GeoResources Fachzeitschrift für Ressourcen, Bergbau ... · GeoResources Zeitschrift / Journal 4....

Nachdichtung von Tuumlbbingfugen Innovative Schluumlssellochtechnik

GeoResources Verlag ISSN | Digital 2364-0278 bull Druck 2364-8414 wwwgeoresourcesnet

TechnologierohstoffeGabionenVersuchs- und MesstechnikGeokunststoffe

InjektionstechnikAbdichtungstechnikTunnelquerschlaumlgeZeit- und Kosteneffizienz

EnergieversorgungAfrikaTiefseebergbauRetrofit

Zeitschrift

Fachzeitschrift fuumlr Ressourcen Bergbau Geotechnik Tunnelbau und Equipment 02 | 2018

GeoResources Zeitschrift Journal4 Jahrgang Fachzeitschrift fuumlr Bergbau Tunnelbau Geotechnik und EquipmentErscheinungsdatum 27082018ISSN | Digital 2364-0278 bull Druck 2364-8414ErscheinungsweiseGeoResources erscheint mit 4 Ausgaben pro Jahr in deutscher ( GeoResources Zeitschrift) und 4 Ausga-ben in englischer Sprache (GeoResources Journal) als Online-Ausgaben (wwwgeoresourcesnet) Zusaumltzlich erscheinen Zeitschrift und Journal in angepasster Auf-lagenhoumlhe in gedruckter Form Bei Interesse an ge-druckten Exemplaren setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung um weitere Informationen zu erhalten (abogeoresourcesnet)BezugspreisOnline kostenfrei Printausgaben 100 euroa je Sprache deutsch und englisch kombiniert 150 euroa Studenten 50 Rabatt incl Porto Verpackung und dt SteuernChefredaktion Dr-Ing MA Katrin Brummermann Mobil +49 151 70 888 162 E-Mail kbgeoresourcesnet Dipl-Ing Manfred KoumlnigMobil +49 172 244 16 16 E-Mail mkgeoresourcesnetMedia und Anzeigen E-Mail advertisinggeoresourcesnet Tel +49 2841 60 789 67 HerstellungLayoutDTP Herbert StimperE-Mail hsgeoresourcesnetGudrun KlickE-Mail infogudrun-klickdewwwgrafiklickdeDruckKiess und Makossa Mediengruppe GmbH Gelsenkirchen HerausgeberGeoResources Portal Manfred KoumlnigOleanderweg 1247228 DuisburgMobil +49 172 244 1616 Tel +49 2841 60 789 67 E-Mail pressgeoresourcesnet CopyrightAlle Rechte vorbehalten copyGeoResources Portal Duis-burg wwwgeoresourcesnet Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne die Genehmigung des Copyrightinhabers in irgendeiner Form durch Fo-tokopie Mikrofilm oder andere Verfahren reproduziert oder in eine von Maschinen oder Datenverarbeitungsan-lagen verwendbare Form gebracht und genutzt werden Ausgenommen sind Wissenschaft und nichtkommerziel-ler Unterricht Eine Anzeige der Nutzung ist erwuumlnscht Die Inhalte der eingereichten Manuskripte bleiben im Ei-gentum der Autoren (Verfasser) solange die Einreichung unentgeltlich erfolgte Die inhaltliche Verantwortung fuumlr mit Namen gekennzeichnete Beitraumlge und gelieferte Fo-tos und Grafiken uumlbernimmt der Verfasser

Titelbild Undichte Tuumlbbingfugen koumlnnen direkt durch die Fuge mit einer Injektionsbohrnadel effizient nachgedichtet werden Im Artikel auf den Seiten 24 bis 27 erfahren Sie mehr uumlber diese innovative kostensparende bdquoSchluumlssellochtechno-logieldquoTPH Bausysteme GmbHwwwtph-bausystemecominfotph-bausystemecom

Impressum

International Trade Fair for Transport TechnologyInnovative Components bull Vehicles bull Systems

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18 ndash 21 SEPTEMBER bull BERLINInnoTrans 2018

ContactMesse Berlin GmbHMessedamm 22 middot 14055 Berlin middot GermanyT +49 30 3038 2376F +49 30 3038 2190innotransmesse-berlinde

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GeoResources Zeitschrift 2 | 2017 Inhaltsverzeichnis wwwgeoresourcesnet

Inhaltsverzeichnis2 Impressum

Auf eIn Wort 5 zu Elektromobilitaumlt Batterien der Versorgung

mit Technologierohstoffen und vernetztem Denken Frank Leschhorn

In der Klimaschutzdiskussion sind Verbrennungsmaschinen in Verruf gekommen Die globale Autoindustrie stuumlrzt sich daher in das Abenteuer Elektroauto ndash fuumlr die deutsche Autoindustrie mit wenig bekanntem Terrain im Rohstoffsektor

Klimaschutz bull Rohstoffe bull Elektromobilitaumlt bull Batterien bull Know-how bull Wissenstransfer

InfrAstruktur 7 Umfassende Reform der deutschen

Bundesfernstraszligenverwaltung GeoResources Team

Die Bundesfernstraszligenverwaltung wird umfassend reformiert Die neue bdquoInfrastrukturgesellschaft fuumlr Autobahnen und andere Bundesfernstraszligen (IGA)ldquo wird ab Anfang 2021 Planung Bau Betrieb Erhalt Finanzierung und Verwaltung der Bundesau-tobahnen uumlbernehmen Das neue bdquoFernstraszligen-Bundesamt (FBA)ldquo soll vor allem Planfeststellungs- und -genehmigungsver-fahren im Autobahnbereich durchfuumlhren

Infrastruktur bull Planung bull Bau bull Betriebbull Erhalt bull Bundesfernstraszligen bull Deutschland

GeotechnIk 9 Einsatz von Gabionenkonstruktionen

in der Verkehrsinfrastruktur Frank Heimbecher und Lukas Tophoff

Gabionenkonstruktionen kommen zunehmend in der Ver-kehrsinfrastruktur zur Ausfuumlhrung Insbesondere die innere Standsicherheit und Anschluumlsse muumlssen mit Systemversuchen nachgewiesen werden weil noch keine allgemeinguumlltigen Modelle verfuumlgbar sind Dieser Artikel geht auf die aktuell re-levanten Regelwerke und auf Erfahrungen aus Versuchen zur inneren Standsicherheit und zu Anschluumlssen an Ruumlckveranke-rungen mit Geogittern ein

Geotechnik bull Stuumltzbauwerke bull Gabionen bull Geogitter bull Regelwerke bull Versuche

GeotechnIk 14 Geogitterbewehrtes Steilboumlschungssystem

fuumlr eine Kranstellflaumlche zum Bau einer Windenergieanlage im Saarland

Daniel CammarataDie Tuumlrme von Windenergieanlagen werden houmlher Dadurch steigen die Anforderungen an Kranstellflaumlchen fuumlr den Bau der

Anlagen und die Belastungen der Gruumlndung In den letzten Jahren kamen vermehrt Gruumlndungen mit Geokunststoffen zum Einsatz Dieser Beitrag erlaumlutert auf Basis von Berechnungen und messtechnischen Uumlberpruumlfungen die hohe Tragfaumlhigkeit eines geogitterbewehrten Steilboumlschungssystems fuumlr die Er-richtung einer Windenergieanlage im Saarland

Geotechnik bull Geokunststoffe bull Bewehrte Erde bull Kranstellflaumlche bull Berechnung bull Monitoring

GeotechnIk und produktmeldunG 20 Geaumlnderte Anwendungsnormen fuumlr Geo-

textilien und verwandte Produkte verbindlich Industrieverband fuumlr Geokunststoffe e V (IVG)

Die geaumlnderten Anwendungsnormen fuumlr Geotextilien und ver-wandte Produkte sind seit Maumlrz 2018 verbindlich Der IVG hat daher sein Produktzertifikat angepasst

Geotechnik bull Geokunststoffe bull Normen bull Qualitaumlt bull Zertifizierung

GeotechnIk und IdeenWerkstAtt 22 Wohnraumerweiterung in Ballungsgebieten ndash

Aufstockung oder Unterkellerung GeoResources Team

Zur Wohnraumerweiterung bauen reiche Londoner unter ihren historischen Haumlusern in die Tiefe Das ist eine technische und logistische Herausforderung fuumlr spezialisierte Unternehmen wie London Basement aber auch ein kontroverses gesellschaft-liches Thema

Geotechnik bull Wohnraumerweiterung bull Bauen im Bestand bull Aufstockung bull Unterkellerung

tunnelbAu und VerAnstAltunG 23 4 Felsmechanik- und Tunnelbautag WBI GmbH

Der 4 Felsmechanik- und Tunnelbautag fand mit etwa 300 Teilnehmern groszlige Resonanz Neben dem Schwerpunkt Stutt-gart 21 und NBS Wendlingen-Ulm kamen auch auslaumlndische Projekte zur Sprache

Tunnelbau bull Felsmechanik bull Veranstaltung

tunnelbAu 24 Innovative Nachdichtung von Tuumlbbingfugen

mit Injektionsbohrnadeln Goumltz Tintelnot

Undichte Tuumlbbingfugen koumlnnen direkt durch die Fuge mit ei-ner Injektionsbohrnadel effizient nachgedichtet werden Dieser Artikel erlaumlutert die innovative kostensparende bdquoSchluumlsselloch-technologieldquo

Tunnelbau bull Injektionstechnik bull Abdichtung bull Nachdichtung bull Effizienz bull Innovation

GeoResources Zeitschrift 2 | 2017 wwwgeoresourcesnet Inhaltsverzeichnis

4 Inhalt

berGbAu 45 Automatisierte Anlagenschmierung ndash

Retrofitprojekt in schwaumlbischem Steinbruch Nikolaus Fecht

Steinzeit hat Zukunft ndash mit diesem Slogan wirbt die Schotter-vertriebsgesellschaft SVA auf der Schwaumlbischen Alb fuumlr eine Branche bei der aktuell ndash nicht zuletzt wegen der Vielzahl an Straszligenbauprojekten ndash Hochkonjunktur herrscht Doch der reibungslose Betrieb steht und faumlllt mit der Verfuumlgbarkeit der Produktionsanlagen und damit auch der automatisierten Schmierung der Anlagen Wie es funktioniert demonstriert das Retrofitpilotprojekt von Bielomatik

Bergbau bull Steinbruch bull Baustoff bull Steine und Erden bull Maschinen bull Instandhaltung

berGbAu und buchbesprechunG 48 Geschichte des Bergbausldquo als Buch mit Bildern

oder im Museum mit allen SinnenDas Buch bdquoGeschichte des Bergbausldquo gibt einen anschaulichen Einblick in die Geschichte des Bergbaus die Arbeit der Bergleu-te und die bleibende Bedeutung von Rohstoffen in unserem Leben

Buchbesprechung bull Bergbau bull Rohstoffe bull Historie bull Wissen

berGbAu und buchbesprechunG 49 Technikentwicklung in der Grubensicherheit Buch 5 Band 1 der Buchreihe bdquoDokumentation der

technischen Entwicklung bei der RAGldquoDas Buch bdquoTechnikentwicklung in der Grubensicherheit Band 1ldquo aus der Buchreihe bdquoDokumentation der technischen Entwick-lung bei der RAGldquo ist erschienen

Buchbesprechung bull Deutschland bull Bergbau bull RAG bull Wissen

berGbAu und tunnelbAu 50 Sensorik fuumlr Automatisierung im Berg-

und Tunnelbau Thomas Bartnitzki

Die EUREG intensiviert die Forschung auf dem Gebiet des Louml-sens von Gestein Fuumlr ein Jahr uumlbernimmt nun das AMT der RWTH Aachen den Vorsitz der Forschungsgruppe

Bergbau bull Tunnelbau bull Forschung bull Extraktion bull Automatisierung bull Kooperation bull Veranstaltung

tunnelbAu 28 Einschubmodul fuumlr effiziente Anbindungen von

Querschlaumlgen an Tunnelhauptroumlhren Elkuch Gruppe

Neu entwickelte mit allen Bauteilen ausgestattete Einschub-module genannt Plug-in-Crosscut Element (PCE) ermoumlglichen effiziente Anbindungen von Querschlaumlgen an Hauptroumlhren Sie reduzieren die Installationszeit im Tunnel erheblich

Tunnelbau bull Querschlag bull Fertigteil bull Effizienz bull Tunnelaus-ruumlstung bull Innovation

berGbAu und enerGIe 30 Photovoltaik im Bergbausektor ndash

eine Win-win-Situation zur Elektrifizierung von Subsahara-Afrika

Bjoumlrn Broda und Jan SchroumlterDer Zugang zu bezahlbarer und verlaumlsslicher Energieversor-gung ist entscheidend fuumlr die wirtschaftliche Entwicklung in Subsahara-Afrika Der Ausbau der Photovoltaik stellt eine ideale Loumlsung dar bleibt jedoch trotz gigantischen Potenzials bisher weit hinter seinen Moumlglichkeiten zuruumlck Ausgerechnet der energieintensive und aus Umweltsicht ambivalente Berg-bau kann als Ankerkunde fuumlr die Elektrifizierung netzferner Regionen dienen Fuumlr die Bergwerksbetreiber winken eine kos-tenguumlnstige verlaumlssliche und nachhaltige Energieversorgung sowie houmlhere gesellschaftliche Akzeptanz Die laumlndliche Bevoumll-kerung profitiert gleichzeitig durch den Zugang zu Strom und die Moumlglichkeit zur Staumlrkung der soziooumlkonomischen Entwick-lung

Bergbau bull Energie bull Photovoltaik bull Afrika

berGbAu 37 EU-Projekt bdquoBlue Miningldquo ndash Bau eines

Groszligversuchsstands und Stroumlmungs versuche fuumlr vertikale Foumlrdersysteme im Tiefseebergbau

Toni Muumlller Jort van Wijk und Helmut MischoEin wesentliches Ziel des europaumlischen Forschungsprojekts bdquoBlue Miningldquo war die Weiterentwicklung vertikaler Transport-systeme fuumlr den Tiefseebergbau Erkenntnisse aus Fallstudien Modellierungen und Untersuchungen im Labormaszligstab sollten unter realistischen Bedingungen validiert werden Dazu entwi-ckelte die TU Bergakademie Freiberg in Kooperation mit dem IHC MTI B V Delft Niederlande einen Groszligversuchstand in ei-nem Schacht des Altbergbaus und fuumlhrte eine erste Serie von Stroumlmungsversuchen zur vertikalen Foumlrderung von Feststoff-Wasser-Gemischen durch Dieser Artikel erlaumlutert Planung Bau und Erprobung des Groszligversuchsstands die Versuchsdurch-fuumlhrung sowie erste Ergebnisse

Bergbau bull Tiefseebergbau bull Forschung bull Vertikale Trans-portsysteme bull Messtechnik bull Stroumlmungsversuche

auf eIn Wort 5

Leschhorn GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Elektromobilitaumlt Batterien Technologierohstoffe und vernetztes Denken wwwgeoresourcesnet

Veranlasst durch die aktuelle internationale Klimaschutzdiskussion stuumlrzt sich die globale Autoindustrie in das neue Abenteuer Elektro-

auto bzw in englischer Sprache Electric Vehicle (EV) Groszliges Interesse deutet sich in asiatischen Laumlndern an insbesondere in China Uumlber die Schnelligkeit der weltweiten Einfuumlhrung von EVs gibt es sehr unter-schiedliche Prognosen Auch sind noch viele konkur-rierende Techniken verbreitet bei denen der Markt noch die Spreu vom Weizen trennen wird

