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Explosionsschutz ist auch im Tunnelbau ein wichtiges Thema

SOLUTIONS
by PEPPERL+FUCHS

Ob hoch im Gebirge oder in ungeahnten Tiefen: Tunnel überwinden ganze Bergmassive, unterqueren Flüsse und Meere. Sie kürzen Wege ab und entlasten unsere Straßen, verbinden Stadtteile, Länder oder gar Kontinente. Für einen effizienten und sicheren Weg zum Ziel unterstützt auch Pepperl+Fuchs seine Kunden – in den verschiedensten Teilen der Welt. 

Die Erschütterung gleicht einem Erdbeben, das Geräusch ist ohrenbetäubend. Gigantische Maschinen fressen sich mit brachialer Kraft Stück für Stück durch den Felsen: Im Tunnelbau geht es mitunter grob zu. Ob für Eisenbahn oder Auto – bis die Arbeiter Licht am Ende eines Tunnels sehen, werden Unmengen von Gestein abgetragen. Am Werk sind Tunnelbohrmaschinen (TBM) wie die der Firma Herrenknecht. Sie sind bis zu mehrere Hundert Meter lang und beeindrucken mit Durchmessern von bis zu 19 Metern. Gleich an mehreren Stellen sorgt Pepperl+Fuchs hier seit der Einführung neuer Vorschriften für den notwendigen Explosionsschutz.

Riesige Tunnelbohrmaschinen schaffen den Weg durch Bergmassive. © Herrenknecht AG

Herausforderungen unter der Erde

Im Tunnelbau herrschen besondere Bedingungen: Wenn aus gashaltigen Gesteins- und Bodenformationen etwa eine zu hohe Konzentration Methangas austritt und Explosionsgefahr besteht, werden die Bohrungen sofort automatisch unterbrochen und die Energieversorgung abgestellt. Das bringt nicht nur die Bohrantriebe selbst zum Stoppen, sondern auch sämtliche Kommunikationssysteme. Problematisch ist das jedoch für die wichtige Navigationseinheit und die Notevakuierungsanlage der TBM, denn beide dürfen nicht ausfallen.

Riesige Dimensionen, millimetergenaue Präzision

Das lasergesteuerte Navigationssystem der Firma VMT GmbH, Teil der Herrenknecht-Gruppe, zeichnet in Echtzeit stets die exakte Position und Bewegungstendenz der TBM auf und liefert damit essentielle Informationen für den Maschinenführer und die präzise Steuerung. Doch schon bei einer kurzen ungeplanten Unterbrechung des Systems wären alle gespeicherten Daten verloren – fatal für den Fortschritt der Bauarbeiten. Um bei Gaseinbruch einen Datenverlust der Navigationseinheit zu vermeiden, dient deshalb eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) als Notreserve für das Maschinengedächtnis. Sie hält den Computer bis zum kontrollierten Herunterfahren in Betrieb.


Nicht minder wichtig sind bei Explosionsgefahr die Notevakuierungssysteme der TBM. Mindestens 60 Minuten müssen sie laut Vorschrift noch eingeschaltet bleiben, um eine gefahrlose Evakuierung im Tunnel sicherzustellen. Sobald die Energieversorgung unterbrochen wird, greift hier deshalb ebenfalls eine USV, sodass zum Beispiel die Rettungswegebeleuchtung auch bei Gefahr zuverlässig funktioniert.

Der Tunnelbau stellt besondere Anforderungen. © Herrenknecht AG

Doppelt hält besser: die Sicherung der Sicherung

Da eine USV bei explosiver Atmosphäre im Tunnel aber selbst eine potenzielle Zündquelle darstellt, suchten beide Firmen nach einem Partner, der sich um den Explosionsschutz kümmert. Pepperl+Fuchs hat die richtige Lösung: Eingebaut in ein robustes Gehäuse in der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ (Ex d) ist die USV sicher geschützt. Angeschlossene Steuerkästen in „Erhöhter Sicherheit“ (Ex e) erleichtern dabei jeweils den Zugang zu Klemmen und Signalkabeln.


Geplant, gefertigt und zertifiziert werden diese Ex-de-Kombinationen im Solution Engineering Center (SEC) Bühl. „Mit dem Einbau in das Ex-d-Gehäuse kann die USV nicht zur Zündquelle für die umgebende Atmosphäre im Tunnel werden. Die Systeme können währenddessen weiterarbeiten und die nötigen Daten liefern beziehungsweise die Evakuierung sichern“, erläutert Christian Ströhle, Projektreferent bei Pepperl+Fuchs in Bühl. Mensch und Maschine sind nicht gefährdet. „Selbst wenn explosive Atmosphäre in ein robustes Ex-d-Gehäuse eindringt, hält es im Fall einer Explosion im Inneren dem entstehenden Druck stand und verhindert die Übertragung auf die Umgebung.“ So haben die Maschinenführer während des Bauprozesses Zugriff auf alle relevanten Informationen für die exakte Steuerung. Gleichzeitig funktionieren die Notevakuierungssysteme zuverlässig und weisen den Arbeitern im Gefahrenfall den sicheren Weg in den nicht gefährdeten Bereich.

