Faulhaber, Kanalroboter

Keine Szene aus einem Sience-Fiction- oder Horrorfilm, sondern moderner Alltag in der Kanalsanierung. Bei Kamerasteuerung, Werkzeugfunktionen und dem Fahrantrieb kommen Motoren von Faulhaber zum Einsatz. - Bild: Faulhaber

Der hygienische Umgang mit Abwasser ist eine Menschheitsaufgabe. Im Tal des Indus haben Archäologen Abflusskanäle gefunden, die über 4000 Jahre alt sind. In Europa werden Teile von Kanälen aus der Römerzeit mancherorts bis heute genutzt. Sie wurden in die modernen Abwassersysteme integriert, als die großen Städte zum Ende des 19. Jahrhunderts mit deren Ausbau begannen.

Seitdem ist das Netz enorm gewachsen. Allein in Deutschland hat das öffentliche Kanalnetz eine Gesamtlänge von rund 500.000 Kilometer, auf Privatgrundstücken kommen etwa 780.000 Kilometer hinzu. Weltweit sind also viele Millionen Kilometer Kanäle in Schuss zu halten – möglichst ohne das Leben, welches einige Meter über ihnen stattfindet, zu stören, zumal die Städte weltweit rasant wachsen und das reibungslose Funktionieren der Infrastruktur immer wichtiger wird.

Roboter ersetzt Bagger

Früher musste man unterirdische Leitungen über weite Strecken freilegen, um einen Schaden überhaupt lokalisieren zu können. Heute übernehmen Kanalroboter die Begutachtung ganz ohne Bauarbeiten. Sie werden an einem Gully oder einem Hausanschluss ins Rohr eingeführt. Eine eingebaute Kamera inspiziert die Rohrinnenwand, um den Schaden zu lokalisieren. Sind die Roboter mit sogenannten Arbeitsköpfen ausgestattet, können sie viele Reparaturen auch gleich erledigen.

„Es gibt verschiedene Arten von Kanalrobotern“, erklärt Regina Kilb, die bei Faulhaber dieses wachsende Marktsegment analysiert hat. „Die Geräte für Rohre mit kleinen Durchmessern, meist kürzere Hausanschlüsse, hängen an einem Leitungsstrang. Sie werden bewegt, indem man diesen Strang auf- oder abrollt. Sie verfügen lediglich über eine schwenkbare Kamera zur Schadensanalyse. Bei größeren Rohrdurchmessern können dagegen auf Fahrwagen montierte Maschinen eingesetzt werden, die mit multifunktionellen Arbeitsköpfen ausgestattet sind. Solche Roboter gibt es schon seit langem für horizontale und seit einiger Zeit auch für vertikale Rohre. Der Trend geht außerdem zu immer kleineren Kanalrobotern, mit denen dann auch kleinere Rohrdurchmesser erschlossen werden können. Ganz allgemein kann man den Einsatzbereich für Kanalroboter nach dem Rohrdurchmesser definieren: zu groß für Schubkameras, aber zu klein für Menschen.“

Die am häufigsten verwendete Roboter-Form ist für die gerade, waagerechte Fahrt in Kanälen mit nur leichtem Gefälle konstruiert. Diese selbstfahrenden Roboter bestehen aus einem Fahrgestell – meist ein flacher Wagen mit mindestens zwei Achsen – und einem Arbeitskopf mit integrierter Kamera.

Eine andere Variante ist „bogengängig“ und kann also auch um die Kurve fahren. Schließlich gibt es Roboter, die sich sogar in senkrechten Rohren bewegen können, weil sie ihre Räder oder Kettenlaufwerke von innen gegen die Rohrwand drücken. Eine bewegliche Aufhängung des Fahrgestells zentriert das Gerät in der Rohrmitte, die Federung gleicht Unebenheiten sowie geringe Querschnittsveränderungen aus und sorgt für die nötige Traktion.