Neuland fuumlr AutoindustrieFuumlr Hybrid- und reine Elektroantriebe werden neuarti-ge Hochleistungsbatterien mit kurzen Ladezeiten und hoher Leistungsdichte uumlber moumlglichst groszlige Distanzen benoumltigt Mit ca 40 Anteil an der Wertschoumlpfung eines EV kommt den Batterien und damit einem fuumlr die Automobilindustrie uumlberwiegend neuen und wenig vertrauten Technikfeld besondere Bedeutung zu

Beschaffungen waren fuumlr die Autokonzerne mit ihrer groszligen Einkaufsmacht bisher einfach Zuliefe-rer boten sich von selbst an und wurden oft von den Konzernen abhaumlngig Nun will die deutsche Automo-bilindustrie nicht einfach nur fertige Batterien von groszligen marktbeherrschenden vornehmlich asiatischen Firmen kaufen Sie will sich in die Versorgung mit dem Produktionsfaktor bdquoMineralische Rohstoffeldquo einbin-den und wagt sich in die Welt der Rohstoffwirtschaft mit bergbaulichen Versorgungsrisiken zu Volumina Qualitaumlten und Kosten vor aber hastig eingerichtete Rohstoffabteilungen in den Headquarters der Konzer-ne koumlnnen den dazu notwendigen Sachverstand in roh-stoffwirtschaftlichen Belangen nicht auf die Schnelle liefern So scheiterte VW im Oktober 2017 damit sich Kobaltlieferungen fuumlr fuumlnf Jahre zu sichern waumlhrend BMW mit der Ankuumlndigung groszliger Materialkaumlufe fuumlr einen spontanen Anstieg der Kobaltpreise sorgte Das Know-how in der Batterietechnik ist in Asien konzen-triert und wird von chinesischen koreanischen und japanischen Firmen kontrolliert die sich schon den Zugang zu Batterierohstoffen gesichert haben Insbe-

sondere China verfolgt weltweit eine aggressive Politik zur Rohstoffsicherung da die eigenen Ressourcen nicht ausreichen sich in schlechten Lagerstaumltten befinden oder extrem umweltschaumldlich zu gewinnen sind BMW hat inzwischen mit dem chinesischen Hersteller CATL einen Milliardenvertrag uumlber Batterien aus Fertigung in China und zukuumlnftig in Erfurt in Deutschland geschlos-sen Daimler-Benz und Volkswagen bereiten aumlhnliche Vertraumlge vor

Rohstoffbedarf fuumlr EVsBefassen wir uns ein wenig mit den relevanten Roh-stoffen Es handelt sich um Metalle wie Aluminium Kobalt Kupfer Lithium Mangan Nickel Zink und Vanadium sowie Seltene Erden Scandium und den Anodenrohstoff Grafit Aluminium Kupfer Nickel und Zink sind relativ problemlos verfuumlgbar aber nicht alle und uumlberall in den benoumltigten Qualitaumlten und Rein-heiten Die uumlbrigen sind als besonders kritische Roh-stoffe einzuordnen Klassische Aufbereitungsverfahren stoszligen bei der Anreicherung dieser Rohstoffe an ihre Grenzen neue Methoden sind in der Entwicklung

Die meisten dieser Rohstoffe werden nicht von gro-szligen Bergwerksgesellschaften angeboten sondern von kleinen Unternehmen ndash oft ohne ausreichende Kapital-basis Auch werden groszlige Anteile in politisch instabilen Laumlndern mit Korruption Kinderarbeit und artisaner Produktion gefoumlrdert ndash bei Kobalt beispielsweise 15 bis 20 der globalen Produktion in der Demokratischen Republik Kongo (DRC) Unzulaumlngliche Techniken in der Gewinnung verursachen in vielen Entwicklungslaumln-dern erhebliche Umweltschaumlden

Die Nachfrage nach kritischen Rohstoffen ist von der gewaumlhlten Technologie abhaumlngig Bei Batterien sind dabei neben Grafit in der Anode die Metalle in der Kathode von Bedeutung Bei Lithium-Ionen-Batterien fungiert Lithium mit einem Anteil von ca 7 des Zell-gewichts als Elektrolyt Der Hauptbestandteil in der Ka-thode ist Nickel kombiniert mit Kobalt und Mangan Zurzeit werden meist Nickel-Kobalt-Mangan-Batterien mit einem Massenverhaumlltnis von 5 Ni 2 Co und 3 Mn (NCM523) oder 6 Ni 2 Co und 2 Mn (NCM622) ge-nutzt Der Trend geht zu houmlheren Nickelanteilen um das teure Kobalt zu reduzieren oder zukuumlnftig vielleicht ganz zu eliminieren Anders als die meisten Autoprodu-zenten setzen Tesla und der Batteriepartner Panasonic auf Nickel-Kobalt-Aluminium-Technologie (NCA) mit dem Verhaumlltnis 85 Ni 1 Co und 05 Al Auch beim Antrieb geht Tesla mit Induktionsmotoren einen Son-derweg waumlhrend die Konkurenz die Permanentmag-

In der Klimaschutzdiskussion sind Verbrennungs-maschinen in Verruf gekommen Die globale Au-toindustrie stuumlrzt sich daher in das Abenteuer Elektroauto ndash fuumlr die deutsche Autoindustrie mit wenig bekanntem Terrain im Rohstoffsektor


zu Elektromobilitaumlt Batterien der Versorgung mit Technologierohstoffen und vernetztem DenkenDr-Ing Frank Leschhorn Munich Mining amp Industry Consulting GmbH Brisbane Australien und Muumlnchen Deutschland

6 auf eIn Wort

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Leschhornwwwgeoresourcesnet Elektromobilitaumlt Batterien Technologierohstoffe und vernetztes Denken

nettechnik nutzt fuumlr die auch Seltene Erden (REE) be-noumltigt werden Die wichtigsten Rohstoffe fuumlr Batterien sind neben Grafit und Nickel also Kobalt und Lithium

Zur Verfuumlgbarkeit der RohstoffeInsbesondere Kobalt weist extreme Preissteigerungen auf So ist der Konzentratpreis von etwa 18000 USDt in 2016 auf uumlber 70000 USDt bis Mai 2018 gestiegen In 2017 gelangten 53 der globalen Kobaltproduktion in den Batteriesektor und nur noch 16 in den einst dominanten Stahlbereich In der augenblicklichen Bat-terietechnik sind Kobaltgehalte von weniger als 10 kaum zu realisieren Waumlhrend die deutsche Rohstoff-agentur (DERA) damit rechnet dass die Nachfrage nach Kobalt von aktuell 110000 t abhaumlngig von der Zahl produzierter EV bis 2026 auf etwa 188000 bis 225000 t ansteigen wird prognostiziert Roskill fuumlr 2027 eine Nachfrage von 240000 t Auf der Basis der-zeit global geplanter Bergbauprojekte zeichnet sich eine Verknappung des Angebots ab Die Produktion koumlnnte gerade ausreichen wenn alle neuen Produktionszentren rechtzeitig fertiggestellt werden was allerdings fraglich ist Heute kommen etwa 64 des bergbaulich gewon-nenen Kobalts aus der DRC wo es als Nebenprodukt der Kupfergewinnung mit steigender Tendenz produ-ziert wird Alternative Quellen befinden sich in ande-ren Laumlndern des afrikanischen Kupferguumlrtels sowie in den Nickel und Kupfer produzierenden Laumlndern Aust-ralien und Kanada Die bergbaulich gewonnenen Kon-zentrate finden vor allem den Weg in die chinesischen Raffinerien die einen Anteil von etwa 60 an der Raf-finadeproduktion haben und auch die Hauptversorger der USA sind Andere Raffinerien stehen in Belgien Finnland Kanada und Sambia

Weniger kritisch ist die Versorgungslage bei Lithi-um Die Nachfrage in 2025 wird nach CRU Group bei etwa 650000 t Lithium Carbonate Equivalent (LCE) liegen ein Wert der von den fuumlhrenden Anbietern und vielen weiteren Produzenten locker erreicht wer-den duumlrfte Die heutige Nachfrage in Houmlhe von rund 240000 t wird vor allem aus den Salzseen in Chile Argentinien und Bolivien sowie aus den spodumen-haltigen Pegmatitlagerstaumltten Westaustraliens befrie-digt Dort liegen auch die zukuumlnftigen Potenziale Der Preis fuumlr batteriegeeignete Lithiumkarbonate ist von rund 5000 USDt in 2016 auf etwa 12000 USDt in 2018 angestiegen und liegt bei Li-Hydroxiden gar bei 18000 USDt

Vanadium ndash traditionell in der Stahlindustrie ge-braucht ndash wird inzwischen zu 5 in der Batteriefer-tigung eingesetzt speziell in Redoxbatterien (VRB)

Dr-Ing Frank Leschhornwurde durch sein Heimatland Deutschland und die beruflichen Wurzeln im deutschen Steinkohlenbergbau sowie das Leben in Australien seiner zweiten Wahlheimat seine Beratungstaumltigkeit im Rohstoffbereich und seinen globalen Wissensdrang uumlber fachliche Grenzen hinaus gepraumlgtKontakt munichmininggmailcom

die anders als Lithium-Ionen-Batterien nicht brennbar und explosionssicher sind Sie erreichen auszligerdem Le-bensdauern von mehr als 10000 Zyklen und behalten 90 ihrer Kapazitaumlt uumlber 20 Jahre Lithium-Ionen-Batterien erreichen uumlblicherweise nur 1000 Zyklen und sind kaum mit voller Kapazitaumlt zu nutzen Nickel ist fuumlr Batterien extrem wichtig aber nur die Erze aus sulfidischen und Limonitlagerstaumltten die einen Anteil von 49 an der weltweiten Produktion haben sind ge-eignet SampP schaumltzt dass vom zukuumlnftigen Anstieg der Nickelproduktion nur 2 batteriegeeignet sind und in 2025 ein Versorgungsdefizit entstehen kann Kupfer das nicht als Batterierohstoff gilt muss aber ebenso bei der Entwicklung der EVs beachtet werden Die prog-nostizierten 40 Mio Ladestationen weltweit duumlrften bis 2027 einen Zusatzbedarf von 100000 ta bewirken Zusammen mit den houmlheren Kupfergehalten in EVs ndash in einem herkoumlmmlichen Kfz ca 20 kg im Hybrid-Kfz ca 40 kg und im vollelektrischen Kfz 80 kg ndash wuumlrde der Kupferbedarf durch EVs bis dann um 3 bis 5 Mio ta steigen

Insgesamt zeichnet sich ab dass fuumlr die EVs und ihre Batterien neue Lagerstaumltten erschlossen werden muumls-sen deren Investitionen nach McKinsey 100 bis 150 Mrd USD betragen werden China das rigoros seinen Masterplan zur Sicherung der Rohstofffversorgung ver-folgt ist insbesondere bei Batterierohstoffen weltweit aktiv und macht sich in bewaumlhrter Weise dazu Entwick-lungslaumlnder in Asien und Afrika untertan In der soge-nannten Demokratischen Republik Kongo haben sich beispielsweise gerade mehr als 30 chinesische Firmen mit staatlichen kongolesischen Organisationen zu einer Allianz zusammengefunden Im wuumlsten Investitions-klima dieses Landes kann sich auszliger China nur der in Afrika erfahrene Schweizer Rohstoffriese Glencore be-haupten der aber gerade wegen Korruptionsverdachts bei der US-Justizbehoumlrde aussagen muss

Entscheidungen mit WeitblickIch hoffe dass Ihnen bei diesem kleinen Exkurs in die Verfuumlgbarkeit von Technologierohstoffen nicht schwin-delig geworden ist Er macht deutlich wie vielschichtig komplex und global vernetzt die relevanten Aspekte sind Die geografische Lage von Rohstoffvorraumlten und der Bergbau unterschiedliche technische Fachgebiete wie die Automobil- die Batterie- und die Energietech-nik Klimaschutz Umweltschutz politische Entwick-lungen wirtschaftliche Interessen und nicht zuletzt humanitaumlre Aspekte sind im Zusammenhang zu be-trachten Lassen Sie uns gemeinsam dafuumlr einsetzen un-sere Erfahrungen zu Rohstoffen und einem verantwor-tungsvollen Bergbau und die vielen anderen relevanten Aspekte zu verknuumlpfen um vernetzte ganzheitliche verantwortungsbewusste und innovative Entscheidun-gen fuumlr die Zukunft zu treffen ndash nicht nur zum eigenen Wohl sondern mit Weitblick fuumlr alle Menschen in allen Laumlndern und den globalen Schutz der Umwelt IhrFrank Leschhorn

Infrastruktur 7

GeoResources Team GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Umfassende Reform der deutschen Bundesfernstraszligenverwaltung wwwgeoresourcesnet

Die Bundesfernstraszligenverwaltung wird umfas-send reformiert Die neue bdquoInfrastrukturgesell-schaft fuumlr Autobahnen und andere Bundesfern-straszligen (IGA)ldquo wird ab Anfang 2021 Planung Bau Betrieb Erhalt Finanzierung und Verwaltung der Bundesautobahnen uumlbernehmen Das neue bdquoFernstraszligen-Bundesamt (FBA)ldquo soll vor allem Planfeststellungs- und -genehmigungsverfahren im Autobahnbereich durchfuumlhren


Umfassende Reform der deutschen Bundesfernstraszligenverwaltung GeoResources Team Deutschland

Bild 1 Verkehrsministerkonferenz 2018 in NuumlrnbergQuelle BMVI


Der deutsche Bundesverkehrsminister Scheuer sprach im April bei der Vorstellung des Standortkonzepts zur Infrastrukturgesellschaft und zum Fernstraszligen-Bun-desamt auf der Verkehrsministerkonferenz in Nuumlrnberg (Bilder 1 und 2) von bdquoder groumlszligten Reform in der Ge-schichte der Autobahnenldquo [1] Der Bund uumlbernimmt ab 2021 die Verantwortung fuumlr die Bundesautobahnen

Zukuumlnftige Aufgaben der IGA und des FBADer Rahmen fuumlr die Organisationsreform wurde durch die erforderliche Grundgesetzaumlnderung abgesteckt Sie trat am 20072017 in Kraft [2]

Die neue bdquoInfrastrukturgesellschaft fuumlr Autobah-nen und andere Bundesfernstraszligen (IGA)ldquo wird ab 1 Januar 2021 Planung Bau Betrieb Erhalt Finanzie-rung und vermoumlgensmaumlszligige Verwaltung der Bundesau-tobahnen uumlbernehmen Das neue bdquoFernstraszligen-Bun-desamt (FBA)ldquo soll vor allem die Planfeststellungs- und -genehmigungsverfahren im Autobahnbereich durch-fuumlhren

Zielsetzungen der ReformDie Reform hat klare Zielsetzungen

Buumlndelung der Kompetenzen insbesondere im Bereich der Autobahnen als Basis fuumlr die gleichbe-rechtigte Umsetzung von Schluumlsselprojekten der Verkehrsinfrastruktur im ganzen Land

Durch IGA und FBA grundlegende Umordnung der Verantwortungsbereiche von Bund und Laumln-dern

Konzentration von Planung Finanzierung Bau Betrieb und Erhalt der wichtigsten deutschen Ver-kehrsadern

Schnelle Planungen direktere Finanzierungen und netzorientiertes Bauen

Geplante Struktur

IGA

Die Infrastrukturgesellschaft hat laut Gesetz ihren Sitz in Berlin Vorgesehen sind zehn regionale Niederlassun-gen Diese Anzahl ist bereits im Errichtungsgesetz aus dem Jahr 2017 angelegt Kriterien fuumlr die Auswahl der Niederlassungen sind netzkonzeptionelle Uumlberlegun-gen Die Verantwortungsbereiche sind bundeslaumlnder-uumlbergreifend angelegt Die Niederlassungen sollen im Jahr 2030 jeweils ein vergleichbar groszliges Bestandsnetz und ein vergleichbar groszliges Streckennetz betreuen Den Niederlassungen werden 30 dauerhafte sowie zur Betreuung laufender groszliger Projekte zusaumltzlich tempo-

