03. Vibrationstechnik im Wasser- und Tiefbau (pdf) - Bwk-bb.de
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<strong>Vibrationstechnik</strong> für Ramm- <strong>und</strong> Zieharbeiten<br />
Innovative Entwicklungen <strong>und</strong> Konstruktionen in <strong>de</strong>r <strong>Vibrationstechnik</strong> für die<br />
Anwendungen <strong>im</strong> Spezialtiefbau heute <strong>und</strong> morgen<br />
ThyssenKrupp GfT <strong>Tiefbau</strong>technik GmbH zeichnet sich seit nunmehr über 50 Jahren als<br />
innovatives Unternehmen <strong>de</strong>r Ramm- <strong>und</strong> Ziehtechnik aus.<br />
Unter <strong>de</strong>m Markennamen Müller umfasst das Produktprogramm <strong>de</strong>r <strong>Tiefbau</strong>technik die gesamte<br />
<strong>Vibrationstechnik</strong>:<br />
vom kleinen Baggeranbau-Vibrator über die großen Freireiter mit Aggregat bis hin zu <strong>de</strong>n<br />
mäklergeführten Geräten. Hinzu kommt das komplette Zubehör wie Zangen <strong>und</strong> Adapterplatten,<br />
Bohrantriebe sowie die Bauausführung begleiten<strong>de</strong> Mess- <strong>und</strong> Registriertechnik.<br />
Des Weiteren entwickelt <strong>und</strong> konstruiert die <strong>Tiefbau</strong>technik k<strong>und</strong>enspezifische Lösungen <strong>und</strong><br />
beschäftigt sich mit Son<strong>de</strong>rentwicklungen <strong>und</strong> -konstruktionen für die Aufgaben <strong>de</strong>r Zukunft.<br />
Freihängen<strong>de</strong> Vibratoren mit einstellbarem statischem Moment<br />
Vibratoren mit einstellbarem statischem Moment zeichnen sich dadurch aus, dass ihr statisches<br />
Moment durch Auswechseln von Zusatzunwuchten auf <strong>de</strong>r Baustelle in ihren charakteristischen<br />
Eigenschaften <strong>de</strong>n Bo<strong>de</strong>nverhältnissen angepasst wer<strong>de</strong>n können. Für bindige, kohäsive Bö<strong>de</strong>n<br />
wer<strong>de</strong>n sie mit einer hohen Amplitu<strong>de</strong> <strong>und</strong> kleinerer Frequenz eingestellt, während für sandige,<br />
rollige Bö<strong>de</strong>n die Einstellung mit hoher Frequenz <strong>und</strong> kleinerer Amplitu<strong>de</strong> zu bevorzugen ist.<br />
Das Haupteinsatzgebiet dieser Geräte liegt heutzutage in <strong>de</strong>r Einbringung von schwerem<br />
großvolumigem Rammgut für das höchste statische Momente <strong>und</strong> Fliehkräfte verlangt wer<strong>de</strong>n.<br />
Ein typische Anwendung für <strong>de</strong>n größten Müller Vibrator MS-200 H HF war das Einbringen von<br />
großen Rohren zur Verankerung von so genannten Tripods für Windrä<strong>de</strong>r <strong>de</strong>s Off-shore-<br />
Windparks Alpha Ventus in <strong>de</strong>r Nordsee.<br />
Alpha Ventus – Rammen von 160 to<br />
schweren Rohren mit <strong>de</strong>m Vibrator MS-200 H HF<br />
(„Quelle: Alpha Ventus Pressebild“)<br />
Die bisherige Entwicklung zu <strong>im</strong>mer größeren Anlagen zeigt, dass zukünftig noch stärkere<br />
Vibratoren in diesem Anwendungsbereich gebraucht wer<strong>de</strong>n. Um <strong>de</strong>m gerecht zu wer<strong>de</strong>n hat die<br />
