Hydrauliklösung für mexikanischen Staudamm

Hydrauliklösung für mexikanischen Staudamm
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Juli 2016

 

Ingenieure von Bosch Rexroth tauschen an der mexikanischen Malpaso-Talsperre verschlissene elektromechanische Antriebe an den Segmentwehren aus. Die Hydrauliklösung ist eine Blaupause für künftige Staudamm-Retrofits.

Auf der Staumauer am südmexikanischen Nezahualcóyotl-See steht ein Kran mit einer riesigen Eisenplatte am Haken. Vorsichtig senkt der Kranführer sie vor ein Segmentwehr der Talsperre in den See. Die Wassermassen drücken die Platte gegen die Betonmauer, während sie langsam niedersinkt und den Durchlass verschließt. Danach öffnet das Segmentwehr und das Wasser zwischen ihm und der Eisenplatte läuft ab. Jetzt ist der Weg frei für die Mitarbeiter von Bosch Rexroth: Das Segmentwehr, das sonst den Damm am Überlaufen hindert, liegt im Trockenen. Manuel Schuhmann, technischer Projektleiter bei Bosch Rexroth, schwärmt: „Es ist schon faszinierend: Die Platte, das sogenannte Stoplock, wird allein durch den Wasserdruck des Stausees gehalten.“ Die Aufgabe der Ingenieure ist es, die alten Antriebe an den Segmentwehren der Talsperre zu modernisieren.

Behutsame Innovation

Die zwischen 1958 und 1966 errichtete 138 Meter hohe Talsperre, die offiziell Nezahualcóyotl heißt, staut einen See mit über zehn Millionen Kubikmeter Wasser und einer Oberfläche von rund 110 Quadratkilometern. Zum einen schützt das Bauwerk das Tiefland des Bundesstaates Tabasco vor den alljährlichen Überschwemmungen und zum anderen erzeugen sechs Francis-Turbinen im Damm sauberen Strom für die Region. Betreiber des Damms ist die staatliche Comisión Federal de Electricidad (CFE), die regelmäßig in die Sicherheit und Verfügbarkeit aller technischen Einrichtungen investiert. 2015 sollten die Antriebe von drei der insgesamt sieben Segmentwehre, die das Wasserniveau des Stausees regeln, modernisiert werden: An jedem Wehr trieb ein Elektromotor über eine mechanische Welle zwei Getriebe mit Abtriebsritzel an. Über eine Kette an jeder Seite hob der Motor das 170 Tonnen schwere Segmentwehr empor – und das seit der Inbetriebnahme der Talsperre in den 1960er-Jahren.

Bosch Rexroth in Mexiko hatte bei Neubauten, wie etwa der La-Yesca-Talsperre, schon öfter großhubige hydraulische Zylinder als Antrieb für die Wehre verwendet. Das kam bei diesem Retrofit allerdings nicht infrage, denn die Betonstruktur am Malpaso-Damm erwies sich als nicht dafür ausgelegt. Die Mauer hätte ohne Verstärkung die Kräfte der Zylinder nicht aufnehmen können und ein Umbau an der Betonstruktur wäre lang und aufwendig gewesen. „Also entwickelten wir eine Lösung, die den bestehenden Kettenzug nutzt, aber dennoch die Vorteile der Hydraulik bietet“, berichtet Martín Gómez, Leiter des Projektteams bei Bosch Rexroth in Mexiko, dem auch Héctor Vásquez und Héctor De Reza angehörten. Sein Kollege Schuhmann ergänzt: „Im Stahlwasserbau zählt vor allem eines: Sicherheit. Als wir zeigen konnten, dass ähnliche hydraulische Systeme bei Staudämmen schon erfolgreich im Einsatz sind, bekamen wir den Zuschlag.“

Die Mitarbeiter von Bosch Rexroth Manuel Schuhmann, Martín Gómez und Abraham Huerta (v. li.) posieren hier vor den erneuerten Wehren.

