Fertigung von Hochleistungsblechen
für Herrenknecht-Tunnelbohrer
Im Tunnelbau sind Superlative Standard, regelmäßig werden irgendwo auf der Welt neue Rekorde aufgestellt. Kilometerlange Röhren durch Bergmassive, tief unter dem Meer hindurch oder zentimeternah in Städten an bestehender Infrastruktur vorbei: Mensch und Maschine bohren sich überall erfolgreich durch. Häufig sind dabei Tunnelbohrmaschinen (TBM) von Herrenknecht treibende Kraft – seit mehr als 15 Jahren maßgeblich unterstützt durch hoch leistungsfähige Stähle von Dillinger, Europas führendem Hersteller für Grobblechen mit Firmensitz im Saarland.
Großformatige, extra dicke Bleche für den TBM-Bau
Eine Tunnelbohrmaschine besteht aus etwa 80 000 Einzelteilen, rund 30 Prozent davon entfallen auf komplexe vorgefertigte und vormontierte Einheiten. Die Anforderungen an die Maschinen sind enorm: unterschiedliche Geologie – standfest, locker, brüchig oder auch nachquellend, grundwasserführende Böden, Tunnelführungen unter Meeresarmen, hohe Erdlasten, enge räumliche Gegebenheiten oder höchst setzungssensitive Bebauung über Tage. Und jede Maschine wird eigens für die jeweiligen Gegebenheiten konstruiert.
Ausgangspunkt bei der Wahl des Maschinentyps sowie des individuellen Designs einer TBM sind die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Projektes: Geologie, Hydrologie, Baustellengegebenheiten und Kundenwünsche.
Wichtigster und vorderster Teil jeder TBM ist der Bohrkopf, für Lockergestein Schneidrad genannt, dessen Werkzeuge das Material abbauen und im rückwärtigen Bereich abtransportieren. Projektspezifisch auf die jeweilige Geologie ausgelegt, wird er etwa im Hartgestein mit gigantischer Vortriebskraft gegen die Ortsbrust gepresst. So sorgen beispielsweise die Doppelschild-TBM-Bohrköpfe in der rund 20 km langen Doppelröhre des norwegischen Follo-Line-Tunnels mit mehreren tausend Tonnen Vortriebskraft für einen effizienten Abtrag. Um diesen enormen Kräften standzuhalten, werden sie nahezu vollständig aus bis zu 280 mm dicken, großformatigen Hochleistungsblechen von Dillinger gefertigt. Auch die vier vollwandig zum Monoblock geschweißten Segmente des 7,9 m großen Schneidrads für den Erkundungsstollen Tulfes–Pfons am Brenner-Basistunnel wären ohne die extra dicken und breiten Bleche aus Dillingen nicht machbar. „Das Verhältnis von Breite und Dicke der Bleche von Dillinger ist sehr gut“, betont Stephan Göggel, verantwortlicher Leiter für die Fertigung bei Herrenknecht in Schwanau. „Wir brauchen fast ausschließlich die Güte S355 in 200 mm Dicke – und da besonders breite Bleche, um Schweißnähte zu sparen.“
Außergewöhnliche Breite der Bleche ist auch beim Bau des Schildes gefragt, der annährend den gleichen Durchmesser wie der Bohrkopf hat. Er schützt den Hauptantrieb und stützt das ausgebohrte Loch, bis es ausgekleidet ist. Aus neun bis zu 4,2 m breiten und 10 m langen Blechen wird ein Schild mit einem Durchmesser von 15 m gebaut und verschweißt.
Gebündelte Kraft
Auch für den Getriebeblock, dessen Maße sich durch Drehmoment und Vortriebskräfte ergeben, sind die extrem dicken Bleche von Dillinger in großen Abmessungen für Herrenknecht unverzichtbar. Antrieb und Getriebe als vormontierte Einheit sind der größte und zugleich schwerste Teil jeder Maschine.
Charakteristisch für die Getriebe der Herrenknecht-Maschinen sind Monoblockgehäuse. Sie gewährleisten für die ebenfalls besondere Konstruktion des Antriebsblocks maximale Stabilität. Viele Einzelmotoren, die in einem Hauptlager gebündelt werden, erzeugen das Drehmoment für den Bohrkopf. Den Rekord halten bislang 48 Einzelmotoren für das Hauptlager der Erddruckschildmaschine, die beim Bau des dreispurigen M-30-Stadtautobahntunnels in Madrid eingesetzt wurde. Mit 96 000 kNm Drehmoment wurde dort Bohrkopf angetrieben. Im Durchmesser getoppt wurde diese Maschine durch eine TBM mit fast 16 m Bohrdurchmesser, die derzeit den Santa Lucia Straßentunnel zum Ausbau der Autobahn zwischen Florenz und Bologna bohrt. Der hier eingebaute Bohrkopfantrieb ist der bisher größte Getriebeblock aus der Herrenknecht-Fertigung.