<strong>Tiefbau</strong>technik auf Basis <strong>de</strong>s MS-200 H HF einen Vibrator entwickelt, <strong>de</strong>r in Stufen bis zu einem<br />
statischen Moment von 240 kgm einstellbar ist. Konstruktiv ist das Gerät so gestaltet, dass es<br />
über eine Synchronwelle mit einem Zwillingsgerät koppelbar ist. Hieraus ergibt sich eine<br />
Verdoppelung <strong>de</strong>r Leistungskennzahlen <strong>de</strong>s Gerätes:
Doppelvibrator MS-240 H HF Twin<br />
Fliehkraft (max.)<br />
Stat. Moment (max.)<br />
Schwingungsfrequenz (max.)<br />
Gewicht<br />
Leistungsaufnahme (max.)<br />
10320 kN<br />
480 kgm<br />
23,4 Hz<br />
69500 kg<br />
1648 kW<br />
Freihängen<strong>de</strong> Vibratoren mit variablem statischem Moment<br />
Vibratoren mit variablem statischem Moment zum resonanzfreien An- <strong>und</strong> Auslauf können<br />
heutzutage bis auf wenige Ausnahmen in <strong>de</strong>r Rammanwendung als Stand <strong>de</strong>r Technik in<br />
Deutschland bzw. in Europa betrachtet wer<strong>de</strong>n.<br />
Durch die relative Verstellung mehrerer Unwuchtpaare zueinan<strong>de</strong>r während <strong>de</strong>s Hochlaufens<br />
bzw. Auslaufen <strong>de</strong>s Vibrators, summiert sich in diesen Phasen die äußere Schwingkraft <strong>und</strong> die<br />
Schwingamplitu<strong>de</strong> am Vibrator zu Null. Erst nach Erreichen <strong>de</strong>r Arbeitsfrequenz, die oberhalb <strong>de</strong>r<br />
Resonanzfrequenz <strong>de</strong>s Bo<strong>de</strong>ns liegt, wer<strong>de</strong>n die Unwuchtpaare gegeneinan<strong>de</strong>r verschwenkt, so<br />
dass sich nun die einzelnen Fliehkräfte <strong>de</strong>r Unwuchten zu einer vertikal gerichteten Schwingkraft<br />
addieren.<br />
Die <strong>Tiefbau</strong>technik hat in <strong>de</strong>n letzten Jahren ihre einzelnen Baugrößen von variablen Vibratoren<br />
dahingehend ergänzt, dass heutzutage für je<strong>de</strong> angebotene Fliehkraftstufe wahlweise Vibratoren<br />
mit einem hohen statischen Moment <strong>und</strong> dafür etwas geringerer Frequenz o<strong>de</strong>r Vibratoren mit<br />
einer hohen Frequenz <strong>und</strong> dafür einem geringeren statischen Moment angeboten wer<strong>de</strong>n. So<br />
kann <strong>de</strong>r K<strong>und</strong>e je nach überwiegen<strong>de</strong>r Bo<strong>de</strong>nbeschaffenheit seines Einsatzbereiches <strong>de</strong>n<br />
opt<strong>im</strong>alen Vibrator auswählen.<br />
Die Hydraulikmotore <strong>de</strong>r einzelnen Vibratoren sind so ausgelegt, dass sie in Abst<strong>im</strong>mung zur<br />
Leistung <strong>de</strong>s dazugehörigen Aggregates für ein opt<strong>im</strong>ales Antriebsdrehmoment <strong>de</strong>r<br />
Unwuchtwellen sorgen. Optional wird für je<strong>de</strong>n Vibrator eine leistungsgesteigerte Version mit<br />
einem entsprechend größeren leistungsfähigeren Aggregat <strong>und</strong> darauf wie<strong>de</strong>rum abgest<strong>im</strong>mten<br />
Hydraulikmotoren zur Steigerung <strong>de</strong>s Antriebsdrehmomentes angeboten.