8 Infrastruktur

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 GeoResources Teamwwwgeoresourcesnet Umfassende Reform der deutschen Bundesfernstraszligenverwaltung

Tabelle 1 Standortkonzept fuumlr die Niederlassungen der Infrastrukturgesellschaft fuumlr Autobahnen (IGA)

Nieder lassung (Zustaumlndigkeit)

Dauerhafte Auszligenstellen Streckennetz im Jahr 2030[km]

Nord ndash Hamburg(HH SH noumlrdl NI)

Luumlbeck Rendsburg

ca 937

Nordost ndash Stolpe(BE BB MV)

Berlin Guumlstrow Cottbus

ca 1442

Nordwest ndash Hannover(teilweise NI noumlrdl HE HB)

Oldenburg Verden Kassel Fulda

ca 1714

Ost ndash HalleSaale(TH teilweise SN ST)

Erfurt Dresden

Magdeburg

ca 1660

Nordbayern ndash Nuumlrnbergteilweise BY teilweise SN)

Fuumlrth Wuumlrzburg Bayreuth

ca 1384

Suumldbayern ndash Muumlnchen(teilweise BY teilweise BW)

Muumlnchen-Maisach Kempten

Regensburg Deggendorf

ca 1394

Suumldwest ndash Stuttgart(teilweise BY teilweise BW)

Karlsruhe Freiburg

ca 1080

West ndash Montabaur(SL suumldliches HE RP)

Darmstadt Wiesbaden

Bad Kreuznach Neunkirchen

ca 1562

Westfalen ndash Hamm(teilweise NW teilweise NI teil-weise HE)

Bochum Osnabruumlck

Hagen

ca 1422

Rheinland ndash Krefeld(teilweise NW)

Koumlln Euskirchen

ca 1188

Bundesamt werden vor allem Planer Bauingenieure Juristen und Verwaltungs- und IT-Experten taumltig sein

Wahrung der Interessen der BeschaumlftigtenBei der Neuordnung sollen die Interessen der Beschaumlf-tigten und ihrer Familien hinsichtlich Status Arbeits-platz und Arbeitsort gewahrt werden Versetzungen gegen den Willen der Beschaumlftigten soll es nicht geben Es wird einen Dialogprozess geben ndash mit den betroffe-nen Beschaumlftigten ihren Personalvertretungen Berufs-verbaumlnden und Gewerkschaften und mit den Laumlndern

TransformationsprozessZur verantwortlichen Steuerung Begleitung und Durchfuumlhrung der Transformationsphase wurde in der Abteilung Straszligenbau des Bundesministeriums fuumlr Ver-kehr und digitale Infrastruktur (BMVI) eine Stabsstelle Infrastrukturgesellschaft AutobahnenFernstraszligen-bundesamt eingerichtet [4] Die Aufgaben der Stabs-stelle umfassen insbesondere

Gruumlndung IGA und Errichtung des FBA Transformation von Aufgaben Personal und Sach-

mitteln von den bisherigen Auftragsverwaltungen der 16 Bundeslaumlnder und der VIFG Verkehrsinfra-strukturfinanzierungsgesellschaft GmbH zur IGA und dem FBA

Steuerung des Zusammenwirkens von IGA FBA und BMVI

Die Stabsstelle ist nicht nur Ansprechpartner fuumlr die Kommunikation innerhalb des BMVI sondern auch fuumlr externe Akteure Laumlnder Ressorts und Verbaumln-de Ein beratendes Bund-Laumlnder-Gremium und fuumlnf Bund-Laumlnder-Arbeitsgruppen tauschen sich regelmauml-szligig aus Die Personal- Schwerbehinderten- Jugend- und Auszubildendenvertretungen werden beteiligt

Quellenverzeichnis[1] BMVI BM Scheuer Groumlszligte Reform in der Ge-

schichte der Autobahnen Pressemitteilung 0292018 vom 20042018 und weiterfuumlhrende Informationen Online httpswwwbmvideSharedDocsDEPressemitteilungen2018029-scheuer-groesste-auto-bahnreformhtml

[2] BMVI Rechtliche Grundlagen Artikel vom 28022018 und weiterfuumlhrende Informationen On-line httpswwwbmvideSharedDocsDEArtikelStab-IGArechtliche-grundlagenhtml

[3] BMVI BM Scheuer Fernstraszligen-Bundesamt ist star-kes Signal fuumlr neue Laumlnder und regionale Verantwor-tung Pressemitteilung 0412018 vom 27062018 Online httpswwwbmvideSharedDocsDEPressemitteilungen2018041-scheuer-fernstrassen-bundesamthtml

[4] BMVI BM Scheuer Transformationsphase Artikel vom 17052018 und weiterfuumlhrende Informationen Online httpswwwbmvideSharedDocsDEArti-kelStab-IGAtransformationsphasehtml

raumlre Auszligenstellen zugeordnet Dadurch wird die Prauml-senz in der Flaumlche gesichert

Die geplanten Niederlassungen und dauerhaften Auszligenstellen sind in Tabelle 1 zusammengestellt Sie sind Ansprechpartner fuumlr regionale Akteure z B Kom-munalvertreter Zudem werden mit ihnen die Struktu-ren in den Regionen gestaumlrkt Kriterien fuumlr die Auswahl sind bewaumlhrte Laumlnderstrukturen Im Standortkonzept sind zudem 185 Betriebsdienst-Standorte 39 Fernmel-demeistereien Verkehrs- und Tunnelleitzentralen sowie Ausbildungsstandorte vorgesehen

FBADen Standort des Fernstraszligen-Bundesamts hat die Bundesregierung auf Vorschlag von Bundesminister Scheuer am 27 Juni 2018 durch Kabinettsbeschluss bestimmt [3] Der Hauptsitz wird in Leipzig sein Zur Staumlrkung der regionalen Praumlsenz wird das Fernstraszligen-Bundesamt neben dem Hauptsitz an bis zu vier Stand-orten vertreten sein die z B durch Hochschul- und Wissenschaftseinrichtungen uumlber hohe Attraktivitaumlt fuumlr die Einwerbung von Fachkraumlften im Bereich Planfest-stellung sowie im technischen Bereich verfuumlgen Drei Standorte werden in Bonn Gieszligen und Hannover sein Das Fernstraszligen-Bundesamt soll noch im Jahr 2018 er-richtet werden Zurzeit werden die Strukturen und der organisatorische Zuschnitt festgelegt Im Fernstraszligen-

GeotechnIk 9

Heimbecher und Tophoff GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Einsatz von Gabionenkonstruktionen in der Verkehrsinfrastruktur wwwgeoresourcesnet

1 Einleitung

Gabionenkonstruktionen gewinnen im Bereich von Verkehrsinfrastrukturanlagen als Stuumltzbauwerke Vor-satzschalen oder Laumlrmschutzwaumlnde immer mehr an Bedeutung (Bild 1) Als wirtschaftliche langlebige und oumlkologische Konstruktionen erfuumlllen sie viele Anforde-rungen an eine nachhaltige und leistungsfaumlhige Infra-struktur Planer Bauherren und Statiker bedienen sich dabei der gleichen Normen Regelwerke und Merkblaumlt-ter Nicht alle Anforderungen koumlnnen normativ bestauml-tigt werden sodass Versuche im Maszligstab 1 1 haumlufig unabdingbar sind Speziell die Nachweise der inneren Standsicherheit und die Nachweise der Anschluumlsse bei ruumlckverhaumlngten Konstruktionen koumlnnen aktuell noch nicht mit eindeutigen Modellen [1] beschrieben wer-den wohingegen versuchsgestuumltzte Nachweise sowohl vorgeschrieben [2] als auch zielfuumlhrend sind Dieser Artikel geht insbesondere auf die relevanten neuen Re-gelwerke und die versuchsgestuumltzten Nachweise ein

2 Gabionen als Stuumltzkonstruktionen im Infrastrukturbau

Nach den ZTV-ING Teil 2 Abschnitt 4 werden Stuumltz-konstruktionen aus Gabionenwaumlnden bereits ab 150 m Houmlhe als Ingenieurbauwerke klassifiziert und auf eine sichtbare Houmlhe von 600 m beschraumlnkt [3] Die Restriktionen beruhen auf hohen Spaltzugkraumlften in den Gabionen [1] die sich auf Basis der derzeitig angenommenen Modellannahmen ergeben [1] Nach [3] sind im Bundesfernstraszligenbereich ausschlieszliglich Drahtgitterbehaumllter zugelassen Mit dem M Gab [4] wurde 2003 ein umfassendes Merkblatt uumlber die ZTV-ING eingefuumlhrt Nach einer Uumlberarbeitung des Merk-blatts im Jahr 2014 wurden 2017 die TL Gab-Stb [2] ergaumlnzend herausgegeben und im Bundesfernstraszligen-bereich aktuell in mehreren Bundeslaumlndern eingefuumlhrt Das M Gab enthaumllt Regelungen zur Wahl und Nach-weisfuumlhrung der geeigneten Gabionenkonstruktion wohingegen die TL Gab-Stb die Anforderungen an die Ausgangsmaterialien (Draht Befuumlllmaterial und Ver-bindungselemente) festlegt Eine Inhaltsuumlbersicht der beiden Regelwerke enthaumllt Tabelle 1 Die TL Gab-Stb und M Gab sind ergaumlnzend anzuwenden

Hinsichtlich der Standsicherheitsnachweise exis-tiert mit der Einfuumlhrung der TL Gab-Stb die Forderung die innere Standsicherheit uumlber Belastungsversuche am Referenzkoumlrper nachzuweisen Fuumlr Standsicherheits-nachweise des Anschlusses der Gabionenwand an die Verankerungselemente gilt die Forderung des M Gab

Gabionenkonstruktionen kommen zunehmend in der Verkehrsinfrastruktur zur Ausfuumlhrung Insbe-sondere die innere Standsicherheit und Anschluumls-se muumlssen mit Systemversuchen nachgewiesen werden weil noch keine allgemeinguumlltigen Mo-delle verfuumlgbar sind Dieser Artikel geht auf die aktuell relevanten Regelwerke und auf Erfahrun-gen aus Versuchen zur inneren Standsicherheit und zu Anschluumlssen an Ruumlckverankerungen mit Geogittern ein


Einsatz von Gabionenkonstruktionen in der VerkehrsinfrastrukturProf Dr-Ing Frank Heimbecher und Lukas Tophoff MSc beide Fachgebiet Geotechnik Fachhochschule Muumlnster Deutschland

Bild 1 Gabionenkonstruktion im Bundesfernstraszligen-bereich

Tabelle 1 Uumlbersicht der RegelwerksinhalteAspekt TL Gab-Stb [2] M Gab [4]

Baugrund und Gruumlndung x +

Gabionenkoumlrbe + o

Ruumlckverhaumlngung x o

Befuumlllmaterial + o

Hinterfuumlllmaterial x +

Standsicherheitsnachweise o +o

Herstellung o +

Dokumentation + o

Guumltesicherung + o

Vorgaben + detaillierte o allgemeine x keine innere Standsicherheit

diese unabhaumlngig vom gewaumlhlten System nachzuweisen und mittels Pruumlfzeugnissen zu belegen [4] Auch dieser Nachweis ist ausschlieszliglich uumlber versuchsgestuumltzte Un-tersuchungen moumlglich Im Folgenden werden Moumlglich-keiten hierzu aufgezeigt

10 GeotechnIk

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Heimbecher und Tophoffwwwgeoresourcesnet Einsatz von Gabionenkonstruktionen in der Verkehrsinfrastruktur

Bild 3 Pruumlfzyklus mit den Grenzzustaumlnden (SLS und ULS)

Bild 4 Kraft-Weg-Diagramm (horizontal) einer Referenzgabione mit geringen Verformungen

Bild 2 Versagen der inneren Standsicherheit [4]

3 Untersuchungen zur inneren Standsicherheit

Gemaumlszlig DIN EN 1997-1 [5] ist nachzuweisen dass kein inneres Versagen eines Bauteils eintritt (Bild 2) Das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten

der Gabione ist bislang nicht eindeutig uumlber Modelle oder aumlquivalente Nachweiskonzepte beschreibbar Die FH Muumlnster und die BTU Cottbus fuumlhren daher seit mehreren Jahren erfolgreich Belastungsversuche an Referenzkoumlrpern zum Nachweis der inneren Standsi-cherheit durch ndash im Rahmen von Forschungsvorha-ben studentischen Abschlussarbeiten gutachterlichen Taumltigkeiten und bauaufsichtlichen Zulassungen Die Versuche koumlnnen auch fuumlr die Nachweisfuumlhrung der inneren Standsicherheit vorgesehen werden um den notwendigen Wert fuumlr die aumlquivalente Betondruckfes-tigkeit fcd zu ermitteln und ihn gemaumlszlig M Gab [4] fuumlr die Bemessung zu verwenden

Die Pruumlfeinrichtung der FH Muumlnster kann Proben im Maszligstab 1 1 bei einer Gesamthoumlhe von 200 m mit einer Pruumlfkraft von bis zu 1000 kN pruumlfen Fuumlr bis-herige Belastungsversuche war jedoch eine maximale Pruumlfkraft von 250 kN ausreichend da diese die aumlqui-valente Bemessungsbeanspruchung fuumlr eine 600 m hohe Gabione als Schwergewichtswand simuliert Fuumlr 600 m hohe Gabionenkonstruktionen wurde hierzu eine Belastung von 160 kN als Grenze im SLS (Service Limit State bzw Grenzzustand der Gebrauchstauglich-keit) und 240 kN als Grenze im ULS (Ultimate Limit State bzw Grenzzustand der Tragfaumlhigkeit) festgelegt (Bild 3) Aus den zahlreichen nach aktuellen Pruumlfbe-dingungen durchgefuumlhrten Versuchen (Bild 4) koumlnnen folgende Randbedingungen fuumlr die Versuchsdurchfuumlh-rung beschrieben werden wobei weitere Empfehlungen in [1] gegeben werden

Festlegung von Abbruchkriterien bei der Versuchs-durchfuumlhrung

▷ Drahtbruumlche ▷ Versagen von Schweiszligstellen Aussteifungs- und Verbindungsmitteln

▷ Starke Maschenweitenerhoumlhungen ▷ Herausfallen von Befuumlllmaterial ▷ Uumlberschreiten der Steindruckfestigkeit

2- bzw 3-seitige Lagerung der Gabione um die seit-liche Einbindung des Korbs in der Wand zu simu-lieren

Ermittlung und Beruumlcksichtigung der Vorverfor-mung waumlhrend des Einbaus

Konstruktive Trenung der Messtechnik vom Pruumlfrahmen

Anordnung der Messpunkte im Bereich der maxi-malen Verformungen (oberer Bereich gegebenen-falls durch Vorversuche ermitteln)

Verwendung biegesteifer Lastplatten und Feinkies-kissen zur gleichmaumlszligigen Lasteinleitung

Bild 5 zeigt einen typischen Belastungsversuch Dieser wurde mit zentrischer und exzentrischer Lasteinleitung durchgefuumlhrt Unterschiedlich waren zudem die Git-termaschenweiten die Aussteifung das Befuumlllmaterial und das Verfahren (haumlndischgeschuumlttet) Die Belas-tungsversuche zeigen dass die Gebrauchstauglichkeit im Regelfall durch geringe absolute und relative Ver-formungen unterhalb des 2--Grenzwerts bei 160 kN

