Elektrotechnik Horizontalbohrmaschinen elektrisch antreiben: So geht es!

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Die Horizontalbohrmaschinen von Herrenknecht ermöglichen eine schnelle und einfache Verlegung von Pipelines und Rohrleitungen – nun auch mit elektrischen Antrieben. Für die Verkabelung setzt das Unternehmen auf robuste Leitungen von Helukabel mit erhöhter Strombelastbarkeit – und auf eine maßgeschneiderte Energieführungskette von EKD-Systems.

Die Weltbevölkerung wächst – und mit ihr der Bedarf an leistungsfähiger Infrastruktur. Vor allem in den Städten sind funktionierende Versorgungsnetzwerke für Wasser, Energie und Kommunikation unverzichtbar. Ein Großteil davon verläuft unterirdisch in Tunneln und Pipelines. Diese zu verlegen ist jedoch ein immenser Aufwand – insbesondere in dicht besiedelten Gebieten, wenn die geplante Strecke unter bereits bestehenden Gebäuden oder anderen Hindernissen hindurch verläuft.

Mit derartigen Herausforderungen kennt sich Herrenknecht bestens aus: Das Unternehmen mit Hauptsitz im baden-württembergischen Schwanau ist Spezialist für Tunnelvortriebstechnik und an zahlreichen Bauprojekten rund um den Globus beteiligt. Das Portfolio des Unternehmens umfasst mehrere unterschiedliche Bohrverfahren – zum Beispiel das sogenannte Horizontal Directional Drilling (HDD): Mit diesem lassen sich Pipelines und Rohrleitungen schnell, günstig und umweltschonend unter Flüssen und Infrastrukturen verlegen, etwa für Öl, Gas, Abwasser, Fernwärme oder Internetleitungen.

Beim HDD-Verfahren erstellt ein steuerbarer Bohrkopf zunächst eine Pilotbohrung vom Start- zum Zielpunkt. Diese wird anschließend in mehreren Schritten auf die benötigte Größe ausgeweitet, bevor im letzten Schritt die vorgefertigte Rohrleitung eingezogen wird. Der große Vorteil daran: Es müssen keine Gräben ausgehoben werden, der Eingriff in die Umwelt ist somit minimal.

Elektrische Antriebe für Horizontalbohrmaschinen statt Dieselhydraulik

Um die Horizontalbohrmaschinen – die sogenannten Rigs – in Bewegung zu versetzen, kamen bislang meist Hydraulikmotoren zum Einsatz, die durch Dieselaggregate versorgt wurden. Das hatte allerdings einige Nachteile: „Dieselmotoren sind sehr energieintensiv, weisen nur einen geringen Wirkungsgrad auf und sind im Betrieb relativ laut“, erklärt Stefan Pabst, Leiter Prozesstechnik bei Herrenknecht. „Letzteres ist besonders in Wohngebieten eine Belastung.“ Der Trend gehe daher – wie in vielen anderen Anwendungen auch – zu elektrischen Antrieben.

2022 hat Herrenknecht deshalb mit dem HK300TE ein HDD-Rig auf den Markt gebracht, das komplett durch Elektromotoren bewegt wird. Mit 300 Tonnen Zugkraft und einem Drehmoment von 120.000 Newtonmetern steht es den dieselbetriebenen Modellen in nichts nach – und ist dabei wesentlich energieeffizienter, emissionsfrei und leiser. „Das ermöglicht zum Beispiel längere Betriebszeiten, da Anwohner weniger gestört werden. Bohrungen können also schneller und effizienter durchgeführt werden“, schildert Pabst. „Zudem lassen sich Geschwindigkeit, Vortrieb und Drehmoment der Anlagen deutlich präziser regeln.“ Ein weiterer Vorteil: „Die unterschiedlichen Abgasnormen für Dieselmotoren, die es in vielen Ländern gibt, sind für diese Anlage nicht relevant. Sie lässt sich somit flexibler einsetzen.“