Messdatenerfassung<br />
Das Messdatenerfassungssystem MS-EDGR (Electronic Data Geologic Report) basiert <strong>im</strong> Kern auf<br />
<strong>de</strong>r Zwischenspeicherung aller erfor<strong>de</strong>rlichen Messdaten in <strong>de</strong>r speicherprogrammierbaren<br />
Steuerung (SPS) <strong>de</strong>r Müller Aggregate, <strong>de</strong>r Übertragung dieser Daten per GSM-Mo<strong>de</strong>m auf einen<br />
Internetserver <strong>und</strong> hierdurch gegeben die Möglichkeit <strong>de</strong>s Zugriffs auf diese Messdaten weltweit.<br />
Neben <strong>de</strong>n Maschinendaten, die in <strong>de</strong>r SPS gespeichert wer<strong>de</strong>n, wie z. B. Öldruck <strong>und</strong><br />
Schwingfrequenz <strong>de</strong>s Vibrators, können auch weitere, für <strong>de</strong>n Vibrationsprozess relevante<br />
geotechnische Daten, wie z. B. die Schwinggeschwindigkeit <strong>de</strong>s Bo<strong>de</strong>ns, gemessen mit einem<br />
Geophon o<strong>de</strong>r die Einbringtiefe <strong>de</strong>s Rammgutes über zusätzliche Eingänge aufgezeichnet<br />
wer<strong>de</strong>n. Die Messdaten wer<strong>de</strong>n in kurzen Zeitabstän<strong>de</strong>n paketweise an <strong>de</strong>n Internetserver<br />
übertragen <strong>und</strong> hier zu anschaulichen Messprotokollen aufbereitet. Der Anwen<strong>de</strong>r kann sich<br />
je<strong>de</strong>rzeit per Passwort in die Webseite einloggen <strong>und</strong> sich Messprotokolle laufen<strong>de</strong>r o<strong>de</strong>r auch<br />
abgeschlossener Baustellen über Auswahlkriterien, wie Datum, Baustelle, o<strong>de</strong>r best<strong>im</strong>mten<br />
einzelnem Rammpunkt anschauen <strong>und</strong> ausdrucken.<br />
Internetprotokoll einer Rammung – Aufzeichnung von Druck <strong>und</strong> Frequenz<br />
Das gesamte Datenmanagement übern<strong>im</strong>mt dabei <strong>de</strong>r Internetprovi<strong>de</strong>r, so dass sich <strong>de</strong>r<br />
Bauleiter auf seine wesentlichen Aufgaben konzentrieren kann.
Baggeranbau-Vibratoren mit Zubehör<br />
Baggeranbau-Vibratoren <strong>de</strong>r ThyssenKrupp GfT <strong>Tiefbau</strong>technik GmbH wer<strong>de</strong>n sowohl mit fixem<br />
statischem Moment als auch mit variablem statischem Moment in einer großen Bandbreite<br />
angeboten. Die Vibratoren wer<strong>de</strong>n anstelle <strong>de</strong>s Löffels am Ausleger <strong>de</strong>s Baggers befestigt <strong>und</strong><br />
von <strong>de</strong>ssen Hydraulik angetrieben.<br />
Bei <strong>de</strong>n variablen Baggeranbau-Vibratoren ist die patentierte Einhebelsteuerung <strong>im</strong> Markt<br />
eingeführt. Gegenüber <strong>de</strong>r alten Steuerung, bei <strong>de</strong>r die Verstellung <strong>de</strong>r Unwuchten mit einem<br />
zweiten Bedienhebel vom Bagger aus erfolgt, hat diese Steuerung <strong>de</strong>n Vorteil <strong>de</strong>r Vermeidung<br />
einer Fehlbedienung, dass z.B. be<strong>im</strong> Anlauf <strong>de</strong>s Vibrators die Unwuchten ausgeschwenkt sind,<br />
was zu schädlichen Resonanzschwingungen führt.<br />
Ein Manko bei Baggeranbau-Vibratoren liegt bis dato darin, dass die tatsächliche Einsatzdauer<br />
bzw. die Einsatztage durch <strong>de</strong>n ständigen Wechsel <strong>de</strong>r Arbeitsgeräte am Bagger nicht erfasst<br />
wer<strong>de</strong>n können. Die <strong>Tiefbau</strong>technik hat in Zusammenarbeit mit einem renommierten<br />
Forschungsinstitut ein System entwickelt, welches hier Abhilfe schafft.<br />
Vibrator MS-5 HFBV mit Datenlogger <strong>und</strong> Lesegerät<br />
Es besteht aus einem etwa Zigarettenschachtel großen Datenlogger, <strong>de</strong>r am Baggeranbau-<br />
Vibrator an geschützter Stelle befestigt wird <strong>und</strong> einem Lesegerät. Ausgelöst durch die<br />
Vibrationen <strong>de</strong>s Baggeranbau-Vibrators registriert <strong>de</strong>r Datenlogger die tatsächliche Einsatzzeit.<br />
Nach been<strong>de</strong>ter Baustelle wer<strong>de</strong>n die Daten über das Lesegerät kabellos abgerufen. Die Daten<br />
können zur Planung von regelmäßigen Wartungen o<strong>de</strong>r auch zur Abrechnung <strong>de</strong>r Einsatzzeit <strong>de</strong>s<br />
Vibrators z. B. <strong>im</strong> Mietgeschäft herangezogen wer<strong>de</strong>n.
