Fluid-Verbindungstechnik im Tunnelbau

Das Unternehmen Herrenknecht aus dem badischen Schwanau ist im Tunnelbau mit seinen rund 5.000 Mitarbeitern globaler Technologieführer und liefert als einziges Unternehmen weltweit maßgeschneiderte Bohranlagen für alle Geologien und in allen Durchmessern. Herrenknecht stellt außerdem Bohranlagen für Vertikal- und Schrägschächte sowie Tiefbohranlagen her. Weltweit wurden bis dato bereits mehr als 1.900 km Metrotunnel von Herrenknecht-Tunnelbohrmaschinen erstellt.

In bindigen Böden kommen dabei Erddruckschilde (Earth Pressure Balance Shield, EPB) zum Einsatz. Der besondere Vorteil von EPB-Maschinen ist ihre große Flexibilität. Eine Förderschnecke transportiert das abgebaute Material vom Boden der Abbaukammer auf ein Förderband. Durch das Zusammenspiel von Förderrate der Schnecke und Vortriebsgeschwindigkeit kann dabei präzise der Stützdruck des Erdbreis gesteuert werden. Dabei wird schnell klar, dass auf die dauerhaft zuverlässige Funktion jeder noch so kleinen Komponente Verlass sein muss.

Zu den verbauten Verbindungselementen für die Hydraulik zählen zum Beispiel das Parker High Performance Flansch System (HPF). Diese Komponenten werden unter anderem für den Antrieb der sehr wichtigen Förderschnecke verbaut. Der vom Schneidrad gelöste Abraum wird mit Hilfe von eingespritztem Schaum in der Abbaukammer in eine pastöse Konsistenz umgewandelt. Dieses Abraumgemisch wird mit der Förderschnecke auf ein Förderband innerhalb und außerhalb der Maschine gefördert.

HPF ist ein mechanisches Flanschsystem für schweißlose Rohrverbindungssysteme mit Rohrabmessungen bis Durchmesser 150 mm und maximaler Wandstärke von 20 mm. Die nach ISO 6162-1 (3.000 psi= 210 bar), ISO 6162-2 (6.000 psi= 420 bar) und ISO 6164 gefertigten Flansche in Größen von ¾“ bis 5“ bestehen aus einem HPF-Insert, dem Flanschkörper mit gehärteter Innenkontur, Schrauben und Dichtungen. Die mit diesen Flanschen zu verbindenden Rohre werden zuvor mit der Parker HPF-Maschine in eine „Tulpenform“ von 10° auf 37° gebördelt. „Wir haben uns unter anderem für dieses Flanschsystem entschieden, weil es nachweislich über eine hohe Ausreiß- und Vibrationssicherheit verfügt. Gerade letzteres ist bei unseren Vortriebsmaschinen ein ausschlaggebendes Kriterium bei der Produktauswahl. Auch das kompakte Design der Flansche unterstützt unsere Monteure, wenn in engen Einbauräumen verbaut werden muss.“, so Simon Weisbach, Meister in der Vormontage bei Herrenknecht.

High Performance Flansche sind für Arbeitsdrücke bis 420 bar bei 4-facher Sicherheit geeignet. Sie haben sich als Ersatz für geschweißte Systeme dickwandiger Rohre bewährt und die Vorteile für die Anwender liegen auf der Hand: Zum einen erübrigen sich die zeitraubenden Arbeitsschritte beim klassischen Schweißen. Zum anderen werden komplett vorgefertigte Hochdruck-Rohrleitungen direkt an die Montagestelle geliefert. „Wir können die Rohrleitungen sofort verbauen“, so Simon Weisbach weiter. Zusätzlicher Vorteil: Durch den Bördelvorgang gelangen keine Verunreinigungen in die Rohre. Dies zahlt sich durch eine deutlich reduzierte Spülzeit der Rohrleitungen vor Inbetriebnahme aus.

Im Bereich des horizontal und vertikal beweglichen Bohrkopfes kommt mit der EO2-Form-Verschraubungsserie ein anderes Parker-Produkt zum Einsatz. „Auch hier,“ so Robert Becker, als Globaler Parker Account-Manager für Herrenknecht zuständig, „spielte die Vibrationssicherheit für unseren Kunden die wichtigste Rolle bei der Auswahl der Verschraubungen. EO2-Form setzt der Kunde an Hydraulikleitungen und Rohren ein. Bei einem Einsatz der klassischen Schneidringverschraubungen kann es bei nicht korrekter Verarbeitung zur Übermontage kommen und dies könnte zu gewaltigen Problemen beim späteren Einsatz der Maschine im anspruchsvollen Untergrund führen. Die typischen Merkmale des EO2-Form-Systems sind der klassische EO2-Dichtring und die Kaltumformung des Rohres.

Dabei spielt die großvolumige elastomere Abdichtung vor allem beim Einsatz an den Hydraulikleitungen eine große Rolle. Das Elastomer blockiert zwischen dem Innenkonus des Verschraubungskörpers und der Rohroberfläche wirksam den einzig möglichen Leckagepfad. Dabei sind die Dichtungsgeometrie und Anordnung so ausgelegt, dass die Dichtwirkung durch den Systemdruck unterstützt wird.

„Als besondere Erleichterung empfinden die Monteure der Firma Jäger, Service Partner von Parker und Herrenknecht, die Kaltumformung des Rohres durch die passende F3-Maschine. Zur Fertigmontage wird lediglich der EO2-Dichtring auf das Rohr gesteckt und die Überwurfmutter festgezogen. Damit lassen sich die Verbindungen schnell und zuverlässig herstellen“, schließt Robert Becker ab.

Wer sich auf der im Bau befindlichen Vortriebsmaschine näher umschaut, stellt fest, wie viele weitere Produkte neben Flanschen, Verschraubungen, Filtern und Schläuchen für den Bau der gigantischen Maschinen zum Einsatz kommen. „Wir verfügen bei Herrenknecht über eine hohe Fertigungstiefe. Die Tunnelbohrmaschinen werden von uns entwickelt, montiert, demontiert und am Einbauort wiederaufgebaut. Aber wir kommen nicht umhin, die Leistungen von Systemlieferanten in Anspruch zu nehmen. Dabei hat sich gezeigt, dass sich unser Bestellwesen verschlanken und die Montagearbeiten am Einbauort deutlich vereinfachen lassen, wenn wir mehrere Komponenten aus einer Hand beziehen. Überdies unterstützt uns das Serviceteam von Parker bei der permanenten Optimierung unserer Maschinen und gibt uns wertvolle Hinweise bei Produktauswahl und Montagetechniken“, zeigt sich Josef Gruseck, Mitglied der Geschäftsleitung bei Herrenknecht, von der externen Unterstützung überzeugt.

Mit badischer Bescheidenheit lässt Josef Gruseck die vorbildliche Haltung der Firma Herrenknecht in Sachen Nachhaltigkeit unerwähnt – ein Begriff, der momentan in aller Munde ist. Je nach Vereinbarung mit dem Kunden kauft der Undergroundpionier auch Vortriebsmaschinen nach Projektende zurück, demontiert und überholt Einzelteile, um diese dann ressourcenschonend bei Neugeschäften wiedereinzusetzen. wk