Die Bedingungen im Tunnelbau sind mit Witterung und Feuchtigkeit, Staub, Geröll und Schmutz äußerst rau. Damit die elektrischen Antriebe trotzdem zuverlässig ihre hohe Leistung erbringen können, ist eine hochwertige Verkabelung unerlässlich. „Um die gewünschte Performance zu erzielen, benötigen wir sehr hohe Ströme“, erklärt Jens Holzwarth, Elektrotechniker Prozesstechnik bei Herrenknecht. „Entsprechend strombelastbar müssen die verwendeten Leitungen sein. Auch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) muss gewährleistet sein, damit es im Betrieb nicht zu Störungen kommt.“ Darüber hinaus waren bei der Konstruktion Gewicht und Platzbedarf wichtige Kriterien – schließlich wird das Rig mit einem Sattelschlepper transportiert und sollte daher möglichst kompakt und leicht sein.

Langjähriger Partner mit Lösungskompetenz

Mit diesen Anforderungen wandte sich das Unternehmen an Helukabel. Der Spezialist für elektrische Verbindungstechnik ist seit rund 15 Jahren ein verlässlicher Lieferant des Unternehmens und Partner bei der Entwicklung neuer Maschinen. Für das HK300TE fiel die Wahl unter anderem auf die Antriebsleitungen der Serie Topflex als Verbindung zwischen Frequenzumformern und Elektromotoren. „Diese verfügen sowohl über die benötigte Strombelastbarkeit als auch über eine Schirmung, um EMV-Störungen zu vermeiden“, weiß Michael Huser, Gebietsverkaufsleiter bei Helukabel. Ebenfalls zum Einsatz kommen Einzeladern der Serie Helutherm, die zwischen dem elektrischen Verteiler und dem Motor angebracht sind. Hier entwickelten die Verbindungstechnik-Experten eine geschirmte Sonderleitung, die mit ihrem speziellen Isolationsmaterial für die Verlegung im Freien geeignet ist. Auch Datenleitungen, die etwa zur Temperaturmessung am Motor genutzt werden, gehören zum Lieferumfang.

Die Hauptantriebseinheit ist der Bohrschlitten, der die benötigten Drehmomente und Vorschubkräfte für die Bohrung liefert. Um das rotierende Bohrgestänge in das Gestein oder Erdreich zu drücken, kann sich der Schlitten mehrere Meter vor oder zurück bewegen. Sämtliche Leitungen, die diesen Teil der Anlage mit dem Rest verbinden, sind deshalb in einer flexiblen Energieführungskette verlegt. So sind sie bei jeder Bewegung vor Beschädigungen geschützt. Die Kette ist eine Maßanfertigung der EKD Systems, einer Tochtergesellschaft von Helukabel. „Eine gewöhnliche Kunststoffkette wäre für diese anspruchsvolle Anwendung nicht robust genug gewesen, daher hat sich die Konstruktionsabteilung für eine Lösung aus Stahl entschieden“, erläutert Stefan Pabst. Dank der Kompetenz von EKD Systems in der Entwicklung individueller Sonderkonstruktionen ist die Energieführung perfekt an den Einsatz in der HDD-Maschine angepasst.

Horizontalbohrmaschinen: Alles aus einer Hand

Dass Leitungen und Energieführung aus einem Haus stammen, ist für den Kunden ein erheblicher Vorteil. „Wir können darauf vertrauen, dass alle verwendeten Komponenten optimal zusammenpassen – und wenn es doch einmal irgendwo hakt, haben wir für alle Fragen rund um die elektrische Verbindungstechnik einen ausgewiesenen Experten, an den wir uns wenden können“, betont Holzwarth. „Helukabel ist für uns in all den Jahren immer mehr vom reinen Lieferanten zum Partner geworden“, ergänzt Pabst. „Wir sind guter Dinge, diese erfolgreiche Zusammenarbeit auch in Zukunft beizubehalten.“

Der Autor Matthias Reiser ist Referent Unternehmens­kommunikation bei Helukabel.