Solche und andere Kanalroboter werden übrigens nicht nur in der Kanalisation, sondern auch in industriellen Rohrleitungssystemen eingesetzt, etwa in der Chemie, Petrochemie oder Öl- und Gasindustrie. „Die Anforderungen an die Motoren in den Fahrgestellen sind sehr hoch“, betont Regina Kilb. „Sie müssen das Gewicht der Kabel, die sie mit Strom versorgen ziehen und die Kamerabilder übertragen. Dafür benötigen sie Motoren, die bei minimalen Ausmaßen sehr hohe Leistung bringen.“

Arbeiten im Rohr

Kanalroboter können mit sehr vielseitigen Arbeitsköpfen für selbsttätige Reparaturen ausgestattet sein. So beseitigen sie etwa durch Fräsen und Schleifen Hindernisse, Verkrustungen und Ablagerungen oder einen überstehenden Muffenversatz. Kleine Löcher in der Rohrwand verspachteln sie mit einer mitgeführten Dichtungsmasse oder bringen eine Absperrblase in das Rohr ein. Bei Robotern für kleinere Rohrdurchmesser sitzt der Arbeitskopf direkt am vorderen Ende des Wagens, bei Maschinen für größere Rohre ist dieser auf einem beweglichen Arm montiert.

In einem solchen Kanalroboter werden deshalb bis zu vier verschiedene Antriebsaufgaben gelöst: für die Räder oder das Kettenlaufwerk, für die Bewegung der Kamera, für den Antrieb der Werkzeuge und für den beweglichen Arm, der diese in Position bringt. Ein fünfter Antrieb realisiert bei einigen Modellen die Einstellung des Kamerazooms.

Regina Kilb, Faulhaber
Regina Kilb analysiert bei Faulhaber das wachsende Marktsegment der Kanalroboter. - Bild: Faulhaber

Die Kamera selbst muss geschwenkt und gedreht werden, damit sie immer den gewünschten Blickwinkel liefern kann. Die Kamerahalterung bietet nicht viel Platz, deshalb werden an dieser Stelle besonders kleine Motoren benötigt, die außerdem sehr präzise arbeiten müssen.

Dafür kommen zum Beispiel die flachen und mit 12mm extrem kurzen Getriebemotoren der Serie 1512…SR oder auch größere Modell der Serie 2619…SR in Frage. In dem breiten Sortiment von FAULHABER finden sich auch Schrittmotoren oder bürstenlose Antriebe ab einem Durchmesser von 3 mm, sowie die dazu passenden Getriebe.   „Diese Antriebe erreichen im Verhältnis zu ihrer Größe die höchste Effizienz und Energiedichte, die verfügbar ist“, betont Regina Kilb.

Gewichtige Kabelschleppe

Dieses Verhältnis spielt auch beim Fahrgestell eine wichtige Rolle, zumal der Trend zur Miniaturisierung geht, um die Geräte in noch engere Rohre schicken zu können. Das Design des Antriebs variiert: Der ganze Wagen, jede Achse oder jedes einzelne Rad kann von jeweils einem Motor bewegt werden.

Der oder die Motoren müssen nicht nur das Fahrgestell samt Aufbauten an den Einsatzort bringen, sondern neben dem Elektrokabel oft auch schwere pneumatische oder hydraulische Leitungen mitziehen.

Bei einer Reichweite von bis zu 2000 Meter ergibt das eine Schleppe von beträchtlichem Gewicht. „Der Antrieb muss also ein sehr hohes Drehmoment entwickeln“, sagt die Vertriebsingenieurin. „Zugleich passiert es aber unweigerlich immer wieder, dass die Fahrt wegen eines Hindernisses ins Stocken gerät. So kommt es regelmäßig zur Überlast bei voller Drehzahl. Das halten nur sehr robuste Motoren und Getriebe aus. Wir empfehlen für diese Einsatzart den bewährten Graphit Kommutierten 3557 der Reihe CR oder den 2224 der Reihe SR mit Edelmetallkommutierung und die neuen Getriebe der Typen 20/1 R und 26/1 R. Der Motor kann mit radialen Pins ausgestattet sein, um die Aufhängung zu sichern und die bei Überlast entstehenden Kräfte aufzunehmen.“

Der Motor für den Roboterarm braucht weniger Kraft als der Radantrieb und hat mehr Platz als die Kameraführung. Die Anforderungen an ihn sind nicht ganz so hoch, wie an die anderen Antriebsstränge im Kanalroboter. „Für diese Aufgabe haben wir eine große Palette von Standardmotoren zur Verfügung“, betont Regina Kilb. „Darunter findet sich für jede Variante die optimale Lösung.“