GeotechnIk 11


(SLS) und die innere Standsicherheit (ULS) der Ein-zelelemente unter den Pruumlfbedingungen gegeben ist

4 Nachweise zu Anschlussmoumlglichkeiten ruumlckverhaumlngter Stuumltzkonstruktionen

Stuumltzkonstruktionen in Schwergewichtsbauweise gelangen statisch und wirtschaftlich schnell an ihre Grenzen Eine Ruumlckverhaumlngung ist haumlufig die einzige Moumlglichkeit eine wettbewerbsfaumlhige Konstruktion zu errichten Die Kombination mit ruumlckverhaumlngten Geo-gittern stellt eine besonders wirtschaftliche Variante dar Der Kraftschluss der Bewehrungselemente kann systemabhaumlngig sehr unterschiedlich sein In Untersu-chungen an der FH Muumlnster und dem An-Institut der Kiwa GmbH TBU Greven wurden verschiedene An-schlusskonstruktionen getestet Dabei zeigte sich dass die maximal aufnehmbaren Kraumlfte und die zugehoumlrigen Verformungen der verschiedenen Konstruktionen dif-ferieren

41 Anschluss des Geogitters uumlber Steckstab mit Schaumlkeln

Bei Schaumlkel- und Steckstabverbindungen an der Ruumlck-seite der Gabione ist die Anschlusskraft von verschie-denen Faktoren abhaumlngig Dazu gehoumlren u a der Schaumlkelabstand die Maschenweite und Materialien der Gabionengitter der Steckstabdurchmesser und das gewaumlhlte Geogitter Die Verformungen im Steckstab sorgen fuumlr Spannungsspitzen in den Geogitterstraumlngen Daher ist fuumlr jede Anschlussvariante ein produktspe-zifischer Nachweis erforderlich Im Rahmen der ver-suchsgestuumltzten Untersuchung zeigten sich bei hohen Anschlusskraumlften starke Verformungen des Gabionen-gitters die zu Umlagerungen des Befuumlllmaterials fuumlhr-ten Uumlber diese Konstruktion konnten zwar hohe An-schlusskraumlfte von uumlber 100 kN nachgewiesen werden allerdings fuumlhren die Verformungen des Steckstabs zu hohen Lastkonzentrationen an den ruumlckverhaumlngten Geogittern (Bild 6)

42 Anschluss uumlber Reibung und Verbindungsgitter

Ein zusaumltzliches verkuumlrztes und an der Gabionenfront angeschlossenes Gitter kann auszliger den Anschlusskraumlf-ten aus der Steckstabverbindung auch Reibungskraumlfte aufnehmen (Bild 7) Die Versuche zeigen dass die Kon-struktion die Anschlusskraumlfte fuumlr Konstruktionen bis 6 m Houmlhe zwar aufnehmen kann allerdings sich auch hier bei hohen Anschlusskraumlften groumlszligere Verformungen an dem Verbindungsgitter einstellen die wiederum zu Lastkonzentrationen am ruumlckverhaumlngten Geogitter fuumlhren Der Versuchsaufbau ist im Bild 8 dargestellt

43 Anschluss uumlber Reibung durch ruumlckverhaumlngtes Stahlgitter

Neben der direkten Ankopplung des Geogitters an den Gabionenkorb besteht auch die Moumlglichkeit die beiden Tragsysteme Gabionenwand und geogitterbe-wehrte Erde zu entkoppeln (Bild 9) Hierzu muss die

Bild 5 Versuchseinrichtung der FH Muumlnster - Ansicht der Gabione unter zentrischer Beanspruchung

Bild 6 Verformungen einer Steckstabverbindung mit Schaumlkeln bei Pruumlfkraumlften gt 100 kN [6]

Bild 7 Anschluss uumlber Reibung und Verbindungsgitter [6]

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Die Kraftuumlbertragung erfolgt durch Verzahnung zwischen Gabionengitter und Hinterfuumlllung bzw Geogitter Zur Beruumlcksichtigung des verminderten Reibungseinflusses aus dem Geogitter wurde dieses in Versuchen durch eine Kunststoffdichtungsbahn (KDB) ersetzt (Bild 10) Bei einer Pruumlfkraft von 40 kN und ei-ner Auflast von 50 kNmsup2 wurden Verformungen von weniger als 10 mm gemessen Die weiteren Versuche zeigten ebenfalls geringe Verformungen Limitierend war auch bei diesen Versuchen die Verbindung zwischen den Gittern uumlber einen Steckstab Hinsichtlich der Git-termaschenweite und Steckstabkonstruktion sind noch Optimierungen notwendig Planerisch und bauverfah-renstechnisch bietet diese Anschlussvariante den Vorteil der Trennung der Gewerke Gabione und bewehrte Erde

5 Fazit und AusblickMit der Einfuumlhrung der TL Gab-Stb existiert ein Regel-werk welches insbesondere die Befuumlllmaterialien und die Qualitaumltsanforderungen an die Gabionengitter re-gelt Hierdurch sind die regelwerkstechnischen Grund-lagen geschaffen Gabionenkonstruktionen dauerhaft standsicher und gebrauchstauglich errichten zu koumlnnen

Die innere Standsicherheit der Gabionenkonst-ruktion muss aktuell uumlber Groszligversuche nachgewie-sen werden Ebenso sind die Anschlussfestigkeiten bei ruumlckverhaumlngten Konstruktionen durch Versuche nach-zuweisen Beide Nachweise variieren in Abhaumlngigkeit des Gabionensystems des Fuumlllmaterials sowie der An-schlussart Durch groszligmaszligstaumlbliche Untersuchungen konnten diese Nachweise erbracht werden Hierdurch ist es moumlglich auch Aufbauhoumlhen zu simulieren bzw nachzuweisen die uumlber die Grenze von 6 m Houmlhe ge-maumlszlig ZTV-ING Teil 2 [3] hinausgehen Modifikatio-nen am Gabionenkorb oder am Anschluss lassen sich hierdurch schnell und zuverlaumlssig uumlberpruumlfen

Fuumlr Gabionenkonstruktionen die mit einem Ga-bionengitter im Hinterfuumlllboden ruumlckverhaumlngt werden laumlsst sich eine ausreichende Tragfaumlhigkeit der Anschluumls-se bis 6 m Houmlhe nachweisen Die Reibungskraft steigt mit der Konstruktionshoumlhe Die bei einem Reibungs-anschluss erreichte Entkopplung zwischen geogitter-bewehrtem Erdkoumlrper und Gabionenwand ermoumlglicht klare Aufgabenverteilungen

Zur Sicherstellung einer hohen Qualitaumlt uumlber den Lebenszyklus der Gabionenkonstruktionen wurde ak-tuell eine Guumltegemeinschaft fuumlr Gabionen (GfG) [7] gegruumlndet Sie wird zukuumlnftig sowohl fuumlr den Planungs- als auch den Ausfuumlhrungsprozess Qualitaumltskriterien fordern die teilweise sogar uumlber die Anforderungen der aktuellen Regelwerke hinausgehen

6 Quellenverzeichnis[1] Platzeck D Pohl C Versagen eines Einzelelementes

bei Stuumltzkonstruktionen aus Gabionen BASt (2015) Heft B 113

[2] Forschungsgesellschaft fuumlr Straszligen- und Verkehrswesen (FGSV) TL Gab-StB ndash Technische Lieferbedingungen fuumlr Gabionen im Straszligenbau FGSV-Nr 554 2016

Bild 9 Anschluss uumlber Reibung und Steckstab durch ruumlckverhaumlngtes Stahlgitter bzw entkoppeltes GeogitterQuelle FH Muumlnster

Bild 10 Zweites Gabionengitter zur Reibungsuumlber-tragung im Herausziehversuch mit KDB [6]

Bild 8 Versuchsaufbau mit Anschlussgitter an der Frontseite des Steinkorbs [6]

Gabionenwand die Erddruckkraumlfte aufnehmen die sich aufgrund der bedingten Verformbarkeit der Gabionen-wand an der Ruumlckseite einstellen Zur Aufnahme dient ein horizontal in den Hinterfuumlllboden eingelegtes Ga-bionengitter welches uumlber einen Steckstab an der Ga-bionenwand befestigt wird

[3] Bundesanstalt fuumlr Straszligenwesen (BASt) ZTV-ING Zusaumltzliche Technische Vertragsbedingungen und Richtlinien fuumlr Ingenieurbauten Ausgabe Januar 2018 Online verfuumlgbar wwwbastde

[4] Forschungsgesellschaft fuumlr Straszligen- und Verkehrswesen (FGSV) M Gab ndash Merkblatt uumlber Stuumltz- und Laumlrm-schutzkonstruktionen aus Betonelementen Block-schichtungen oder Gabionen FGSV-Nr 555 2014

[5] DIN EN 1997-12014-03 Eurocode 7 ndash Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik - Teil 1 Allgemeine Regeln Deutsche Fassung EN 1997-12004 + AC2009 + A1201

[6] Heimbecher F (2018) Ruumlckverhaumlngte Gabionenkon-struktionen mit Geogittern BAUTEX 2018 Chem-nitz 25012018

[7] Guumltegemeinschaft fuumlr Gabionen e V (GfG) Website wwwgfg-gabionende

Prof Dr-Ing Frank Heimbecherist in der Fachhoch-schule Muumlnster fuumlr das Lehr- und Forschungs-gebiet Geotechnik und Bauverfahrens-technik verantwortlich und wissenschaft-licher Leiter des An-Instituts KIWA GmbH TBU in Greven

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Lukas Tophoff MScist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Geotechnik in der Fachhochschule Muumlnster

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GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Cammaratawwwgeoresourcesnet Geogitterbewehrtes Steilboumlschungssystem fuumlr eine Kranstellflaumlche zum Bau einer Windenergieanlage im Saarland

Die Herstellung von Kranstellflaumlchen fuumlr die Errichtung von Windenergieanlagen stellt sowohl Planer als auch Bauunternehmer vor groszlige Herausforderungen Egal ob Tiefgruumlndung oder Flachgruumlndung ndash die Stellflaumlchen muumlssen stets sehr hohen Anforderungen genuumlgen Denn mit wachsenden Windturmhoumlhen werden auch die zum Einsatz kommenden Errichterkraumlne und somit auch die Belastungen der Gruumlndung groumlszliger In den letzten Jahren haben sich Flachgruumlndungskonzepte unter Verwendung von Geogittern erfolgreich etabliert Aufgrund des duktilen Tragverhaltens bietet diese Art der Gruumlndung neben den schon bekannten wirtschaftlichen Vorteilen zudem auch ein hohes Maszlig an Tragsicherheit ndash sogar mit erheblichen Tragreserven Diese Reserven konnten im Rahmen der Baumaszlignahme in Lebach bdquoGohlocher Waldldquo an einer geogitterbewehrten Steilboumlschung mess-technisch erfasst werden (Bild 1)

Baumaszlignahme bdquoGohlocher Waldldquo mit geogitterbewehrter SteilboumlschungFuumlr das Projekt bdquoGohlocher Waldldquo waren fuumlr die Her-stellung der Kranaufstellflaumlche aufgrund der ausgepraumlg-ten Hanglage Gelaumlndeanschuumlttungen in Houmlhe von bis

Die Tuumlrme von Windenergieanlagen werden houmlher Dadurch steigen die Anforderungen an Kranstellflaumlchen fuumlr den Bau der Anlagen und die Belastungen der Gruumlndung In den letzten Jahren kamen vermehrt Gruumlndungen mit Geokunststof-fen zum Einsatz Dieser Beitrag erlaumlutert auf Basis von Berechnungen und messtechnischen Uumlber-pruumlfungen die hohe Tragfaumlhigkeit eines geogitter-bewehrten Steilboumlschungssystems fuumlr die Errich-tung einer Windenergieanlage im Saarland


Geogitterbewehrtes Steilboumlschungssystem fuumlr eine Kranstellflaumlche zum Bau einer Windenergieanlage im SaarlandDipl-Ing (FH) Daniel Cammarata Tensar International GmbH Deutschland

Bild 1 Steilboumlschungssystem fuumlr eine Kranstellflaumlche zur Errichtung einer Windenergieanlage in Lebach im Saarland

zu 350 m erforderlich Der erforderliche enge Arbeits-radius des Errichterkrans hatte zudem zur Folge dass an der dem Turm zugewandten Seite keine Regelbouml-schungsneigung realisiert werden konnte Von den Projektbeteiligten wurde eine Versteilung dieser Seite unter Einbeziehung eines geogitterbewehrten Steil-boumlschungssystems festgelegt Als dauerhafte Gelaumlnde-sprungsicherung wurde das abgestimmte Boumlschungs-system TensarTech SG der Tensar International GmbH

GeotechnIk 15

Cammarata GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Geogitterbewehrtes Steilboumlschungssystem fuumlr eine Kranstellflaumlche zum Bau einer Windenergieanlage im Saarland wwwgeoresourcesnet

Bild 3 Auszug aus der Statik [1] ndash Berechnungsmethode nach Bishop

Bild 4 Anordnung der Erddruckmessdosen innerhalb des Sicherungssystems

Bild 2 Formschluumlssige Verbindung zwischen Geogitter und Stahldrahtgittermatte

die rechnerischen Ansaumltze fuumlr die Nachweisfuumlhrung der Frontausbildung gemaumlszlig EBGEO zu uumlberpruumlfen und die berechneten mit den gemessenen Spannungswerten zu

Bonn gebaut Bei dieser Boumlschungssicherungsvariante handelt es sich um ein Verbundsystem aus einaxialen Geogittern und Stahlgitterelementen mit einer Alu-minium-Zink-Legierung als Frontausbildung Beide Komponenten werden mittels einer Steckstabverbin-dung miteinander gekoppelt Die herstellungsbedingte hohe Knoteneffizienz der Geogitter ermoumlglicht da-bei eine dauerhaft formschluumlssige Verbindung zu den Stahldrahtgittern an der Front (Bild 2)

Nachweisfuumlhrung fuumlr das BoumlschungssicherungssystemFuumlr die Baumaszlignahme bdquoGohlocher Waldldquo wurden die Kranaufstellflaumlche und somit auch die Boumlschungssiche-rung fuumlr eine maximale charakteristische Flaumlchenpres-sung von 250 kPa ausgelegt (Bild 3) Als Errichterkran kam der Mobilkran LTM1775 zum Einsatz Die Auf-standsstuumltzen wurden auf Lastverteilungsplatten aufge-setzt um eine Spannungsreduzierung zu ermoumlglichen Aus den zur Verfuumlgung gestellten Hebestudien ging hervor dass die houmlchsten Spannungsspitzen aus den Hebevorgaumlngen der schweren unteren Turmsegmente erfolgen Weiterhin war aus der Ausfuumlhrungsplanung bekannt dass diese hohe punktuelle Pressung nahe der Frontausbildung eingeleitet wird Die Bemessung und die Festlegung des Sicherheitsniveaus des Sicherungs-systems erfolgten unter Beruumlcksichtigung des Euroco-de 7 [2] bzw des nationalen Anhangs [3] zuzuumlglich der DIN 10542012 [4] und der mitgeltenden Empfeh-lungen Fuumlr die Bemessung wurden insbesondere die Empfehlungen fuumlr den Entwurf und die Berechnung von Erdkoumlrpern mit Bewehrungen aus Geokunststof-fen bdquoEBGEOldquo [5] herangezogen

Monitoringprogramm fuumlr die Erfassung von SpannungenNicht selten weichen Theorie und Praxis voneinander ab Bei dieser Baumaszlignahme bestand die Moumlglichkeit