Ex-de-Kombinationen aus dem Solution Engineering Center (SEC) Bühl Geplant, gefertigt und zertifiziert werden die Ex-de-Kombinationen im Solution Engineering Center (SEC) Bühl

Weltweit individuell

Von der Beratung zu der Frage, welche Zündschutzart für die individuelle Anwendung am besten geeignet ist, über Lösungsvorschläge und Projektpläne bis hin zur Fertigung und Zertifizierung: Maßgeschneiderte Lösungen, wie im Fall der USV, erfordern die Nähe zu den Kunden. Zum einen, um die nötige Betreuung des Projekts sicherstellen zu können, zum anderen gilt es, regional spezifische Anforderungen zu kennen und umzusetzen. 

Direkt vor Ort in Shanghai

Diesen Umständen begegnet Pepperl+Fuchs mit seinem 3 000 m² großen Solution Engineering Center in Shanghai. Die hier ansässigen Spezialisten sind befugt, gefertigte Lösungen vor Ort selbst zu prüfen und die in China relevante NEPSI-Konformität mit den zertifizierten Typenschildern zu bestätigen. So müssen Kunden nicht darauf warten, bis offizielle Zulassungsstellen einen zweiten Blick auf ein gefertigtes System geworfen haben, sondern erhalten vom SEC die montagefertige Lösung komplett aus einer Hand. „Die Kommunikation mit unseren Kunden ist in Shanghai und generell in China von besonders großer Bedeutung“, erklärt Holger Fink, Entwicklungsleiter für elektrische Komponenten und Systeme für den Explosionsschutz bei Pepperl+Fuchs. „Vor allem wenn es um nicht alltägliche Lösungen geht, ist der regelmäßige Austausch zwischen unseren Projektingenieuren und den Auftraggebern sehr wichtig. Die Arbeit an einer Explosionsschutzlösung versteht sich als Teamarbeit von SEC und Kunde, das gilt im deutschen Bühl genauso wie in Shanghai.“ Dies ist auch ein Grund, warum es schwierig wäre, den chinesischen Markt von Europa aus zu bedienen, wie Fink weiter erläutert. Mit dem SEC vor Ort können sich die Experten wesentlich besser mit Kunden verständigen und austauschen. „Schon allein die Sprachbarriere und die Zeitverschiebung zwischen Europa und Asien wären ein großes Hindernis für die Kommunikation. Mit unserem auf lokale Bedingungen angepassten SEC-Ansatz lösen wir das“, macht Fink deutlich. Besuche beim Kunden sind so zum Beispiel viel einfacher. „Unternehmen kommen aber auch häufig zu uns ins SEC, um sich über Explosionsschutz zu informieren. Wären wir nur von Mannheim oder Bühl aus tätig, wäre das deutlich schwieriger und würde viel mehr Aufwand bedeuten.“

Vom Fernen Osten in den Wilden Westen

Das Thema Entfernung spielte auch bei der Standortwahl für das 2013 im texanischen Houston eröffnete Solution Engineering Center eine wichtige Rolle. Mehr als 8 000 km entfernt vom Hauptsitz beschäftigt sich Pepperl+Fuchs dort mit den individuellen Bedürfnissen seiner Kunden aus dem amerikanischen Raum. Hier, ganz nah an einem der bedeutendsten Umschlaghäfen der Ölindustrie, berät und unterstützt Pepperl+Fuchs Anlagenbauer, Leitsystemhersteller und Systemintegratoren bei der Umsetzung regionaler Explosionsschutzrichtlinien. Dies gelingt nur, wenn, neben dem Know-how zum NEC, auch lokale und ganz industriespezifische Anforderungen bekannt sind und umgesetzt werden können. Um dafür auch zukünftig bestens vorbereitet zu sein und einen noch schnelleren Kundenservice bieten zu können, startete mit dem ersten Spatenstich im Juni 2016 der Bau eines neuen, größeren Gebäudes. Gemeinsam mit dem US-amerikanischen Distributionszentrum wurde das SEC Houston 2017 in einer modernen, 10 200 m² großen Produktions- und Lagerstätte eröffnet. 


„Das erweiterte Solution Engineering Center bietet ein neues Service-Level für unsere Kunden “, so David Hohenstein, Leiter des SEC Houston. „Während die Einzelzertifizierung von Explosionsschutzlösungen Wochen und Monate dauern kann, können wir im neuen SEC Lösungen basierend auf unseren internationalen Systemzertifikaten in nur wenigen Tagen planen, fertigen und zertifizieren – denn hier haben wir alles unter einem Dach.“ Durch die Anbindung an das Logistikzentrum können fertige Lösungen von hier direkt den Versand an sämtliche Orte antreten. So steht Pepperl+Fuchs weltweit an der Seite seiner Kunden, um Menschen und Maschinen zu schützen – egal ob es sich um eine Erdölraffinerie in Nordamerika, eine Tunnelbohrmaschine in Europa oder eine Chemieanlage in Asien handelt.