Das Sonnenlicht wird in diesen Anlagen über Spiegel zum Antrieb von Turbinen zur Stromerzeugung genutzt. Die vielen Tausend Spiegel, die für eine solche Anlage benötigt werden, müssen sicher am Boden verankert werden. Beispiele zeigen – bei der Errichtung von Windenergieanlagen oder auch beim geothermischen Bohren –, dass sich durch Weiterentwicklungen und innovative Ideen neue Anwendungen im Bereich der regenerativen Energien für die Geräte von ThyssenKrupp Tiefbautechnik erschließen lassen.
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ThyssenKrupp Tiefbautechnik beschäftigt sich seit Jahren mit der Herstellung von Maschinen für den Spezialtiefbau. Dies sind einerseits Maschinen für die Ramm- und Ziehtechnik, mit der Stahlbohlen wie Träger, Rohre oder Spundwandtafeln in den Untergrund eingebracht werden können.
Die Maschinen erzeugen mittels gegenläufig rotierender Wellen mit darauf montierten Unwuchten vertikale Schwingungen. Über ein Klemmelement, der Spannzange, induziert diese Schwingungen mit Frequenzen von 40 Hz in den Boden. Der Boden wird durch die Schwingungen nahe um das einzubringende Rammelement aufgelockert und somit in einen flüssigkeitsähnlichen Zustand gebracht. Hierdurch werden die Mantelreibung und der Spitzenwiderstand so reduziert, dass die Bohle durch das Eigengewicht in den Boden einsinkt. Angetrieben werden diese Maschinen über ein dieselhydraulisches Aggregat, das über Hydraulikschläuche verbunden ist. Auf der anderen Seite sind dies Bohrhämmer und Drehantriebe, die – auf entsprechende Trägergeräte montiert – insbesondere Bohrungen für Verankerungsaufgaben durchführen. Kleinere Geräte werden für Sprenglochbohrungen im Steinbruch, Tunnelbau oder in Minen eingesetzt. Durch das dem Drehen überlagerte Schlagen der präzisen hydraulisch angetriebenen Schlagwerke mit variablen Schlagfrequenzen bis zu 60 Hz werden insbesondere in felsigen Böden Bohrfortschritte erzielt, die um ein Mehrfaches über denen der reinen Drehbohrungen liegen. Seit einigen Jahren werden die Maschinen verstärkt im Bereich der Umwelttechnik bzw. der Technik der erneuerbaren Energien eingesetzt.
Gründung der Offshore-Windenergieanlagen »alpha ventus«
Für die sichere Verankerung von Tripods als Basisstruktur der Windenergieanlagen werden diese mit je drei »Nägeln« am Meeresboden mithilfe der Vibrationstechnik und anschließendem Nachschlagen verankert. Die Tripods haben ein Gewicht von 500 t, jeder einzelne »Nagel« ein Gewicht von 160 t. Für die Arbeiten wurden die größten verfügbaren Geräte mit Schwingkräften von mehr als 400 t und einer Leistung von mehr als 1 000 kW eingesetzt.
Eine neu konzipierte ThyssenKrupp-Tiefbautechnik-Gerätegeneration wird Schwingkräfte von über 1 000 t bei Antriebsleistungen von mehr als 2 000 kW erzeugen. Diese sind so konstruiert, dass sie das Rammgut direkt vom Arbeitsschiff oder -ponton aus der Waagerechten aufnehmen und senkrecht im Boden einbringen können. Hierdurch werden die Installationszeiten verkürzt und damit die Gründungskosten deutlich gesenkt.
Geothermisches Bohren
Eine umweltfreundliche geothermische Anlage zur Heizung oder auch zur Kühlung von Wohngebäuden basiert auf dem Prinzip, dass der Erde Wärme entzogen wird und diese über eine Wärmepumpe auf ein höheres Wärmeniveau zur Heizung der Gebäude transformiert wird. Um bei der auch oberflächennahen Geothermie genannten regenerativen Energiegewinnung dem Erdboden Wärme entziehen zu können, müssen hier Bohrungen bis in 100 m Tiefe meist auf engem Raum erbracht werden. Hierzu wurden kompakte Doppelkopf-Bohranlagen entwickelt, die eine sichere, richtungsgenaue Bohrung auch in lockeren Erdschichten mittels zweier konzentrisch eingebrachter Bohrstränge gewährleisten (verrohrte Bohrung).
Zudem stellen die Doppelkopf-Bohranlagen nach Ausbau des inneren Bohrstranges nach Erreichen der Endtiefe der Bohrung durch die Stützung der Bohrlochwandung durch den äußeren Rohrstrang den genauen Einbau der sogenannten Erdwärmesonden sicher. Auf diese Weise wird eine erforderliche, gute Wärmeleitfähigkeit zwischen Boden und Sonde erzielt, was für den Wirkungsgrad der Anlage entscheidend ist.
Erdölgewinnung: Gründung von Heliostaten für Solaranlage
In einem Solarkraftwerk wird über viele Hunderte oder Tausende reflektierende Spiegel das Sonnenlicht in einem Brennpunkt eines Turmes fokussiert, um mit den dabei entstehenden über 1 000 °C heißen Temperaturen Wasser zu verdampfen, wobei die Spiegel der wandernden Sonne entsprechend nachgeführt werden müssen. Der Wasserdampf treibt in der Regel eine Turbine zur Erzeugung von Strom an. Die einzelnen Spiegel müssen auf Fundamente gestellt werden, die die auf die Spiegel einwirkenden Kräfte durch die Verstellung bzw. die Windlasten auffangen können. Gängig sind hier Schwerlastfundamente aus Beton bzw. in den Boden eingetriebene Betonpfähle, auf denen die Unterkonstruktionen der Spiegel verschraubt werden. Das Verfahren ist aufwendig, kostspielig, zeitintensiv und verbunden mit einem hohen Materialverbrauch.
Die neue Gründungsmethode hingegen sieht vor, dünnwandige Rohre mithilfe der Vibrationstechnik und einem Klemmwerkzeug in den Boden einzubringen, wobei das Rohr so tief eingebracht wird, dass ein oberer Teil direkt als Spiegelträger dienen kann. Die Besonderheit der eingesetzten Zange liegt darin, dass ihre Gestalt eine zylindrische Form hat, die in das Rohr eingeführt wird, und deren Außendurchmesser in etwa gleich dem Innendurchmesser des Rohres ist. Klemmkolben packen das Rohr im unteren Bereich.
Über eine den Rohrlängen angepasste Verlängerung ist die Zange mit der Vibrationseinheit verbunden. Durch diese Gestaltung wird das Rohr »ziehend« eingebracht, wobei die zylindrische Spannzange das Rohr gegen Knicken stützt. So kann auch ein Einsatz in schwereren Böden mit kleineren Hindernissen problemlos bewältigt und die notwendige Wandstärke des Rohres minimiert werden.
Da der obere Bereich des Rohres nicht geklemmt wird und damit auch nicht beschädigt oder verformt werden kann, können Montagebohrungen für die Aktuatoren und deren Steuerung in wirtschaftlicher Weise bereits vor Einbringen der Rohre an diesen angebracht werden. Hierdurch wird zusätzlich eine Beschädigung der als Rostschutz vorgesehenen Zinkschicht der Rohre vermieden.