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Bild 5 Einbau der Erddruckmessdose Nr 37 im Frontbereich des Sicherungssystems

Bild 6 Lageplan mit Zuordnung von Turmsegmenten Kran Messinstrumenten und Steilboumlschung

vergleichen Zur Uumlberpruumlfung der in den statischen Be-rechnungen ermittelten rechnerischen Beanspruchun-gen auf die Frontausbildung erfolgten Vertikal- und Horizontalerddruckmessungen

Im Rahmen des Monitoringprogramms wurden innerhalb der geogitterbewehrten Steilboumlschung im un-mittelbaren Beanspruchungsbereich des Errichterkrans Druckmessdosen installiert Diese waren so platziert dass die Vertikalspannungs- aber auch die Horizon-talspannungsbetraumlge in unterschiedlichen Houmlhenla-gen erfasst werden konnten (Bilder 4 und 5) Hierbei wurde eine Erddruckmessdose zur Bestimmung des wirkenden Vertikalspannungszustands bei 185 m un-ter Gelaumlndeoberkante unter der Lastverteilungsplatte positioniert (Dose Nr 39 entsprechend Bild 4) Drei weitere Erddruckmessdosen wurden zur Ermittlung des

Horizontalspannungszustands in unterschiedlichen Wirkungsbereichen des Sicherungssystems platziert (Dosen Nr 37 38 und 40 entsprechend Bild 4)

Der Auswertungsbericht [6] der Underyourfeet Ingenieurgesellschaft fuumlr Geotechnik GmbH Claus-thal-Zellerfeld beschreibt sehr detailliert die Einwir-kungskombinationen und die daraus resultierenden unterschiedlichen Beanspruchungen der Steilboumlschung Im Lageplan (Bild 6) ist gut zu erkennen dass die Kran-stuumltze Nr 4 sich unmittelbar vor der Frontausbildung der Steilboumlschung befindet Die Lastverteilungsplatte aus Stahl (250 m x 350 m) die mittig unterhalb der Kranstuumltze verlegt wurde wurde so aufgestellt dass die lange Seite (hier 350 m) parallel zur Boumlschungskante verlaumluft Zweck dieser Anordnung war es einer Lastkon-zentration entlang der Frontausbildung entgegenzuwir-

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Absetzen eine Pressung von ca 202 kPa Aus den Auf-zeichnungen der Erddruckmessdose Nr 39 die sich ca 185 m unterhalb OK-Gelaumlnde befand gehen folgende Vertikaldruumlcke hervor

Anheben ca 78 bis 79 kPa Absetzen ca 113 bis 115 kPa

Mit dem Programm DC-Setzung [7] konnte unter An-satz charakteristischer Werte rechnerisch nachgewiesen werden dass die Vertikalspannungszustaumlnde bei 185 m unter OK-Gelaumlnde ausreichend genau den gemessenen Spannungen entsprechen (Bilder 9 und 10)

Anheben ca 56 kPa Absetzen ca 108 kPa

Eine ausreichende Plausibilitaumlt im Hinblick auf den gemessenen Vertikalspannungszustand konnte hiermit bestaumltigt werden Tendenziell werden rechnerisch ge-ringere Spannungen ermittelt als tatsaumlchlich gemessen Diese Spannungskonzentration unterhalb der Last-verteilungsplatte kann auf einen Verzahnungseffekt zwischen Geogitter und Korngeruumlst zuruumlckgefuumlhrt werden

ken Fuumlr die Errichtung des Windturms eines Hybrid-

turms mit einer Narbenhoumlhe von 140 m musste der Kran die im nordwestlichen Montagebereich gelager-ten Turmsegmente anheben danach eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn durchfuumlhren um dann im suumldlichen Bereich unmittelbar vor der Steilboumlschung diese Komponente auf das fertiggestellte Turmfun-dament abzusetzen Die Stuumltze Nr 4 wurde beim An-heben der schweren unteren Turmsegmente mit 39 t belastet (Bild 7) Diese verhaumlltnismaumlszligig geringe Last ist darauf zuruumlckzufuumlhren dass beim Anheben der Komponenten auf der gegenuumlberliegenden Seite also der Montageflaumlche eine Entlastung dieser Stuumltze er-folgte Dafuumlr trat jedoch beim Absetzen der Segmente auf dem Turmfundament eine sehr hohe Lastkonzent-ration uumlber der Stuumltze Nr 4 auf Hierbei ergaben sich Lastspitzen von bis zu 177 t

Der Abhebe- Dreh- und Absetzvorgang der Turmsegmente und die daraus resultierenden Verti-kalspannungszustaumlnde innerhalb der Steilboumlschung wurden sehr genau von der Erddruckmessdose Nr 39 aufgezeichnet (Bild 8) Dem Bild koumlnnen die zuvor be-schriebenen Ablaumlufe fuumlr den schwersten Turmhalbring entnommen werden Der Vorgang startete am 28 No-vember 2017 um 1214 Uhr und endete 22 Minuten spaumlter um 1236 Uhr

Plausibilitaumltsbetrachtung der VertikalspannungsmessergebnisseMit diesen Informationsdaten wurden unter Beruumlck-sichtigung der Stuumltzdruumlcke fuumlr das Anheben und Ab-setzen Plausibilitaumltsberechnungen durchgefuumlhrt Auf OK-Gelaumlnde entstand aufgrund der biegesteifen Last-verteilungskonstruktion von 250 m x 350 m beim An-heben eine Flaumlchenpressung von ca 45 kPa und beim

Bild 7 Stuumltzdruumlcke beim Anheben (links) und Ablegen (rechts) der unteren Turmsegmente

Bild 8 Aufzeichnung des vertikalen Erddrucks der Messdose Nr 39 waumlhrend der Turmmontage

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Bild 11 Aufzeichnung des vertikalen und horizontalen Erddrucks waumlhrend der Turmmontage

Bild 9 Rechnerischer Vertikalspannungszustand fuumlr das Anheben [7]

Bild10 Rechnerischer Vertikalspanungszustand fuumlr das Absetzen [7]

Plausibilitaumltsbetrachtung der Horizontalspannungsmessergebnisse

Interessant ist umso mehr die Betrachtung der gemes-senen Horizontalspannungszustaumlnde innerhalb der geogitterbewehrten Steilboumlschung Die drei unteren Kurven im Bild 11 stellen die Horizontalspannun-gen waumlhrend der Hebevorgaumlnge des unteren Turm-segments dar Deutlich zu erkennen ist der Anstieg der Horizontalspannung der Druckdose Nr 38 auf ca 45 kPa beim Absetzvorgang Diese befindet sich oberhalb der vierten Geogitterlage und sehr nahe der Lasteinwirkungsachse und erklaumlrt somit den ver-haumlltnismaumlszligig hohen Wert Dieser Spannungsbetrag laumlsst den Schluss zu dass im Inneren der bewehrten Steilboumlschung ein erhoumlhter aktiver Erddruckzustand

herrscht nicht zuletzt hervorgerufen durch das In-teraktionsverhalten zwischen den gestreckten Geo-gittern und dem Verfuumlllmaterial Demgegenuumlber stehen die relativ geringen Horizontalspannungen im Frontbereich der Konstruktion Die gemessenen Horizontaldruumlcke an der Frontausbildung liegen ent-sprechend der Houmlhenlage der Erddruckmessdosen bei ca 16 kPa (Nr 37) bzw 13 kPa (Nr 40) und betragen somit weniger als ein Drittel der Horizontalspannung der Druckmessdose Nr 38 Es findet somit innerhalb eines kurzen horizontalen Abstands (ca 250 m) eine erhebliche Erddruckreduzierung innerhalb der Kons-truktion statt

Um zu beurteilen ob diese Erddruckreduzierung plausibel erscheint koumlnnen die Empfehlungen EB-GEO [5] herangezogen werden In diesen Empfeh-lungen werden im Kapitel 7 bdquoStuumltzbauwerkeldquo Berech-nungsgleichungen fuumlr die Ermittlung des Erddrucks auf die Frontausbildung solcher Konstruktionen gegeben In Abhaumlngigkeit der Verformbarkeit der Frontausbil-dung muumlssen bei der Erddruckgleichung Anpassungs-faktoren beruumlcksichtigt werden Bei der vorliegenden Boumlschungssicherung handelt es sich um ein System mit einem bedingt verformbaren Frontelement Der cha-rakteristische Erdduck eFrontausbildung wird nach EBGEO wie folgt ermittelt

eFrontausbildung = ηg middot Kaghk middot γk middot Hi middot γG + ηq middot Kaqhk middot q middot γQ (1)

Darin sindηg Anpassungsfaktor fuumlr staumlndige Lastenηq Anpassungsfaktor fuumlr veraumlnderliche LastenKaghk Aktiver Erddruck fuumlr staumlndige LastenKaqhk Aktiver Erddruck fuumlr veraumlnderliche Lastenγk Charakteristische BodenwichteHi BezugstiefeγG Teilsicherheitsbeiwert fuumlr staumlndige LastenγQ Teilsicherheitsbeiwert fuumlr veraumlnderliche Lastenq Veraumlnderliche Last

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Tabelle 1 Anpassungsfaktoren und Wandreibungswinkel

Frontelemente Anpassungsfaktor Wandreibungswinkel

ηg ηq δ

06 H lt h le H 0 lt h le 06 H

Nicht verformbar 10 10 10 analog DIN 4085

Bedingt verformbar 10 07 10 13 φlsquo bis 10 φ

Verformbar 10 05 10 0

Dipl-Ing (FH) Daniel Cammarataist Leiter der Anwendungstechnik bei der Tensar International GmbH Bonn und seit 2009 fuumlr die technische Beratung von Baumaszlignahmen zustaumlndig

Kontakt cammaratatensarde

Dabei gelten abhaumlngig von der Art der Frontelemente die in Tabelle 1 angegebenen Anpassungsfaktoren ηg und ηq und Wandreibungswinkel δ Bei Beruumlcksichti-gung der baumaszlignahmenbezogenen Randbedingun-gen gelten fuumlr den Lastfall bdquoAbsetzenldquo im Bereich der Erddruckmessdose Nr 37 folgende Kennwerte

ηg = 07 bzw ηq = 10 Kaghk = Kaqhk(α = 30deg β = 0deg ϕ = 35deg δ = ϕ3)

= 0082 γk = 21 kNmsup3 Hi = 185 m γG = γQ = 10 (charakteristische Betrachtung) q = 1770 kN(250 m x 350 m) = 2025 kNmsup2

Somit ergibt sich fuumlr den betrachteten Frontbereich der vierten Geogitterlage ein rechnerischer horizontaler Erddruck von ca 19 kPa Dieser Wert spiegelt auf der si-cheren Seite liegend den gemessenen Horizontaldruck der Erddruckmessdose Nr 37 wider Diese zeigte beim Absetzvorgang einen Spannungsbetrag von 16 kPa an Eine quantitative rechnerische Validierung konnte somit auch fuumlr den Horizontalspannungszustand im Frontbereich bestaumltigt werden Der rechnerisch er-mittelte Wert ist auch ohne die Beruumlcksichtigung von normativen Teilsicherheitsbeiwerten [2 3 4] houmlher als der tatsaumlchlich gemessene Wert und bestaumltigt in diesem Anwendungsfall erneut dass geogitterbewehrte Konst-ruktionen uumlber hohe Tragsicherheiten verfuumlgen

FazitEine detaillierte Auswertung der Messergebnisse konnte zeigen dass die gemessenen horizontalen Be-anspruchungen aus dem Kranbetrieb gegenuumlber den theoretisch berechneten Beanspruchungen der Front-ausbildung entsprechend den Empfehlungen EBGEO [5] geringer ausfallen Die geogitterbewehrte Bouml-schungssicherung wirkt als duktile Erdverbundkons-truktion und weist neben einer hohen Tragfaumlhigkeit auch ein hohes Maszlig an bdquoverborgenenldquo Tragreserven auf

Quellen[1] Tensar International GmbH Standsicherheitsnach-

weise der Steilboumlschung bdquoGohlocher Waldldquo

[2] DIN EN 1997-12009-09 Eurocode 7 Entwurf Berechnung und Bemessung in der Geotechnik ndash Teil 1 Allgemeine Regeln

[3] DIN EN 1997-1NA2010-12 Nationaler Anhang ndash National festgelegte Parameter

[4] DIN 10542012 Baugrund - Sicherheitsnachweise im Erd- und Grundbau ndash Ergaumlnzende Regelungen zu DIN EN 1997-1

[5] DGGT Empfehlungen fuumlr den Entwurf und die Berechnung von Erdkoumlrpern mit Bewehrungen aus Geokunststoffen ndash EBGEO 2 Auflage Verlag Ernst amp Sohn (2010)

[6] Underyourfeet Ingenieurgesellschaft fuumlr Geotechnik GmbH Auswertungsbericht vom 14032018

[7] DC Software GmbH Software fuumlr Setzungsermitt-lung DC-Setzung Version 401

20 GeotechnIk und ProduktmeldunG

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 IVGwwwgeoresourcesnet Geaumlnderte Anwendungsnormen fuumlr Geokunststoffe und verwandte Produkte verbindlich

CE-Leistungserklaumlrungen fuumlr die Geotextilien und die geotextilverwandten Produkte die neuen Anwendungs-normen angegeben werden

Uumlbersicht der Normen und AnwendungsbereicheTabelle 1 enthaumllt eine Uumlbersicht der fuumlr die ivgPro-duktzertifizierung maszliggebenden Normen fuumlr Geotex-tilien und geotextilverwandte Produkte

Tabelle 2 zeigt die fuumlr geosynthetische Dichtungs-bahnen maszliggebenden Normen fuumlr die ivgProdukt-zertifizierung Uumlberarbeitete Fassungen dieser An-wendungsnormen sind im Juli 2018 erschienen Diese Normen muumlssen noch im Amtsblatt der Europaumlischen Union bekannt gegeben werden Darin werden auch ein Termin und gegebenenfalls eine Uumlbergangsphase zur Anwendung angegeben

Was bedeutet die Aumlnderung fuumlr das ProduktzertifikatMit dem ivgProduktzertifikat wird von unabhaumlngigen akkreditierten Pruumlfinstituten uumlber den IVG bestaumltigt dass fuumlr das jeweilige gepruumlfte Produkt die Werte mit den Angaben in der jeweiligen Leistungserklaumlrung uumlbereinstimmen In das Produktzertifikat wurden die

Die geaumlnderten Anwendungsnormen fuumlr Geotex-tilien und verwandte Produkte sind seit Maumlrz 2018 verbindlich Der IVG hat daher sein Produktzertifi-kat angepasstGeotechnik bull Geokunststoffe bull Normen bull Qualitaumlt bull Zertifizierung

Geaumlnderte Anwendungsnormen fuumlr Geo- textilien und verwandte Produkte verbindlichIndustrieverband fuumlr Geokunststoffe e V (IVG) Obernburg Deutschland

Bild 1 Guumltesiegel

Tabelle 1 Maszliggebende Europaumlische Normen fuumlr Geotextilien und geotextil-verwandte Produkte fuumlr die ivgProduktzertifizierung

Norm Anwendungsgebiet

DIN EN 132492016 Bau von Straszligen und sonstigen Verkehrsflaumlchen

DIN EN 132502016 Eisenbahnbau

DIN EN 132512016 Erd- und Grundbau sowie Stuumltzbauwerke

DIN EN 132522016 Draumlnanlagen

DIN EN 132532016 Externe Erosionsschutzanlagen

DIN EN 132542016 Bau von Ruumlckhaltebecken und Staudaumlmmen

DIN EN 132552016 Kanalbau

DIN EN 132562016 Tunnelbau und Tiefbauwerke

DIN EN 132572016 Entsorgung fester Abfallstoffe

DIN EN 132652016 Einschluss fluumlssiger Abfallstoffe

Tabelle 2 Maszliggebender Europaumlische Normen fuumlr geosynthetische Dich-tungsbahnen fuumlr die ivgProduktzertifizierung