Kompakte Kraftpakete

Die Antriebe für die Werkzeuge wiederum müssen dagegen per Definition durchweg Spitzenleistung bringen – bei kleinen Ausmaßen, denn im Funktionskopf geht es immer eng zu. Zugleich werden für zupackendes Greifen oder für stundenlanges Fräsen Motoren gebraucht, die besonders viel Kraft aufbieten und über lange Zeit störungsfrei arbeiten können. Sie müssen sich außerdem gegen die Konkurrenz der pneumatischen und hydraulischen Antriebe behaupten. Diese entwickeln bauartbedingt größere Drehmomente, als es elektrisch unter Kanal-Bedingungen möglich ist.

Dafür braucht der Elektromotor weder die zusätzliche hydraulische oder pneumatische Antriebseinheit noch die schweren und teuren Leitungen, sondern kommt mit dem ohnehin vorhandenen Stromkabel aus. Die Leistungsfähigkeit der Motoren wächst beständig, nicht zuletzt dank des Know-hows und der ständigen Entwicklungsarbeit der Ingenieure von Faulhaber. „Der Motortyp 2057…BHS ist z.B. für solche Fräsköpfe entwickelt worden und erreicht Drehzahlen über 30 000 U/min“, sagt Regina Kilb und erklärt: „Diesem Werkzeug kommt bei der Rohr-im-Rohr-Sanierung eine besonders wichtige Rolle zu, denn es sorgt für den freien Fluss zwischen Seiten- und Hauptrohr.“

Rohr im Rohr

Beschädigte Kanalrohre werden heute häufig nicht ausgetauscht, sondern von innen mit Kunststoff ausgekleidet. Dafür wird ein Kunststoffschlauch mit Luft- oder Wasserdruck in das Rohr gepresst. Um den weichen Kunststoff auszuhärten, wird er anschließend mit UV-Licht bestrahlt. Dafür gibt es wiederum spezialisierte Roboter, die mit Hochleistungslampen bestückt durch die Rohre fahren. Nach ihnen muss aber der Vielzweckroboter mit Arbeitskopf anrücken, um die seitlichen Verzweigungen des Rohrs aufzufräsen. Denn der Schlauch hat zunächst alle Zu- und Abgänge der Leitung mit abgedichtet.

Bei einem solchen Einsatz wird oft über Stunden eine Öffnung nach der anderen in den harten Kunststoff gefräst. Hier sind Standzeit und Zuverlässigkeit der Motoren von entscheidender Bedeutung, damit ohne Unterbrechung durchgearbeitet werden kann.

„Die Hersteller von Kanalrobotern finden bei uns eine Produktpalette, die für all die unterschiedlichen Aufgaben in diesem Segment einen passenden Motor bietet“, sagt Regina Kilb. „Das gilt sowohl im Hinblick auf Leistung und Effizienz als auch auf die Robustheit. Außerdem stehen wir unseren Kunden als Entwicklungspartner zur Verfügung, wenn zum Beispiel für die Kamerabewegung eine parallele Positionierung von Motor und Getriebe benötigt wird. Wir entwickeln gemeinsam mit ihnen spezifische Lösungen für besondere Anforderungen. Diese Produkte tragen ihren Teil dazu bei, dass immer mehr Kanalarbeiten ohne Bautrupps unterirdisch ausgeführt werden.“

Faulhaber

Für den Autofahrer, der an der Ampel auf Grün wartet, sieht die belebte Straßenkreuzung im Herzen der Stadt aus wie jeden Morgen. Er ahnt nicht, dass er sich inmitten einer Baustelle befindet – genauer gesagt darüber. Nur wenige Meter unter ihm schneidet ein greller Lichtstrahl durch die Finsternis und schreckt die unterirdischen „Bewohner“ auf. Ein Kameraauge schickt Bilder von feuchten, rissigen Wänden an die Oberfläche, wo der Operator angespannt auf seinen Bildschirm schaut, während er den Roboter steuert. Keine Szene aus einem Sience-Fiction- oder Horrorfilm, sondern moderner Alltag in der Kanalsanierung. Bei Kamerasteuerung, Werkzeugfunktionen und dem Fahrantrieb kommen Motoren von Faulhaber zum Einsatz.