit ist die Stromgewinnung. Dazu wird die thermische Energie in einem Geothermie-Kraftwerk über Turbinen in Strom umgewandelt. In Deutschland sind mittlerweile einige geothermische Kraftwerke am Netz, für die die Erdwärme aus der Tiefe gewonnen wird.

Bereits 2005 stieg der Marktführer für Tunnelbohrmaschinen Herrenknecht aus dem badischen Schwanau in das Geschäft mit Tiefbohranlagen ein. Die ersten Anlagen arbeiteten in Deutschland und Brasilien, inzwischen sind die Systeme in vielen Ländern der Welt in Betrieb. Entwickelt und gefertigt werden die Vertikalbohranlagen von der Tochtergesellschaft Herrenknecht Vertical – und zwar individuell für jeden Kunden. „Das unterscheidet uns von unseren Wettbewerbern, die fast ausschließlich in Serie produzieren“, positioniert der Technische Leiter von Herrenknecht Vertical, Jürgen Binder, sein Unternehmen mit einem Alleinstellungsmerkmal.

Tiefbohranlagen mit hohem Automatisierungsgrad

Bei der Fertigung der Anlagen arbeitet das Unternehmen nach den hohen Standards der Offshore-Technik, denn die Systeme kommen auch auf See zum Einsatz. Zudem verfügen die Anlagen über eine Vielzahl von Neuentwicklungen, zu denen auch ein optimiertes Sicherheitskonzept gehört, die sogenannte Hands-off-Technologie. Zu den weiteren Features der modernen Bohranlagen zählen ein flexibles Energiemanagement und integrierte Schallschutzmaßnahmen.

Als Hauptvorteil der Herrenknecht-Tiefbohranlagen gegenüber konventionellen Systemen aber gilt ihr hoher Automatisierungsgrad. Dadurch können Anwender die Anlagen mit lediglich vier Mann pro Schicht betreiben, was eine deut­liche Kostenersparnis zur Folge hat.

Bei der Konstruktion der Bohranlagen achtet Herrenknecht auf optimalen Explosionsschutz. Das hat seinen Grund, denn mit den Tiefbohranlagen können auch Öl- und Gasvorkommen erschlossen werden. Auch die Komponenten müssen deshalb absolut explosionssicher sein. Die Suche nach einem geeigneten Drehgeber für die Positionierung des Bohrantriebs (Top Drive) und des Hebewerks war deshalb nicht leicht.

„Die wenigsten Anbieter haben ex-geschützte Drehgeber im Programm“, sagt Binder. Beim Automatisierungstechnik-Spezialisten Hengstler wurde Herrenknecht fündig. Der Absolutwertgeber Acuro AX71 erfüllt die hohen Ansprüche an den Explosionsschutz – und mehr. „Er hat von allen getesteten Drehgebern auch von der Feldtauglichkeit her am besten abgeschnitten“, erinnert sich Jürgen Binder. Auch mit seinem EMV- und Blitzschutz, der Temperatur-Range von-40 °C bis +50 °C und beim Kontakt mit Salzwasser punktete der Acuro AX71. Der absolute optische Winkelencoder wird ab sofort in allen Herrenknecht-Tiefbohranlagen verbaut.

Bohren nur mit präzise positioniertem Gestänge

Die Aufgabe des Acuro AX71 an der Anlage ist es, den Bohrantrieb und das Hebewerk, die sogenannte Rack-and-Pinion, exakt zu positionieren. „Der Antrieb muss genau wissen’, wo er gerade ist“, erklärt der Herrenknecht-Ingenieur.

Da immer neue Bohrstangen nachgesetzt werden, muss am Hebewerk die Höhenposition festgehalten und weiter aufaddiert werden, um die exakte Meißeltiefe zu bestimmen.

Für diese Aufgabe eignet sich der Acuro AX71, da er binär codierte Positionswerte ausgibt und die Achslage in Bezug zu einem Referenzpunkt anzeigt. Zudem zeichnet sich der Drehgeber durch Auflösungen von bis zu 12-Bit in der Multiturn- und bis zu 22-Bit in der Single Turn-Version aus. Er ist mit einem Durchmesser von nur 70 mm und einem Wellendurchmesser von nur 10 mm (Vollwelle) auch sehr kompakt. Für die Kompatibilität der Drehgeber sorgen ihre zahlreichen Schnittstellen wie SSI/BiSS und SSI (programmierbar) sowie Profibus, CANopen und DeviceNet.

Hengstler hat den Drehgeber mit Edelstahlgehäuse entsprechend der ATEX- und IECEx-Richtlinien für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen entwickelt (EN 60079). Der Acuro AX71 eignet sich deshalb auch für Lackier-, Abfüll-, Misch- oder Siloanlagen sowie in der Petrochemie oder in Mühlen. Für Herrenknecht wurde der Drehgeber individuell angepasst. Er erhielt eine Skalierung, auch Restwertverrechnung oder Rundtakt-Funktion genannt. Sie bewirkt, dass der Encoder nach einer bestimmten Anzahl an Drehungen auf 0 zurückgesetzt wird. Der Restwert wird gespeichert und steht nach dem Einschalten des Drehgebers sofort wieder zur Verfügung.

Gekapselter Drehgeber hält Explosionen stand

In der nächsten Geothermie-Anlage sollen wieder Drehgeber von Hengstler verbaut werden. „Wir sind sehr am neuen Acuro AX73 interessiert“, sagt Binder. Kein Wunder: Das Gehäuse des druckfest gekapselten Drehgebers würde sogar eine Explosion in seinem Innern überstehen. Eventuell auftretende Funken verlöschen zudem, bevor sie nach außen gelangen.

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