Die Mitarbeiter von Bosch Rexroth Manuel Schuhmann, Martín Gómez und Abraham Huerta (v. li.) posieren hier vor den erneuerten Wehren.

 
Ein Hägglunds Radialkolbenmotor treibt die Kette direkt an. Das sanfte Anfahren des Motors erhöht die Lebensdauer der Kette beträchtlich.

Ein Hägglunds Radialkolbenmotor treibt die Kette direkt an. Das sanfte Anfahren des Motors erhöht die Lebensdauer der Kette beträchtlich.

Hydraulikaggregate auf dem Damm: Die Einhausungen sind klimatisiert und schützen die Anlage vor dem tropischen Wetter.

Hydraulikaggregate auf dem Damm: Die Einhausungen sind klimatisiert und schützen die Anlage vor dem tropischen Wetter.

 

Aber sicher

Die Malpaso-Lösung besteht aus einem fest installierten Hy­draulikaggregat pro Wehr, das je zwei langsam laufende Radialkolben-Schwerlastmotoren antreibt. Diese Hägglunds-Motoren von Rexroth ersetzen das mechanische Getriebe und treiben die Abtriebsritzel der Ketten direkt an. Gómez erklärt: „Durch die Hydraulik besteht ein natürlicher Überlastschutz. Sollte sich zum Beispiel ein Baumstamm im Wehr verkeilen und die Kettenlast größer sein als berechnet, führt ein Druckbegrenzungsventil den Druck ab, ohne dass der Antrieb Schaden nehmen kann. Ein mechanischer Antrieb kann dabei schon einmal kaputtgehen. Ein klares Sicherheitsplus unserer hydraulischen Lösung.“ Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, montierten die Stahlwasserbauer von Bosch Rexroth eine spezielle Federdruck-Scheibenbremse an jeden Motor, die durch den hydraulischen Druck geöffnet bleibt. Sollte der Steuerdruck einmal abbrechen, schließt sich die Bremse automatisch und bringt genügend Kraft auf, um das Wehr zu halten. So kann es nie unkontrolliert zufallen.

Sanfte Spannung

Der neue hydraulische Antrieb schont die Ketten. Bislang fuhr der Elektromotor ruckartig an, riss und zerrte an den Ketten, bevor sich das Wehr bewegte. Das war eine starke Belastung für die Kettenglieder und alle mechanischen Teile, sodass sie oft gewartet werden mussten. „Der Hydraulikantrieb hingegen fährt ganz langsam und regelmäßig an und spannt die Kette sanft“, sagt Gómez. „Das reduziert die nötigen Wartungsmaßnahmen erheblich.“ Neben dem gesamten Engineering und der Montage übernahm Bosch Rexroth auch die elektrische Steuerung inklusive der Softwareprogrammierung. Schuhmann erklärt: „Jedes Hydraulikaggregat verfügt über eine eigene elektrische Steuerung, optional lassen sich auch alle drei über ein Panel steuern. Der Bediener kann auf dem Touchscreen ganz bequem einstellen, dass sich das Wehr zum Beispiel einen Meter öffnen soll.“ Im Vergleich zu den Knöpfen und Hebeln ist das ein großer Fortschritt beim Bedienkomfort. Entscheidend ist aber etwas anderes: Das Wehr übermittelt jetzt Daten und zeigt an, ob es geschlossen oder um welchen Grad es geöffnet ist und wie hoch Temperatur und Wasserdruck sind.

Drei Monate arbeiteten die Ingenieure von Bosch Rexroth mit dem Stausee im Rücken. Im Juni 2015 war das Retrofit-Projekt beendet und der Kran hob die Stoplocks wieder hoch: Drei Segmentwehre haben nun einen neuen, sicheren Antrieb. Bald folgen die übrigen vier. Schuhmann: „Wir haben schon Anfragen aus Indien. Dort will man mehr über den hydraulischen Kettenzugantrieb wissen. Für Retrofits könnte das eine neue Standardlösung werden!“