DIN EN 133612006 Ruumlckhaltebecken und Staudaumlmme

DIN EN 133622005 Kanaumlle

DIN EN 134912006 Tunnel und Tiefbauwerke

DIN EN 134922006 Deponien Zwischenlager und Auffangbecken fuumlr fluumlssige Abfallstoffe

DIN EN 134932005 Deponien Zwischenlager und Auffangbecken fuumlr feste Abfallstoffe

DIN EN 153822013 Verkehrsbauten

Im Juli 2018 sind neue Fassungen der Normen erschienen die aber noch nicht eingefuumlhrt wurden

EinfuumlhrungBereits am 10 Maumlrz 2017 wurden uumlberarbeitete An-wendungsnormen fuumlr Geotextilien und geotextilver-wandte Produkte eingefuumlhrt Fuumlr einen Zeitraum von einem Jahr (Koexistenzperiode) durfte sowohl nach den alten als auch nach den neuen Normen gepruumlft werden Seit dem 10 Maumlrz 2018 sind die neuen Anwendungs-normen verbindlich

Was bedeutet dies fuumlr den AnwenderDie Anwendungsnormen beschreiben fuumlr Geotexti-lien und die geotextilverwandten Produkte sowie fuumlr geosynthetische Dichtungsbahnen in verschiedenen Anwendungen die Eigenschaften die zu pruumlfen sind Sie sind die Basis fuumlr CE-Zertifikate mit Leistungser-klaumlrungen ohne die Geokunststoffe und verwandte Produkte in Deutschland nicht in den Verkehr gebracht werden duumlrfen Seit dem 10032018 muumlssen nun in den

GeotechnIk und ProduktmeldunG 21

IVG GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Geaumlnderte Anwendungsnormen fuumlr Geokunststoffe und verwandte Produkte verbindlich wwwgeoresourcesnet

neuen Normen fuumlr Geotextilien und geotextilverwand-te Produkte aufgenommen (Bild 2) In diesem Zusam-menhang fand auch eine redaktionelle Uumlberarbeitung zum besseren Verstaumlndnis des Inhalts statt So wird jetzt beispielsweise klarer dass das Zrtifikat nicht nur als Qualitaumltsnachweis fuumlr den Erdbau des Straszligenbaus sondern auch fuumlr alle anderen Anwendungen einge-setzt werden kann Ausgenommen ist die Moumlglichkeit der Zertifizierung nach DIN EN 153812008 zu den erforderlichen Eigenschaften beim Bau von Fahrbahn-decken und Asphaltdeckschichten da noch genormte Pruumlfverfahren fehlen

Die vom IVG herausgegebene bdquoEmpfehlung fuumlr die Durchfuumlhrung der Uumlberwachung und Zertifizierung von Geotextilien geotextilverwandten Produkten und Dichtungsbahnen zugelassen nach dem europaumlischen Konformitaumltsnachweisverfahren System 2+ldquo wurde adaptiert und ist nun als Version 6 verfuumlgbar [1] Ne-ben den erforderlichen Aumlnderungen in den Tabellen wurden auch darin einzelne Passagen zum besseren Verstaumlndnis angepasst So ist beispielsweise das Kapitel 7 bdquoBewertung der Pruumlfergebnisseldquo wesentlich ausfuumlhrli-cher und uumlbersichtlicher dargestellt

ZusammenfassungDie Leistungserklaumlrungen von Geotextilien und geo-textilverwandten Produkte muumlssen seit 10032018 nach geaumlnderten Anwendungsnormen gepruumlft und vorgelegt werden Das ivgProduktzetifikat als Qua-litaumltsmerkmal von Geokunststoffen und verwandten Produkten beruumlcksichtigt diese Aumlnderungen Quali-taumltsbewussten Anwendern wird empfohlen beim Ein-satz von Geokunststoffen und verwandten Produkten darauf zu achten dass Nachweise auf Basis der geaumlnder-ten Normen vorhanden sind

Quellenverzeichnis[1] Industrieverband Geokunststoffe e V Empfehlung fuumlr

die Durchfuumlhrung der Uumlberwachung und Zertifizie-rung von Geotextilien geotextilverwandten Produkten und geosynthetischen Dichtungsbahnen zugelassen nach dem europaumlischen Konformitaumltsnachweisverfah-ren System 2+ VS 5 20032018

Industrieverband Geokunststoffe e VIm Industrieverband Geokunsttstoffe e V (IVG) haben sich aktuell elf Unternehmen zusam-mengeschlossen die Geokunststoffe fuumlr den Baubereich entwickeln herstellen und vertrei-ben Geokunststoffe trennen filtern draumlnen schuumltzen bewehren dichten verpacken und schuumltzen vor ErosionKontakt wwwivgeokunststoffedeinfogeokunststoffede+49 6022 813650

Bild 2 Geaumlndertes Muster der Produktzertifikate des IVG

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22 GeotechnIk und IdeenWerkstatt

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 GeoResources Teamwwwgeoresourcesnet Wohnraumerweiterung in Ballungsgebieten ndash Aufstockung oder Unterkellerung

Zur Wohnraumerweiterung bauen reiche Londoner unter ihren histori-schen Haumlusern in die Tiefe Das ist eine technische und logistische He-rausforderung fuumlr spezialisierte Unternehmen wie London Basement aber auch ein kontroverses gesellschaftliches Thema


Wohnraumerweiterung in Ballungsgebieten ndash Aufstockung oder UnterkellerungGeoResources Team Duisburg Deutschland

Bild 2 Jake Puddy bei seinem Vortrag waumlhrend des 3 Deutschen Geotechnik-KonventsQuelle httpsgeotechnik-konventde

Bild 3 Kelleraushub mit kleinem GeraumltQuelle London Basement

Bild 1 Kellergeschoss eines viktorianischen Hauses in HampsteadSource wwwlondonbasementcouk

kommen auch alte bergbauliche Methoden mit kleinem Geraumlt zum Einsatz (Bild 3) London Basement macht seit Jahren mit derartigen Projekten gute Geschaumlfte

Die Bauvorhaben finden allerdings keine einheitli-che Akzeptanz in der Gesellschaft und bei den Nach-barn Presseberichte in der juumlngeren Vergangenheit schreiben uumlber Streitigkeiten und Schaumlden [z B 1] Die School of Architecture Planning and Landscape Newcastle University hat erst vor Kurzem eine Studie uumlber die unterirdischen Geheimnisse der Superreichen Londoner veroumlffentlicht [2] Im letzten Jahrzehnt wur-den demnach in sieben Londoner Stadtteilen mehr als 4600 unterirdische Erweiterungen genehmigt Die Einfluumlsse auf die Umwelt werden kontrovers diskutiert Die genannten und weitere Quellen bieten die Moumlg-lichkeit sich ein Bild und Urteil von der Londoner Pra-xis zu machen und eigene Ideen zu entwickeln

Quellen[1] The Telegraph pound1m home collapses into pile of rubble

after businessmanlsquos attempt to build ʹiceberg basementʹ goes awry 03 April 2017 online httpswwwtele-graphcouknews20170403photos-show-luxury-home-collapsing-rubble-basement-rennovations

[2] Newcastle University What lies beneath the subtera-nean secrets of Londonlsquos super-rich Online httpswwwnclacukaplnewsitemwhatliesbeneathhtml

Der 3 Deutsche Geotechnik-Konvent Anfang des Jah-res 2017 der Uretek Deutschland GmbH behandelte Wohnraummangel in Ballungsgebieten Das Thema wurde aus unterschiedlichen Blickwinken beleuchtet wie bezahlbares Wohnen Flaumlchenpotenzial von Auf-stockungen sowie Gruumlndungen und Baugrundverstaumlr-kungen Politische architektonische und geotechnische Aspekte wurden diskutiert

Ein Fachvortrag fiel aus der Reihe Jake Puddy von London Basement zeigte entgegengesetzte Loumlsungen In London wird in die Tiefe gebaut Gerade reiche Buumlr-ger erweitern ihre historischen Haumluser in den gefrages-ten Vierteln Londons um Keller weil Aufstockungen uumlber der Erde nicht moumlglich oder zulaumlssig sind Wenn die Flaumlche unter der Erde groumlszliger als die daruumlber wird spricht man von bdquoIceberg Homesldquo Nur die Spitze des Eisbergs ist dann noch zu sehen Nicht selten finden luxurioumlse Annehmlichkeiten in den unterirdischen Raumlumen ihren Platz private Kinos Schwimmbaumlder Fitnessstudios Weinkeller etc (Bild 1)

In seinem Vortrag berichtete der Projektmanager Jake Puddy (Bild 2) beeindruckend wie solche Bau-maszlignahmen auf engstem Raum mit ausgefeilter Logis-tik umgesetzt werden Um die Eingriffe fuumlr die Bewoh-ner und Nachbarschaft so gering wie moumlglich zu halten

tunnelbau und VeranstaltunG 23

WBI GmbH GeoResources Zeitschrift 2 | 20184 Felsmechanik- und Tunnelbautag wwwgeoresourcesnet

Im Juni 2018 fand der vierte Felsmechanik- und Tun-nelbautag in Weinheim an der Bergstraszlige statt Die Tagung wurde von der WBI GmbH mit der DB Pro-jekt Stuttgart-Ulm GmbH der DB Netze und dem Ar-beitskreis Bautechnik des Wuumlrttembergischen Ingeni-eurvereins veranstaltet Der Zuspruch aus der Fachwelt war mit etwa 300 Fachleuten groszlig Erstmalig wurde eine Simultanuumlbersetzung in die englische Sprache an-gebotenIn den Pausen bestand Gelegenheit zum fach-lichen und persoumlnlichen Austausch

Nach der Begruumlszligung durch Prof Dr-Ing Wittke und Dipl-Ing Hofmann sprach der Oberbuumlrgermeis-ter der Stadt Weinheim Staatssekretaumlr a D Bomba appellierte an die Zuhoumlrer sich der Bedeutung ihres Berufsstands bewusst zu sein und tatkraumlftig an den zahlreichen notwendigen Infrastrukturprojekten mit-zuwirken

Durch die erste der drei Sitzungen zu bdquoFelsmecha-nik und Tunnelbauldquo fuumlhrte TRDir Prof Dr-Ing Mar-zahn (BMVI) Prof Dr-Ing Wittke (WBI) und Dipl-Ing Boettcher (Hochtief Infrastructure) berichteten uumlber die planerisch und bautechnisch anspruchsvolle Aufgabe der Bemessung und Bewehrung der Stahlbe-toninnenschalen im anhydritfuumlhrenden Gebirge Dr-Ing Herrenknecht entfuumlhrte in die Welt der Hartge-steinsmaschinen und deren Einsatz bei Groszligprojekten in Oslo Die zweite Sitzung wurde von Dipl-Ing Hof-mann (Stadt Stuttgart) geleitet Mit dem Titel bdquoWBIM ndash sachgerechte Anwendung von BIM im Tunnelbauldquo stellte Dr-Ing Martin Wittke die BIM-Konzepte von WBI vor Anschlieszligend berichteten Dipl-Ing Osthoff (DB Projekt) aus Bauherrensicht und Dipl-Ing Rath (ATCOST) aus Sicht der ARGE gemeinsam uumlber den bdquoBau einer Wendekaverne fuumlr die TBM des Fildertun-nelsldquo Danach stellten Dr-Ing Erichsen (WBI) und Dipl-Ing Boettcher (Hochtief Infrastructure) das anspruchsvolle bdquoKreuzungsbauwerk Ehmannstraszlige raumlumliche Statik und Bemessungldquo vor dessen Ausfuumlh-rung Stoff fuumlr zukuumlnftige Symposia bietet Der Vortrag bdquoInjektion einer Zementpaste zur Abdichtung und Verfestigung der Auslaugungsfront des Gipskeupers im Neckartalldquo bot mit Joumlrg Hamann (DB Projekt) den Zuhoumlrern Aspekte der Oumlffentlichkeitsarbeit und Dipl-Ing Lechelmair (Stump) Aspekte des Spezialtief-baus Dipl-Ing Lienhart (DB Projekt) und Dipl-IngSchmitt (WBI) behandelten die bdquoPlanung und Ausfuumlh-rung von Injektionen im anhydritfuumlhrenden Gipskeu-perldquo

Nach der Mittagspause wurde der Walter-Wittke-Preis fuumlr Felsmechanik an Qatar Rail verliehen ndash bdquofor living an attitude of technical comprehension openness to technical progress and courage ndash and for supporting the implementation of the AJRM method where applicable and adequaterdquo Projektdirektor der Green Line Eng Al Ansari und Director Civil Works Eng Griguta nah-

men den Preis entgegen In ihrem Vortrag bdquoQatar Rail ndash Doha Metroldquo in der dritten Sitzung zu Felsmechanik und Tunnelbau gaben sie einen Uumlberblick des beein-druckenden Groszligprojekts Peter Sturm (DB Projekt) leitete diese Sitzung zu auslaumlndischen Projekten Dipl-Ing Rengshausen (Porr) sprach in technischer und ver-traglicher Hinsicht uumlber Humber Crossing Auszligerdem berichtete Dipl-Ing Bauer (Hinteregger) uumlber den Bau des bdquoPumpspeicherkraftwerks Obervermunt Werk IIldquo unter alpinen Bedingungen

Die Sitzung zu bdquoRingspaltmoumlrtel Stand und Ent-wicklungldquo wurde von Walter Schoefer (Flughafen Stutt-gart) gefuumlhrt Im Vortrag bdquoRed Line Tel Aviv Eastern Section ndash Einfluss der Eigenschaften des Ringspalt-moumlrtels auf die Bemessung der Tuumlbbingauskleidungldquo verdeutlichten Dr-Ing Martin Wittke und Dr-Ing Wittke-Gattermann (beide WBI) die Wichtigkeit des Moumlrtels fuumlr die Statik der Tuumlbbingauskleidung An-schlieszligend stellten Dipl-Ing Muumlller (DB Projekt) und Dipl-Ing Strauss (ATA) fuumlr zukuumlnftige Planungen nutzbare bdquoErfahrungen beim Einsatz von BI-Kompo-nentenmoumlrtel beim Boszliglertunnel vorldquo Uumlber die Ent-wicklung und Anwendung eines Moumlrtels fuumlr besondere Randbedingungen berichteten Dipl-Ing Berner (DB Projekt) und Dipl-Ing Bayer (ATCOST) in ihrem Vortrag bdquoVerwendung eines phosphathaltigen Moumlrtels im anhydrithaltigen Gebirge im Fildertunnelldquo Den Ab-schluss bildete mit Dipl-Wirt-Ing Leger (DB Projekt) ein Vertreter der Mitveranstalter er berichtete uumlber den aktuellen bdquoStand der Planungs- und Bauarbeiten beim Projekt Stuttgart-Ulmldquo

Der 4 Felsmechanik- und Tunnelbautag fand mit etwa 300 Teilnehmern groszlige Resonanz Neben dem Schwerpunkt Stuttgart 21 und NBS Wend-lingen-Ulm kamen auch auslaumlndische Projekte zur Sprache


4 Felsmechanik- und TunnelbautagWBI GmbH Weinheim Deutschland

5 Felsmechanik und Tunnelbautag am 23 Mai 2019Weitere Infomationen wwwfelsmechanikeu und wwwajrmde

Fotos WBI GmbH

24 tunnelbau

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Tintelnotwwwgeoresourcesnet Innovative Nachdichtung von Tuumlbbingfugen mit Injektionsbohrnadeln

