Lagerstellen in Inspektions-Roboter trotzen der rauen Nordsee

Problem

Da die Roboter dauerhaft Unterwasser arbeiten, ist für die Bauteile eine Meerwasserbeständigkeit erforderlich. Zudem stehen die Lagerstellen unter eine Belastung von bis zu 500 kg. Um eine möglichst lange Standzeit zu erreichen benötigt man ein verschleißfestes Lager. 

Lösung

Mit iglidur J Polymer-Gleitlagern hat die Firma SubC eine sehr verschleißfeste Lösung gefunden, die sehr gut und zuverlässig unter den rauen Bedingungen arbeitet. Durch die Schmierfreiheit können die iglidur Lager, ohne Gefahr für die Umwelt, Unterwasser eingesetzt werden. Selbst bei den auftretenden Lasten von 30 MPa in Kombination mit Salzwasser, konnte nach 200.000 Zyklen kein nennenswerter Verschleiß der Gleitlager festgestellt werden. 

‚Wie in einer Waschmaschine‘ – Tauchgänge sind gefährlich und teuer

Bohrplattformen sind auf sogenannten ‚Jackets‘ montiert – auf viereckigen Konstruktionen aus Stahlrohren, die auf dem Meeresboden verankert sind. Im Rahmen der Erneuerung galt es eine Bestandsaufnahme zu machen. Wie steht es um die Beschaffenheit der Stahlrohre – besonders nahe der Wasseroberfläche in der sogenannten Spritzzone, wo die Struktur korrosionsanfällig ist? Um Antworten zu finden, wären in der Vergangenheit Taucher ins Wasser gesprungen. Eine gefährliche Aufgabe.

Mit einer ‚Fahrt in der Waschmaschine‘ vergleicht ein Taucher den Einsatz. Zudem sind Crew, Ausrüstung und Hilfsschiffe teuer. Total hat sich deswegen auf die Suche nach einer Alternative gemacht. Fündig wurde das Unternehmen in Esbjerg. Die dänische Stadt im Südwesten Jütlands ist Firmensitz von SubC Partner – ein Unternehmen, das auf die Entwicklung von Offshore-Technologien spezialisiert ist. SubC entwickelt, produziert und betreibt den Robotic Crawler für die Inspektion der Rohre. Eine besondere Würdigung: Der Roboter wurde von Total mit einem Innovationspreis ausgezeichnet.

Jacket Crawler bewegt sich mit zwei hydraulisch angetriebenen Krallen entlang der Rohre von Gasplattformen. Der ferngesteuerte Roboter führt Inspektions- und Reparaturaufgaben durch.

Sicherer und günstiger: Roboter für Inspektions- und Rückbauarbeiten

Der Crawler hat zwei hydraulische angetriebene Metallkrallen mit insgesamt 12 Rollen, die sich mit einem Anpressdruck von je 500 kg um die Stahlkonstruktion klammern. Auf 12 Rollen bewegt sich der Crawler um das Rohr. Die Vorwärtsbewegung gleicht der einer Raupe: Will er sich vorwärtsbewegen, hält die hintere Kralle das Rohr umschlossen. Die vordere Kralle drückt sich über Hydraulikzylinder um wenige Zentimeter nach vorne. Anschließend zieht die vordere Kralle die hintere nach. Der Roboter erreicht so jeden beliebigen Punkt des Rohres.

Und die Steuerung? Der Crawler lässt sich mittels eines Joysticks bewegen. Er liefert über sechs Kameras ein Livebild in die Kommandozentrale. Von dort steuert der Bediener auch die Werkzeuge, mit denen sich der Roboter ausrüsten lässt – hauptsächlich ein Draht-Diamantschneider, mit dem der Roboter Teile oder zu ändernde Konstruktionen an der Plattform absägt und hinaufbringt.

Entwicklung des Draht-Diamantschneiders: Das Werkzeug lässt sich dank drylin Linearachsen millimetergenau ausrichten.

