Von virtuellen Modellen zur Praxis: Inertialsensoren ermöglichen digitale Zwillinge im Untertagebau

Verknüpfung von Modell und Realität

Building Information Modeling (BIM) hat sich längst über seine Ursprünge in der Gebäudeplanung hinaus entwickelt. Die Fähigkeit, detaillierte digitale Darstellungen physischer Anlagen zu erstellen, bietet erhebliches Potenzial für den Berg- und Untertagebau, wo Betreiber komplexe Netzwerke aus Schächten, Stollen, Höhlen, Zugangswegen und technischen Anlagen verwalten – meist unter anspruchsvollen, sich ständig verändernden Bedingungen.

BIM ermöglicht es, geologische, bauliche und technische Informationen in einer gemeinsamen digitalen Umgebung zusammenzuführen. Während der Planungs- und Bauphase hilft dies Ingenieuren dabei, räumliche Zusammenhänge zu verstehen, die Infrastruktur zu koordinieren und potenzielle Konflikte zu erkennen. Sobald jedoch Aushub-, Abbau- oder Bohrarbeiten beginnen, rückt eine andere Frage in den Mittelpunkt: Wie verhält sich die tatsächliche Struktur oder Maschine?

Hier haben digitale Zwillinge wesentliche Vorteile über herkömmliche BIM-Modelle: Die Einbeziehung realer Daten ermöglichen den Ingenieuren, das projektierte Verhalten kontinuierlich mit tatsächlichen Veränderungen abzugleichen.

Inertiale Sensortechnologie von ASC liefert einen wichtigen Teil dieser Informationen: präzise Beschleunigungssensoren, die die wechselnden Bedingungen und deren Auswirkungen auf unterirdische Bauwerke, Maschinen und Anlagen sichtbar machen.

Wie Sensor-Daten zum operativen Vorteil werden

Im Untertagebau können exakte Beschleunigungs- und Schwingungsmessungen wertvolle Erkenntnisse über den Zustand von Maschinen und Anlagen liefern; und über dynamische Belastungen, denen Strukturen und Geräte ausgesetzt sind.

Die Anwendungen reichen von der Überwachung von Brechern, Förderbändern, Bohrgeräten und anderen Maschinen bis hin zur Erfassung von Vibrationen in unterirdischen Strukturen. Veränderungen im Schwingungsverlauf oder dynamische Geschehnisse können Hinweise auf ungewöhnliche Entwicklungen liefern, welche genauer untersucht werden müssen.

In Verbindung mit weiteren Informationen ermöglichen die aktuellen Sensordaten, proaktive Instandhaltungsstrategien auf Grundlage des realen Zustands zu entwickeln. So helfen sie Betreibern, rechtzeitig einzugreifen, bevor ungeplante Ausfallzeiten oder noch schwerwiegendere Folgen anfallen.

Dasselbe Prinzip gilt für unterirdische Bauwerke: Messungen an ausgewählten Punkten in Tunneln, Schächten oder anderen Aushubstellen liefern praxisnahe Informationen für die Zustandsüberwachung. Anstatt sich ausschließlich auf regelmäßige Inspektionen oder statische technische Modelle zu verlassen, können Betreiber ihre digitalen Zwillinge schrittweise mit tatsächlich gemessenen Zustandsdaten validieren.

Der Vorteil: ein fundierterer Überblick über den realen Zustand von Anlagen, bessere Instandhaltung und höhere Betriebssicherheit.

Vier Sensorlösungen. Ein Ziel: smarte Infrastrukturüberwachung

Zuverlässige Messdaten sind unerlässlich, damit dieser Ansatz funktioniert – insbesondere in anspruchsvollen Tiefbau-Projekten.

Kapazitive MEMS-Beschleunigungssensoren der ASC ECO-Serie sind in uni-, bi- oder triaxialer Ausführung erhältlich. Alle Modelle sind mit Messbereichen von ±2 g bis ±40 g und einer Rauschdichte von 22,5 bis 90 µg/√Hz verfügbar. Mit Schutzklasse IP68 und einer Stoßfestigkeit von bis zu 10.000 g eignen sie sich hervorragend für Einsätze in Umgebungen, die Staub, Feuchtigkeit und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.

• ASC ECO – Analog mit Spannungsausgang: differentieller Analogspannungsausgang (±2,4 V), robuste Bauweise. Ideal für herkömmliche Messsysteme und die Integration in bestehende Datenerfassungsarchitekturen.

• ASC ECO CS – Analog mit Stromausgang: für anspruchsvolle Installationen mit langen Kabeln oder solche, die hohe elektromagnetische (EMV) Verträglichkeit erfordern. Der 4-20 mA-Stromausgang ermöglicht zuverlässige Signalübertragung über große Entfernungen bei hervorragender Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen. Die ideale Lösung für große Infrastrukturprojekte und Brückenüberwachung. 

• ASC DiSens ECO – Digital: der nächste Schritt in Richtung vernetzter Messtechnik. Mit integrierter A/D-Wandlung, konfigurierbaren Filtereinstellungen und digitaler CAN-Schnittstelle. Ermöglicht effiziente Datenübertragung und die nahtlose Integration in digitale Überwachungssysteme.

• ASC AiSys ECO – Digital & Smart: Mehr als nur Messung – dieses intelligente Sensorsystem erfasst und analysiert Beschleunigungsdaten direkt am Sensor. Integrierte Filter, Frequenzanalyse und Merkmalsextraktionsalgorithmen helfen, den Aufwand für nachgelagerte Datenverarbeitung zu reduzieren.

Von Visualisierung zu Vorhersage: digitale Zwillinge im Untertagebau

Der wahre Wert digitaler Zwillinge geht über reine Visualisierung hinaus. Er ergibt sich aus der Verknüpfung virtueller Daten mit kontinuierlich erfassten Echtdaten vom tatsächlichen Einsatzort.

Da im Untertagebau zunehmend vernetzt und datengesteuert gearbeitet wird, ermöglicht diese Rückkopplungsschleife den Ingenieuren, Veränderungen zu erkennen, ihre Modelle zu validieren und Wartungsentscheidungen auf Grundlage des aktuellen Zustands der Anlagen zu treffen – anstatt sich alleine auf Annahmen zu stützen.

BIM schafft digitale Rahmenbedingungen. Inertialsensoren ergänzen sie mit physischer Realität. Die Verbindung beider Komponenten schafft geschäftlichen Mehrwert – für einen sicheren, zuverlässigen, effizienteren Betrieb.