Um die ausgeklügelte Technologie zu schützen, werden alle Getriebegehäuse und Antriebsblöcke in Schwanau gebaut. Für die Konstruktion dieser schweren Monoblockgetriebegehäuse liefert Dillinger mit 240 mm die dicksten Grobbleche, die es überhaupt auf dem Markt gibt, in Länge und Breite so schnittoptimiert ausgelegt, dass die Gehäuse mit einem maximalen Stückgewicht von 25 t noch handhabbar sind. Aus diesem Grund erfolgt die Beschaffung der Bleche auch direkt durch das Team um Stephan Göggel in der Komponentenfabrik. „Wir wissen, wann wir welche Spezifikationen brauchen, welche Anforderungen wir haben und welche Bauteile wir aus den jeweiligen Blechen fertigen. Speziell für Bohrköpfe oder Getriebegehäuse ist die Auswahl möglicher Lieferanten eng.“
Auch Distanz-, Trag- und Adapterringe, Lager und Dichtungen baut Herrenknecht selber, lediglich Hydraulikkomponenten werden hinzugekauft. Bis zu zehn Ringe werden pro Antrieb verbaut, mit Durchmessergrößen von 3–8 m und einem Stückgewicht von bis zu 15 t. Die Bleche für die Ringe fertigt Dillinger, gewalzt werden sie bis zu einer Dicke von 120 mm und 400 mm Breite bei Herrenknecht. Bei größeren Formaten, wie für den Santa Lucia- Tunnel in Norditalien, greift der Tunnelbohrmaschinenspezialist auch hierfür auf die Kompetenz von Dillinger zurück.
Schnelle Reaktion
Sobald bei Herrenknecht die TBM-Konstruktion mit den konkreten Maßen für die Bleche feststeht, kann es aus Sicht des Fertigungsleiters mit der Grobblechlieferung gar nicht schnell genug gehen. Denn um das Getriebegehäuse herum wird die gesamte Maschine gebaut, sodass der Projektfortschritt maßgeblich von der Lieferperformance von Dillinger abhängt.
„Dillinger liefert uns die projektspezifisch ausgelegten Grobbleche binnen acht bis zehn Wochen. Das ist sehr schnell“, lobt Stephan Göggel. „Auch der verlässlich eingehaltene Liefertermin spricht für Dillinger, denn das ist in der Stahlbranche nicht unbedingt üblich“, so der Fertigungsleiter.
Rund 80 Prozent der Bleche sind Stähle der Güten S355J2+N nach Herrenknecht-Werksnorm mit eingeschränkten Kohlenstoffäquivalenten für gute Schweißeigenschaften. Die Grobbleche gewährleisten höhere Kerbschlagwerte als von der Norm verlangt wird. Neben den normalen Ultraschallprüfungen belegen bei besonderen Einsatzfällen zudem Ultraschallprüfungen der Klasse S3E3, dass die Bleche frei von Einschlüssen, Verunreinigungen und flächigen Trennungen im Blechmittenbereich sind. Auch Sonderanfertigungen in Z-Güte – Z15, Z25, Z35 – für Beanspruchungen in Blechdickenrichtung bei großen Blech- und Schweißnahtdicken – werden bei Dillinger in Auftrag gegeben.
In der Komponentenfabrik in Schwanau werden alle Konturschnitte erstellt, die einzelnen Elemente anschließend zusammengebaut, verschweißt, mechanisch bearbeitet und zum fertigen Getriebegehäuse vormontiert.
Laut Stephan Göggel bietet Dillinger auch das breiteste Produktspektrum an Blechdicken, Längen, Breiten und Güten. „Wir benötigen sehr viele Bleche mit Spezifikationen und hohen Stückgewichten wie ein 220 mm dickes Blech mit 4 m Breite. Hier hat Dillinger im Stranggussverfahren weltweit eine Spitzenposition.“ Die gemeinsame Jagd nach neuen Rekorden im Tunnelbau läuft weiter: Das Auftragsbuch von Herrenknecht für Tunnelbohrmaschinen ist voll. Ob für Autoverkehr, Eisenbahn oder Metro: Überall auf der Welt vertrauen Metropolen zum Ausbau ihrer Transportwege auf die Technik aus Schwanau mit Blechen aus Dillingen.