Einleitung

Undichte Bauwerksfugen im Grundwasser liegender Ingenieurbauwerke sind ein bekanntes Problem Be-troffen sind auch Tuumlbbingfugen in Tunnelroumlhren die mit Tunnelvortriebsmaschinen hergestellt werden (Bild 1) Wenn Injektionen zur Abdichtung solcher Tuumlbbingfugen erforderlich sind bieten gezielte Fugen-nachdichtungen durch die Tuumlbbingdichtung hindurch eine effektive und kostensparende Alternative zu bisher uumlblichen Injektionen durch aufwendig hergestellte Be-tonbohrungen Die TPH Bausysteme GmbH konnte bei Nachdichtungsarbeiten an den Tuumlbbing roumlhren des Finnetunnels in Thuumlringen im VDE Projekt 82 bdquoNeu-baustrecke Erfurt-HalleLeipzigldquo erste positive Erfah-rungen bei der Umsetzung solcher gezielter Nachdich-tungen machen [1 2] Zum damaligen Zeitpunkt war dieses Verfahren eine Innovation inzwischen wurde es ausgehend von den Erfahrungen aus dem Finnetunnel weiterentwickelt Das weiterentwickelte Verfahren wird in diesem Beitrag erlaumlutert

Vergleich der herkoumlmmlichen und der innovativen Nachdichtung

Herkoumlmmliche Nachdichtung mit schraumlger TuumlbbingdurchbohrungBisher wurden undichte Fugen haumlufig mit Schraumlgboh-rungen durch den Tuumlbbing und Einpressen von Injek-tionsstoff nachgedichtet Als nachteilig erwiesen sich dabei [1 2]

Der groszlige Aufwand fuumlr das Bohren Die Beschaumldigung der Tuumlbbings und ihrer Beweh-

rung Schlechte Erreichbarkeit undichter Stellen trotz ho-

hen Injektionsstoffverbrauchs

Undichte Tuumlbbingfugen koumlnnen direkt durch die Fuge mit einer Injektionsbohrnadel effizient nachgedichtet werden Dieser Artikel erlaumlutert die innovative kostensparende bdquoSchluumlsselloch-technologieldquo


Innovative Nachdichtung von Tuumlbbingfugen mit InjektionsbohrnadelnGoumltz Tintelnot TPH Bausystem GmbH Norderstedt Deutschland

Bild 1 Prinzipskizze des Eindringens von Wasser durch eine undichte Tuumlbbingfuge ndash Bergseitige Druckwasser-beanspruchung auf Tuumlbbingroumlhre (links) und Eindringen von Wasser durch undichte Fuge (rechts)Quelle der Bilder TPH Bausysteme GmbH

Nicht kalkulierbarer Materialverbrauch und unsi-cherer Abdichtungserfolg

Aufwendige nachtraumlgliche Betoninstandsetzungs-maszlignahmen

Gezielte Fugennachdichtung durch die Tuumlbbingfuge

Das im Finnetunnel angewendete innovative Verfahren der Nachdichtung von Tuumlbbingfugen und ein Fachbei-trag von Kirschke Schaumllicke und Fraas aus dem Jahr 2013 [1 2] zu den Hinter- und Beweggruumlnden und zu den Erfahrungen aus der erstmaligen Anwendung brachen mit dem Tabu dass Tuumlbbingdichtungen nicht durchbohrt werden duumlrfen Die Anwendung in der Praxis hat gezeigt dass selbst bei sehr groszligem Kraftauf-wand waumlhrend des Aufbohrens der Tuumlbbingfuge bis zur Dichtung mit handelsuumlblichen Stahlbetonbohrern kein versehentliches Durchbohren der Tuumlbbingdichtung zu befuumlrchten ist (Bild 2) Bei der gezielten Fugennach-dichtung wird der direkte Weg uumlber die Tuumlbbingfuge zur Tuumlbbingdichtung genutzt indem die Dichtung durchbohrt und durch diese hindurch der Injektions-stoff wasserseitig platziert wird Vorteile des innovati-ven Verfahrens sind

Der Injektionsstoff und damit die Abdichtungs-wirkung koumlnnen erheblich genauer im Fugenkanal

tunnelbau 25

Tintelnot GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Innovative Nachdichtung von Tuumlbbingfugen mit Injektionsbohrnadeln wwwgeoresourcesnet

zwischen den Tuumlbbingsteinen positioniert werden als mit einer durch den Tuumlbbingbeton hinter die Tuumlbbingdichtung gefuumlhrten Schraumlgbohrung

Im Gegensatz zur herkoumlmmlichen Vorgehenswei-se muss der Verarbeiter lediglich die unbewehrte Tuumlbbingfuge mit einer Betonbohrung mit 18 mm Durchmesser aufweiten um die Tuumlbbingdichtung erreichen zu koumlnnen (Bild 2) Die deutlich aufwen-digere und laumlngere Schraumlgbohrung durch bewehr-ten Beton entfaumlllt Der Bohraufwand wird also erheblich minimiert und der bislang beim Bohren stoumlrende Einfluss der Tuumlbbingbewehrung gaumlnzlich ausgeschaltet

Die bisher nach den Injektionsarbeiten erforderli-che Betoninstandsetzung ndash der Tuumlbbingbeton ist immerhin ein wesentlicher Teil des Abdichtungs-systems ndash bleiben dem Ausfuumlhrenden erspart Da erfahrungsgemaumlszlig die Betonuumlberdeckung an den Stirnflaumlchen der Tuumlbbings ausreichend groszlig ist er-fordern Betonbohrungen mit Durchmesser 18 mm in der Tuumlbbingfuge keine Nacharbeiten und die Betonbohrung kann nach der Injektion unbehan-delt bleiben

Weiterentwickelte Fugennachdichtung mit InjektionsbohrnadelNeuerdings kommt bei der innovativen Methode der gezielten Fugennachdichtung ein Injektionsbohrnadel genanntes Werkzeug zum Einsatz welches alle Funk-tionen in sich vereint die fuumlr das Durchbohren der Tuumlbbingdichtung das anschlieszligende Injizieren und das dauerhafte und druckwasserdichte Verschlieszligen des Bohrlochs erforderlich sind Bild 3 zeigt das als Injek-tionsbohrnadel bezeichnete Injektionswerkzeug sowie das zugehoumlrige Injektionsrohr auf das die Nadel im Uhrzeigersinn aufzuschrauben ist Beim Durchstoszligen der Tuumlbbingdichtung mit dieser 3 bis 5 mm starken Edelstahlnadel wird das Dichtungsmaterial lediglich verdraumlngt und ein Materialentzug wie beim spanabhe-benden Durchohren findet nicht statt Die verfahrens-bedingte Kompression der Tuumlbbingdichtrahmen wird dadurch zusaumltzlich erhoumlht sodass ein Herausdruumlcken der Nadel durch den von auszligen angreifenden Wasser-druck unmoumlglich ist [3]

Fuumlr den Einsatz der Injektionsbohrnadel sind fol-gende Arbeitsschritte erforderlich die nachfolgend ge-nauer beschrieben werden [3] 1 Eindrehen der Injektionsbohrnadel (Bilder 4 und 5)2 Auswahl geeigneter Injektionsstoffe und Injizieren

der Bauwerksfuge (Bilder 6 und 7)3 Entfernen des Injektionsrohrs

Zu 1 Eindrehen der InjektionsbohrnadelDie auf das Injektionsrohr aufgeschraubte Injektions-bohrnadel wird bis zum Erreichen der Tuumlbbingdich-tung in die mit einem Bohrer aufgeweitete Tuumlbbingfu-ge eingefuumlhrt (Bild 2) Anschlieszligend wird sie mithilfe eines Akkuschraubers und eines Einbohraufsatzes (3) bis zum Erreichen der Wasserseite mit leichtem Vor-

Bild 2 Aufbohren einer Tuumlbbingfuge mit einem Betonbohrer mit 18 mm Durchmesser

Bild 3 Injektionsbohrnadel (1) und Injektionsrohr (2) als Werkzeuge fuumlr die gezielte Fugennachdichtung

schub durch die Tuumlbbingdichtung gedreht (Bilder 4 und 5)

Zu 2 Auswahl geeigneter Injektionsstoffe und Injizieren der Bauwerksfuge

Aufgrund der zu erwartenden Umlagerungen im Gebir-ge und damit verbundenen Bauwerksbewegungen bzw

Bild 4 Eindrehen von Injektionsbohrnadel und Injektionsrohr mithilfe eines Akkuschraubers und eines Einbohraufsatzes (3)

26 tunnelbau


-setzungen sind grundsaumltzlich elastische bzw dehnfaumlhi-ge Injektionsstoffe vorzusehen Hier bieten sich beson-ders zweikomponentige Acrylatgele und dehnfaumlhige Polyurethane an die beispielsweise im ABI-Merkblatt [4] beschrieben werden Die Injektionsstoffe sollten uumlber Eignungsnachweise fuumlr die Injektion in den Stahl-beton z B gemaumlszlig EN 1504-5 [5] verfuumlgen Fuumlr die Qualitaumltssicherung werkmaumlszligig hergestellter Instand-setzungsprodukte koumlnnen die Planer ausschreibenden Stellen und bauausfuumlhrenden Firmen zukuumlnftig nicht mehr auf Systeme zugreifen die durch unabhaumlngige Dritte auf ihre Verwendbarkeit untersucht wurden ndash fuumlr den Tunnelbau die sogenannte bdquoBASt-Listeldquo Aufgrund des neuen Deutschen Baurechts werden Produkte fuumlr Schutz- und Instandsetzungssysteme sowie die aner-kannten Pruumlfstellen ab dem 31122018 nicht mehr in der BASt-Liste gefuumlhrt Als Alternative zu projektspe-zifischen Verwendbarkeitsnachweisen durch die bau-ausfuumlhrende Firma im Einzelfall koumlnnen bdquoPruumlffaumlhige Bescheinigungenldquo nach Art 30 der Bauproduktenver-ordnung (BauPVO) vorgelegt werden [6 7 8] Solche Bescheinigungen sogenannte DIBt-Gutachten erteilt in Deutschland das Deutsche Institut fuumlr Bautechnik (DIBt) auf Antrag der Hersteller Da ein Kontakt mit dem Grundwasser waumlhrend der Injektion wahrschein-lich ist sind Nachweise uumlber die Grundwasserhygie-nische Vertraumlglichkeit z B gemaumlszlig DIN 19631 [9] zu erbringen Als Injektionsstoff haben sich das Acrylatgel RubbertitePolinit bzw VariotitePolinit sowie das dehnfaumlhige zweikomponentige Polyurethanharz Pur-o-Crack Plus bewaumlhrt [10 11 12 13]

Die Durchfuumlhrung des Injektionsvorgangs erfolgt im Vergleich zu uumlblichen Betoninjektionen mit sehr geringem Injektionsdruck da es sich um eine gezielte Verfuumlllung eines Fugenraums handelt (Bilder 6 und 7) Der Kompressionsdruck der eingebauten Tuumlbbingdich-tung stellt den maximal moumlglichen Injektionsdruck in der Fuge dar und die Tuumlbbingdichtung wirkt als Fugen-verdaumlmmung nach innen und sollte nicht uumlberdruumlckt werden Der Verlauf und die Verteilung des gewaumlhlten Injektionsstoffs sind uumlber die Materialaustritte an den Nachbarpackern kontrollierbar

Zu 3 Entfernen des InjektionsrohrsNach Beendigung des Injektionsvorgangs kann das Injektionsrohr entfernt werden Ein Aushaumlrten des In-jektionsstoffs muss nicht abgewartet werden da die mit einem Ruumlckschlagventil ausgestattete Injektionsbohr-nadel nach den Injektionsarbeiten als verlorenes Werk-zeug im Bohrloch der Tuumlbbingdichtung verbleibt und dieses dauerhaft und wasserdicht verschlieszligt

Ein Ruumlckschlagventil in der Injektionsbohrnadel verhindert bereits waumlhrend des Eindrehens der Injek-tionsbohrnadel ein Eindringen des auf der Tuumlbbingau-szligenseite befindlichen Wassers und waumlhrend des Inji-zierens einen Ruumlckfluss von Injektionsmaterial Dies erlaubt den Ausfuumlhrenden nach Durchfuumlhrung der In-jektionsarbeiten ndash vergleichbar mit einem Tagespacker ndash ohne Warten auf das Aushaumlrten des Injektionsmate-

Bild 5 Injektionsbohrnadel in Tuumlbbingfuge

Bild 6 Injizieren der Tuumlbbingfuge

Bild 7 Injizierte Tuumlbbingfuge

tunnelbau 27


rials einen Wechsel zur naumlchsten Injektionsstelle wozu das Injektionsrohr einfach gegen den Uhrzeigersinn von der Injektionsnadel abgedreht wird die als Ver-schluss in der Tuumlbbingdichtung verbleibt

Erfahrungen zur Fugennachdichtung mit Injektionsbohrnadel und AusblickDie bisher von der TPH Bausysteme GmbH mit der gezielten Fugennachdichtung und neuerdings auch mit der Injektionsbohrnadel gemachten Erfahrungen koumln-nen durchweg als positiv bezeichnet werden (Bild 8)

Die Betonbohrarbeiten in einer unbewehrten Tuumlbbingfuge sind deutlich einfacher umzusetzen als alternativ Betonbohrungen durch den bewehrten Tuumlb-bingbeton ndash unabhaumlngig ob als Schraumlgbohrung oder als fugenparallele Bohrung Injektionsarbeiten beim Rastatter Tunnel haben ergeben dass die bei einem 50 cm dicken Tuumlbbing erforderlichen ca 35 cm tiefen Fugenbohrungen in weniger als 2 Minuten ausgefuumlhrt werden koumlnnen

Die Injektionsbohrnadeln lassen sich mit leichter Vorschubkraft problemlos mit einem Akkuschrauber durch die Tuumlbbingdichtung bohren Wegen der Kom-pression der Tuumlbbingdichtrahmen sitzen die Nadeln fest und wasserdicht in der Dichtung sodass versehent-liches Herausziehen der Nadel daher nicht moumlglich ist

Am wesentlichsten ist aber die Feststellung dass die Injektionsbohrnadel zu keiner Zeit das limitieren-de Element bezuumlglich der Durchflussmengen darstellte Die im Vergleich zur klassischen bdquoVerschleierungldquo ge-ringeren Injektionsmengen konnten jederzeit mit sehr geringen Injektionsdruumlcken direkt in die undichten Fu-genbereiche eingebracht werden

Bei Verwendung der Injektionsrohre mit Ventiloumlff-ner die das Ruumlckschlagventil in der Nadel voruumlberge-hend ausschalten koumlnnen sogar Umlaumlufigkeiten von einer Injektionsbohrnadel zur anderen erreicht werden Solche bewusst erzeugten Umlaumlufigkeiten lassen fuumlr den Verarbeiter die Flieszligrichtung des Injektionsstoffs erkennen und bieten eine Steuerungsmoumlglichkeit die zur Optimierung des Injektionsergebnisses beitraumlgt

Das ausfuumlhrende Fachunternehmen muss keine Einschraumlnkungen im Vergleich zu Injektionsarbeiten mit einem Stahlbohrpacker hinnehmen Aus Sicht der TPH Bausysteme GmbH kann es daher nur noch eine Frage der Zeit sein bis sich die gezielte Fugennachdich-tung unter Verwendung der Injektionsbohrnadel als Stand der Technik durchsetzt