Son<strong>de</strong>rentwicklungen <strong>und</strong> k<strong>und</strong>enspezifische Konstruktionen<br />
Auf K<strong>und</strong>enanfor<strong>de</strong>rung entwickelte die <strong>Tiefbau</strong>technik ein Aggregat zur Verwendung in<br />
explosionsgefähr<strong>de</strong>ten Bereichen, welches nach <strong>de</strong>r Atex Produktrichtlinie 94/9/EG zertifiziert ist.<br />
Für <strong>de</strong>n Einsatzzweck in <strong>de</strong>r Off-shore Erdölexploration, war eine zusätzliche konstruktive<br />
Auslegung <strong>de</strong>s Gehäuses nach DIN EN 12079 erfor<strong>de</strong>rlich, inklusive <strong>de</strong>r Abnahme durch <strong>de</strong>n<br />
Germanischen Lloyd.<br />
Eine weitere K<strong>und</strong>enentwicklung ist eine so genannte Unterwasser-Verdichterplatte, auf die ein<br />
großer variabler Vibrator MS-32 als Erreger aufgebaut wird <strong>und</strong> die zur großflächigen<br />
Bo<strong>de</strong>nverdichtung als begleiten<strong>de</strong> Maßnahme für die Errichtung von Seebauwerken dient. Mit<br />
einem statischen Gewicht von 30 to, <strong>de</strong>m dynamisch ein Gewicht von bis zu 85 to einstellbar<br />
über das statische Moment <strong>de</strong>s Vibrators überlagert wer<strong>de</strong>n kann, wird eine Fläche von 9 m²<br />
unter <strong>Wasser</strong> in einem Arbeitsgang verdichtet. Eingesetzt wer<strong>de</strong>n drei dieser Geräte be<strong>im</strong> Projekt<br />
MOSE, einer gewaltigen Baumaßnahme zur Sicherung <strong>de</strong>r Lagunenstadt Venedig gegen<br />
Überschwemmungen.<br />
Verdichterplatte MS-32 HFVC <strong>im</strong> Test<br />
Eine Herausfor<strong>de</strong>rung in <strong>de</strong>r Konstruktion liegt darin, das Gerät inklusive zusätzlich erfor<strong>de</strong>rlicher<br />
Messtechnik zur Erfassung <strong>und</strong> Analyse <strong>de</strong>s Verdichtungsfortschrittes Unterwasser tauglich zu<br />
gestalten.<br />
Für die Gründung von so genannten Heliostaten für ein Solarkraftwerk entwickelte die<br />
<strong>Tiefbau</strong>technik eine spezielle Rohrspannzange zur Einbringung von dünnwandigen Rohren<br />
kleinen Durchmessers.<br />
In einem Solarkraftwerk wird über viele h<strong>und</strong>erte o<strong>de</strong>r tausen<strong>de</strong> reflektieren<strong>de</strong>r Spiegel das<br />
Sonnenlicht in einem Brennpunkt eines Turmes fokussiert, um mit <strong>de</strong>n dabei entstehen<strong>de</strong>n<br />
mehrere tausend Grad heißen Temperaturen <strong>Wasser</strong> zu verdampfen, wobei die Spiegel <strong>de</strong>r<br />
wan<strong>de</strong>rn<strong>de</strong>n Sonne entsprechend nachgeführt wer<strong>de</strong>n müssen. Der <strong>Wasser</strong>dampf treibt eine<br />
Turbine zur Erzeugung von Strom an.<br />
