Präzise Zykloidgetriebe für Offshore-Anwendungen

Selbst bei hochmodernen Bohranlagen läuft das Handling des Bohrrohres gegenwärtig maximal halbautomatisch ab. Sobald es aber um andere Objekte geht, wie beispielsweise die Bohrgarnitur oder Werkzeuge, wird das Handling zeitaufwendig, da manuelle Arbeitsschritte und der Austausch des Handling-Equipments nötig sind. Eines der Hauptziele der Tätigkeiten von Robotic Drilling Systems – kurz RDS – ist es nun, die Menschen aus den gefährlichen Bereichen der Bohrplattformen zu holen.

Das Unternehmen mit Sitz in Sandnes, Norwegen, hat dazu in den letzten fünf Jahren ein System aus mehreren vollautomatischen Bohrrobotern entwickelt. Dieses ermöglicht, die normalerweise anstrengenden und gefährlichen Tätigkeiten des Bohrrohr-Platzierens und Werkzeug-Handelns schneller und präziser zu erledigen – ohne die Anwesenheit eines einzigen Menschen.

Um dies zu erreichen, hat RDS drei Innovationen hervorgebracht: Erstens mehrere Bohrplattform-Maschinen, wie den Robotic Pipe Handler RPH-3500 oder den Robotic Iron Roughneck RIR-270, die ein flüssiges, vollautomatisches Handling der Bohrrohre und Werkzeuge ermöglichen, zweitens ein dynamisches Roboter-Steuerungssystem, das flexible Operationen erlaubt und drittens einen Drill-Floor-Roboter DFR-1500, der die manuellen Arbeitsschritte ersetzt und den zentralen Roboter im System darstellt. Er greift einzelne Bohrelemente und bringt sie für den Bohrvorgang in Position. Dazu kann er selbstständig auf verschiedene Werkzeuge zugreifen und diese innerhalb von Sekunden wechseln. Dabei ist der 7-Achs-Roboter sehr präzise und gleichzeitig auch extrem leistungsfähig: Seine maximale Traglast liegt bei 1.500 kg.

Für die Steuerung der Roboter entwickelte RDS eine eigene Softwareplattform. Diese ermöglicht die nahtlose Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Robotern. Mit Hilfe dieser Software lassen sich die Roboter einfach umprogrammieren, wenn das Bohrprogramm kurzfristig geändert werden muss. Der Clou: Der Bediener teilt dem Roboter lediglich mit, welche Aufgabe er erledigen soll und nicht, wie er diese durchzuführen hat. „Der Roboter programmiert sich selbst und arbeitet mit anderen Maschinen beziehungsweise Robotern über ein integriertes Antikollisionssystem zusammen“, erklärt Jimmy Bostrøm, Chief Operating Officer von RDS.

Für die Roboter benötigte der Hersteller besonders leistungsfähige Antriebslösungen. Die Getriebe, die RDS bei früheren Projekten verwendet hatte, kamen für die anspruchsvollen Aufgaben auf Bohrplattformen nicht in Frage. Eine Alternative war gefragt. „Für uns stellte es sich als großen Vorteil heraus, für die Entwicklung der neuen Roboter Ingenieure eingestellt zu haben, die eine Menge Experten-Wissen aus der Robotik mitbrachten. Daher wussten wir genau, welche Anforderungen wir an den Getriebelieferanten und dessen Produkte stellen mussten“, so Bostrøm weiter.

Bei einer Untersuchung, die RDS durchführte, um herauszufinden, welche Technik eingesetzt werden sollte, stachen die Zykloidgetriebe von Nabtesco heraus. „Zum einen arbeiten sie spielfrei und weisen ein hohes Übersetzungsverhältnis auf; zum anderen bietet Nabtesco die Getriebe auch mit Hohlwelle an, die es uns ermöglicht, elektrische Kabel komplett durch die Getriebe hindurchzuführen, was eine hohe Integration erlaubt. Das war uns sehr wichtig“, erklärt Bostrøm die Entscheidung für die Nabtesco-Getriebe. Weitere Argumente seien die Wartungsfreiheit, der gute technische Support und die Instandhaltung seitens des Herstellers sowie exzellente Lieferzeiten gewesen. Eine weitere Service-Leistung des Herstellers ist das Customising: Die Konstrukteure von Nabtesco entwickeln bei Bedarf für den Kunden anwendungsspezifische Getriebelösungen, die an die individuelle Applikation angepasst sind.

Im Bohrplattform-Roboter DFR-1500 und im Bohrrohr-Handler RPH-3500 sind sechs beziehungsweise vier Nabtesco-Getriebe verbaut. Auch im elektrischen Bohrarbeiter RIR-270 kommt ein Zykloidgetriebe desselben Herstellers zum Einsatz. Dabei handelt es sich um Sondergetriebe, die Nabtesco eigens für RDS angepasst hat. „Die größten und leistungsfähigsten, die sie uns anbieten konnten“, sagt Bostrøm. Salzhaltige Luft, explosive Umgebung, hohe Temperaturschwankungen – offshore herrschen harte Bedingungen, die extrem hohe Anforderungen an die Technik stellen, insbesondere in puncto Explosionsschutz und Überlastsicherheit. Zur Gewährleistung der Betriebs- und Funktionssicherheit werden Technologien, die offshore zum Einsatz kommen, von der internationalen Klassifikationsgesellschaft DNV GL zertifiziert. Auch die Nabtesco-Getriebe im Bohrplattform-Roboter DFR-1500 wurden von der DNV GL auf Herz und Nieren geprüft. Das aktuell ausgestellte Bauartzulassungszertifikat gilt für den Einsatz auf der Ölplattform Deepsea Atlantic. jl