Hochleistungskunststoff schützt Robotic Crawler vor Korrosion

Zwar läuft der Robotic Crawler – anders als ein Taucher – nicht Gefahr, sich bei der Arbeit zu verletzen. Doch das salzige Meerwasser war trotzdem eine Herausforderung für die Ingenieure. Hätten die Experten in den Gelenken des Roboters Metallbuchsen eingesetzt, wären Korrosionsgefahr und ungeplante Stillstände ständige Begleiter gewesen.

Die Ingenieure haben sich daher für eine Alternative entschieden: für Buchsen aus iglidur Hochleistungskunststoffen, die der motion plastics Spezialist igus aus Köln produziert. „Dank der Kunststoffbuchsen müssen wir uns um das Thema Korrosion keine Sorgen mehr machen“, erklärt Bjarne Lindquist, verantwortlicher Konstrukteur bei SubC Partner. Und so überrascht es nicht, dass die Ingenieure ein weiteres Produkt von igus nutzen. Der Draht-Diamantschneider bewegt sich auf drylin Linearachsen. „Dank ihnen können wir den Schneider millimetergenau positionieren.“
 
Und auch in puncto Robustheit brauchen sich die Kunststoffbauteile nicht zu verstecken. Den Kunststoffcompounds zugemischt sind Verstärkerstoffe, welche die Buchsen so robust machen, dass sie auch hohen Drücken und Kantenlasten standhalten. „igus hat die Kunststoffprodukte so weit entwickelt, dass sie in industriellen Profianwendungen eine Alternative zu metallischen Alternativen sind“, so Anders Riis Olesen, Technischer Verkaufsberater bei igus. „Das ist großartig.“ Die Buchsen sind zudem wartungsfrei.

Da Festschmierstoffe in das Material integriert sind, ist ein Trockenlauf mit niedrigen Reibwerten möglich – ohne zusätzliche Schmiermittel wie Öle und Fette. Nicht zuletzt konnte SubC Partner die Kosten für den Robotic Crawler reduzieren. Denn die iglidur Buchsen sind im Vergleich zu Buchsen aus Metall um bis zu 40 Prozent günstiger.

Jacket Crawler inspiziert, reinigt und repariert das Stahlgerüst einer dänischen Gasplattform.

Labortests bestätigen Verschleißfestigkeit der Kunststoffbuchsen

Um die Haltbarkeit seiner Werkstoffe zu beweisen, betreibt igus ein 3.800 Quadratmeter großes Testlabor, wo jedes Jahr auf 300 Versuchsanlagen über 15.000 Tribologieversuche stattfinden. Auch der von SubC Partner eingesetzte Werkstoff iglidur Z musste dort seine Robustheit unter Beweis stellen. Die Ingenieure haben dafür eine Kunststoffbuchse auf einer gasnitrierten Welle vom Typ ST52 geschwenkt – mit einer Geschwindigkeit von 0,01 Metern pro Sekunde und einer Belastung von 30 MPa. Auch nach 200.000 Zyklen war an den Buchsen und der Welle kein nennenswerter Verschleiß zu messen.

Anders das Resultat bei den metallischen Buchsen. Die Ingenieure haben den Versuch bereits nach 35.000 Zyklen abgebrochen. Zu hoch war der Verschleiß der Buchsen, zu stark die Beschädigung an der Welle. iglidur Z wurde speziell für höchste Standzeiten unter extremen Bedingungen entwickelt. Neben seiner Verschleißfestigkeit gegenüber Salzwasser eignet er sich außerdem bei hoher thermischer Belastung und hohen Kräften.


Zu den eingesetzten Produkten

In den Gelenken des Roboters kommen Gleitlager aus dem Werkstoff iglidur Z zum Einsatz. Der Hochleistungskunststoff ist verschleißfest, korrosionsfrei und benötigt keine Schmiermittel.