Die Beson<strong>de</strong>rheit <strong>de</strong>r Zange liegt darin, dass ihre Gestalt eine zylindrische Form hat, die in das<br />
Rohr eingeführt wird <strong>und</strong> <strong>de</strong>ren Außendurchmesser in etwa gleich <strong>de</strong>m Innendurchmesser <strong>de</strong>s<br />
Rohres ist. Klemmkolben packen das Rohr <strong>im</strong> unteren Bereich. Durch diese Gestaltung wird das<br />
Rohr „ziehend“ einvibriert, wobei die zylindrische Spannzange das Rohr gegen Knicken stützt, so<br />
dass auch ein Einsatz in schwereren Bö<strong>de</strong>n mit kleineren Hin<strong>de</strong>rnissen problemlos zu bewältigen<br />
ist. Das nicht vollständig einvibrierte Rohr dient gleichzeitig als F<strong>und</strong>ament <strong>und</strong> als Träger für die<br />
Aktuatoren <strong>de</strong>s Spiegels. Da <strong>de</strong>r obere Bereich <strong>de</strong>s Rohres nicht geklemmt wird <strong>und</strong> damit auch<br />
nicht beschädigt o<strong>de</strong>r verformt wer<strong>de</strong>n kann, können Montagebohrungen für die Aktuatoren <strong>und</strong><br />
<strong>de</strong>ren Steuerung in wirtschaftlicher Weise vor Einbringen <strong>de</strong>r Rohre an diesen schon angebracht<br />
wer<strong>de</strong>n.
Spannzange MS-U 160 S – Prinzip <strong>und</strong> Aufbau<br />
In Planung sind mehrere h<strong>und</strong>erttausend Rohre mit dieser wirtschaftlichen Verfahrensweise in<br />
<strong>de</strong>r amerikanischen Wüste für Kraftwerke mit einer Gesamtleistung von über 900 MW zu<br />
installieren.<br />
Lärm macht krank, <strong>de</strong>shalb geraten auch Geräuschemissionen von Baumaschinen <strong>im</strong>mer stärker<br />
in <strong>de</strong>n Fokus. Für einen japanischen K<strong>und</strong>en bestand die Anfor<strong>de</strong>rung an einen Vibrator darin,<br />
<strong>de</strong>n Geräuschpegel um über 10 dBA gegenüber <strong>de</strong>r Standardversion zu senken, um eine<br />
Genehmigung zum Betrieb <strong>de</strong>s Gerätes <strong>im</strong> innerstädtischen geräuschsensiblen Bereichen zu<br />
erlangen.<br />
Aufgabe war es, eine Schalldämmhaube zu konstruieren, die die angestrebte Lärmemission<br />
reduziert ohne die Wartungsfre<strong>und</strong>lichkeit o<strong>de</strong>r die erfor<strong>de</strong>rliche Wärmeabfuhr zur Begrenzung<br />
<strong>de</strong>r Betriebstemperatur zu beeinträchtigen. Gelöst wur<strong>de</strong> die Aufgabe durch eine oben <strong>und</strong> unten<br />
offene Kapselung <strong>de</strong>s gesamten Vibrators mit integrierten Schalldämmelementen <strong>und</strong><br />
wartungsfre<strong>und</strong>lichen Mannlöchern.<br />
Vibrator MS-10 HFV mit Schalldämmhaube<br />
Referent: Dr. Johannes Köcher, Geschäftsführer<br />
ThyssenKrupp GfT <strong>Tiefbau</strong>technik GmbH, Alsfeld