Quellen[1] Kirschke D Schaumllicke H Fraas D Finnetunnel

Innovative gezielte Fugennachdichtung in Tuumlbbing-roumlhren ndash Teil 1 tunnel 32013 S 50-59

[2] Kirschke D Schaumllicke H Fraas D Finnetunnel Innovative gezielte Fugennachdichtung in Tuumlbbing-roumlhren ndash Teil 2 tunnel 42013 S 30-40

[3] Schaumllicke H Gezielte Fugennachdichtung ohne auf wendige Betonbohrungen bei WU-Beton-konstruktionen und Tuumlbbingtunneln Forschung

Bild 8 Erfolgreich injizierte und nachgedichtete Tuumlbbingfugen

+ Praxis 48 Studiengesellschaft fuumlr unterirdische Verkehrsanlagen e V (STUVA) Koumlln November 2016 Bauverlag BV GmbH Guumltersloh ISBN (Print) 978-3-7625-3677-2

[4] Studiengesellschaft fuumlr unterirdische Verkehrsanlagen e V (STUVA) Abdichten von Bauwerken durch Injek-tion (ABI-Merkblatt) 3 Auflage Oktober 2014 Fraun-hofer IRB-Verlag ISBN (Print) 978-3-8167-9360-1

[5] DIN 1504-42005-02 Produkte und Systeme fuumlr den Schutz und die Instandsetzung von Betontragwerken - Definitionen Anforderungen Qualitaumltsuumlberwachung und Beurteilung der Konformitaumlt - Teil 4 Kleber fuumlr Bauzwecke Deutsche Fassung EN 1504-42004

[6] Bauministerkonferenz (ARGEBAU) Musterbauord-nung (MBO)

[7] Westendarp Betoninstandsetzung im Verkehrwasser-bau BAWBrief 012017

[8] Bundesanstalt fuumlr Wasserbau (BAW) BAWEmpfeh-lung bdquoInstandsetzungsprodukteldquo

[9] DIN 196312016-07 Elution von Bauprodukten - Per-kolationsverfahren zur Untersuchung des Elutionsver-haltens von Injektionsmitteln

[10] TPH Bausysteme GmbH RUBBERTITE Technisches Datenblatt Stand 17052018

[11] TPH Bausysteme GmbH VARIOTITE Technisches Datenblatt Stand 17052018

[12] TPH Bausysteme GmbH POLINIT Technisches Da-tenblatt Stand 17052018

[13] TPH Bausysteme GmbH PUR-O-CRACK Techni-sches Datenblatt Stand 09042018

Goumltz Tintelnotist Geschaumlftsfuumlhrer der TPH Bausysteme GmbH

Kontakt infotph-bausystemecomwwwtph-bausystemecom

28 tunnelbau und ProduktmeldunG

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Elkuch Gruppewwwgeoresourcesnet Einschubmodul fuumlr effiziente Anbindungen von Querschlaumlgen an Tunnelhauptroumlhren

Motivation und Idee

Die Anbindung von Querschlaumlgen in Tunneln an die Hauptroumlhren ist nicht nur eine technische sondern auch eine logistische Herausforderung Die Erfahrun-gen zeigen dass insbesondere in langen Eisenbahn-tunneln die engen Platzverhaumlltnisse den Einbau von Tuumlren Ventilatoren etc erschweren Aus diesem Grund entwickelte sich die Idee ein Betonfertigteil- bzw Ein-schubelement mit allen erforderlichen Bauteilen wie Tuumlren und Ventilatoren zu entwickeln das einfach im Tunnel zu installieren ist Die Elkuch Gruppe und die

Neu entwickelte mit allen Bauteilen ausgestat-tete Einschubmodule genannt Plug-in-Crosscut Element (PCE) ermoumlglichen effiziente Anbindun-gen von Querschlaumlgen an Hauptroumlhren Sie redu-zieren die Installationszeit im Tunnel erheblich

Tunnelbau bull Querschlag bull Fertigteil bull Effizienz bull Tunnelausruumlstung bull Innovation

Einschubmodul fuumlr effiziente Anbindungen von Querschlaumlgen an TunnelhauptroumlhrenElkuch Bator AG Herzogenbuchsee Schweiz

Bild 1 Praumlsentation des zeitsparenden Einbaus des Plug-in-Crosscut-Elements (PCE) im Versuchsstollen HagerbachQuelle SCAUT wwscaut-associationcom

Bild 2 Transport der Einschubelemente auf einem Eisenbahnwaggon zu den Einbaustellen im TunnelQuelle Elkuch Bator

Bild 3 Versetzen eines ElementsQuelle Elkuch Bator

Biprotec GmbH konnten die BIM-kompatible Idee des Einschubmoduls ndash unterstuumltzt von Partnern aus dem Swiss Center of Applied Underground Technologies (SCAUT) einer Initiative aus der Industrie zur Ent-wicklung des unterirdischen staumldtischen Raums ndash in-zwischen zur Marktreife bringen

HerstellungDie Einschubmodule werden auszligerhalb des Tunnels in einer Werkhalle produziert Die Schalung wird an die Querschlaggeometrie angepasst Als Grundlage dafuumlr dienen 3-D-Laserscans der jeweiligen Anschlussberei-che Nach Einbringen der Bewehrung werden Bolzen Gewindehuumllsen RFID-Tags etc platziert und mon-tiert Nach Betonage der 25 bis 30 cm dicken Elemente werden die ausgeschalten Fertigteilelemente in einem Montagegestell mit allen erforderlichen Komponen-ten wie Ventilatoren Luumlftungsschlaumluchen Tuumlren und Schaltschraumlnken ausgestattet

Einbau der Einschubelemente im TunnelDie vollfunktionsfaumlhigen und werkseitig gepruumlften Einschubmodule werden entweder auf Bahnwaggons oder Tiefladeanhaumlgern an die Einbaustellen im Tunnel transportiert (Bild 2) Der Einbau erfolgt in der Regel innerhalb von 15 Stunden in folgenden Schritten

Der Waggon wird mithilfe von Lasermessung po-sitioniert und Fuumlhrungsschienen zum Einbauort verlegt

tunnelbau und ProduktmeldunG 29

Elkuch Gruppe GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Einschubmodul fuumlr effiziente Anbindungen von Querschlaumlgen an Tunnelhauptroumlhren wwwgeoresourcesnet

Ein Manipulator hebt das Element auf die Schie-nen bewegt es leicht geneigt in die Endposition und laumlsst es in die Bodenvertiefung ein (Bild 3)

Das PCE wird verbolzt die Bodenaussparung mit Fugenmoumlrtel verfuumlllt und der verbliebene Spalt um das PCE mit feuerresistentem Fuumlllstoff geschlossen (Bild 4)

Im letzten ArbeitsschrittSchluss wird das PCE an die Stromzufuhr und das Uumlberwachungssystem an-geschlossen (Bild 5)

Der Einbau wurde im Versuchsstollen Hagerbach Schweiz erfolgreich praxisnah erprobt

Kosten- und ZeitvorteileDer Hauptvorteil der innovativen Einschubelemente liegt in der um ca 90 reduzierten deutlich kuumlrzeren Installationszeit im Tunnel als bei herkoumlmmlichem Einbau Nach den Erfahrungen vom Loumltschberg-Ba-sistunnel vom Gotthard-Basistunnel und vom Ceneri-Basistunnel benoumltigt ein erfahrenes dreikoumlpfiges Ar-beitsteam bei herkoumlmmlichem Einbau etwa drei Tage fuumlr den Einbau und die elektrische Anbindung eine Querschlagtuumlr vor Ort im Tunnel

Durch die Vorfertigung auszligerhalb des Tunnels wer-den somit aus folgenden Gruumlnden ca 15 der Kosten fuumlr die Einschubmodule gespart

Kuumlrzere Einbauzeit im Tunnel Kein Einbaurahmen fuumlr die Tuumlr erforderlich Herstellung tagsuumlber Keine raumlumlichen Einschraumlnkungen in der

Werkhalle Fertigbeton guumlnstiger als Ortbeton

Fazit und AusblickDie innovativen Fertigteile bieten interessante techni-sche logistische und finanzielle Vorteile zum Anschluss

Bild 5 Fertig eingebautes Einschubelement ndash Ansicht von der Hauptroumlhre (oben) und vom Querschlag (unten)Quelle Elkuch Bator

Bild 4 Montagedetails ndash Vergieszligen der Bodenaus-sparung (links) und Verkleben der Anschluss-fuge (rechts)Quelle Elkuch Bator

Elkuch GruppeDie Elkuch Gruppe bietet unter anderem Tuumlr- und Torsysteme an die in Eisenbahn- Straszligen- und Metrotunneln Einsatz finden Die Dienst-leistungen umfassen Planung Entwicklung Projektabwicklung Produktion Montage und Wartungen

Weitere Informationen mlierauelkuchcomwwwelkuchcom

von Querschlaumlgen an die Tunnelhauptroumlhren und tra-gen zur Entschaumlrfung dieses erfahrungsgemaumlszlig haumlufig kritischen Anschlussdetails bei

Verbesserter Selbstbohranker mit

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30 berGbau und enerGIe

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Broda und Schroumlterwwwgeoresourcesnet Photovoltaik im Bergbausektor ndash eine Win-win-Situation zur Elektrifizierung von Subsahara-Afrika

Rohstoffpreise vor allem die rohstoffreichen Laumlnder in SSA stark getroffen hat sind die Wachstumserwartun-gen fuumlr die Zukunft aufgrund des Aufholpotenzials sehr ambitioniert [3]

Die Elektrifizierungsrate in SSA betraumlgt heute im Durchschnitt nur 42 mit Schwankungen zwischen rund 71 in Ballungsraumlumen und nur 22 im laumlndli-chen Bereich In einigen Laumlndern wie Burkina Faso Ni-ger Tschad oder der Demokratischen Republik Kongo liegt der Durchschnittswert sogar deutlich niedriger wie Bild 1 zeigt [4] Ein groszliger Teil der potenziellen Nachfrage ist damit unterdruumlckt Immer noch hat mehr als die Haumllfte der Bevoumllkerung (ca 590 Millionen Men-schen) keinen Zugang zu Strom

Selbst in Laumlndern mit vergleichsweise hoher Elek-trifizierungsrate und Netzabdeckung wie Suumldafrika Ghana oder Nigeria sind die Strompreise hoch die Netze zudem oft instabil und notwendige Investitionen in die Energieinfrastruktur werden vernachlaumlssigt [5] Der durchschnittliche Pro-Kopf-Stromverbrauch im Haushaltssegment betraumlgt entsprechend nur 488 Kilo-wattstunden (kWh) pro Jahr und damit nur ca 5 der US-Vergleichswerte [6]

Trotz einiger Fortschritte bleibt eine groszligflaumlchige Elektrifizierung hinter dem erforderlichen Maszlige zu-ruumlck da eine chronische Unterfinanzierung der afrika-

Der Zugang zu bezahlbarer und verlaumlsslicher Energieversorgung ist entscheidend fuumlr die wirt-schaftliche Entwicklung in Subsahara-Afrika Der Ausbau der Photovoltaik stellt eine ideale Loumlsung dar bleibt jedoch trotz gigantischen Potenzials bisher weit hinter seinen Moumlglichkeiten zuruumlck Ausgerechnet der energieintensive und aus Um-weltsicht ambivalente Bergbau kann als Anker-kunde fuumlr die Elektrifizierung netzferner Regio-nen dienen Fuumlr die Bergwerksbetreiber winken eine kostenguumlnstige verlaumlssliche und nachhalti-ge Energieversorgung sowie houmlhere gesellschaft-liche Akzeptanz Die laumlndliche Bevoumllkerung profi-tiert gleichzeitig durch den Zugang zu Strom und die Moumlglichkeit zur Staumlrkung der soziooumlkonomi-schen Entwicklung


Photovoltaik im Bergbausektor ndash eine Win-win-Situation zur Elektrifizierung von Subsahara-AfrikaBjoumlrn Broda und Jan Schroumlter beide Juwi AG Woumlrrstadt Deutschland

Bild 1 Bevoumllkerung ohne Strom und Elektrifizierungsraten in AfrikaQuelle IEA Energy Access Outlook 2017

Stromluumlcke in Subsahara-Afrika

Subsahara-Afrika (SSA) bezeichnet geografisch den suumldlich der Saharawuumlste gelegenen Teil des afrikani-schen Kontinents Hierzu zaumlhlen 49 der 54 Staaten Afrikas mit einer Gesamtbevoumllkerung von mehr als ei-ner Milliarde Menschen Obwohl Subsahara-Afrika ca 14 der Weltbevoumllkerung und sogar 18 der Welt-landflaumlche stellt traumlgt es nur ca 2 zum weltweiten Bruttoinlandsprodukt (BIP) bei [1] Trotz vielfaumlltiger nationaler und regionaler Konflikte Terror Hunger Flucht und Armut weist die Region jedoch auch po-sitive Entwicklungen auf die sich zum Beispiel in der Senkung der Armutsquote von 551 in 1990 auf 423 in 2013 oder im relativ starken BIP-Wachstum von durchschnittlich 53 pro Jahr zwischen 2000 und 2016 widerspiegeln [2] Obwohl der Einbruch der

berGbau und enerGIe 31

Broda und Schroumlter GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Photovoltaik im Bergbausektor ndash eine Win-win-Situation zur Elektrifizierung von Subsahara-Afrika wwwgeoresourcesnet

nischen Energieversorgungsunternehmen ein groszliges Hindernis fuumlr Investitionen in den Energiesektor dar-stellt und das Bevoumllkerungswachstum die Elektrifizie-rungsbemuumlhungen uumlbersteigt So betraumlgt die am Netz angeschlossene Erzeugungskapazitaumlt heute nur ca 122 Gigawatt (GW) wovon der uumlberwiegende Teil im re-lativ weit entwickelten Suumldafrika installiert ist [7] Der Erzeugungsmix wird dabei durch Kohleverstromung (hauptsaumlchlich in Suumldafrika) Oumll und Gas (vor allem in Nigeria) sowie Wasserkraft (an Nil und Kongo) domi-niert

Kein Wachstum ohne StromDer Energiebedarf der Region ist entsprechend groszlig und steigt durch Wirtschafts- und Bevoumllkerungswachs-tum weiter an Die internationale Energieagentur (IEA) schaumltzt dass der Strombedarf in SSA bis 2040 um jaumlhrlich durchschnittlich 46 auf ca 1300 Tera-wattstunden (TWh) ansteigen und somit zu einer Verdreifachung fuumlhren wird (Bild 2) [8] Treiber des zunehmenden Bedarfs sind vor allem die Entstehung einer afrikanischen Mittelklasse und damit einherge-hend Wachstum des Privatkonsums Urbanisierung so-wie eine steigende Anzahl von Infrastrukturprojekten

Die Befriedigung des Energiebedarfs stellt in allen afrikanischen Laumlndern eine enorme Herausforderung dar und ist entscheidend fuumlr die weitere wirtschaftli-che Entwicklung Die teilweise hohen politischen und Sicherheitsrisiken aber auch mangelhafte rechtli che Rahmenbedingungen sind wesentliche Gruumlnde dafuumlr dass ausreichend auslaumlndische Kapitalzufluumlsse und da-mit private Investitionen in die Elektrifizierung in SSA fehlen Da das Bevoumllkerungswachstum den Ausbau der Energieinfrastruktur deutlich uumlbersteigt wird auch im Jahr 2030 nach den neuesten Projektionen der IEA die Anzahl der Menschen ohne Stromanschluss in SSA etwa auf dem Niveau von heute verbleiben [9] Diese Prognose steht in massivem Kontrast zu den enormen konventionellen und erneuerbaren Ressourcen des afrikanischen Kontinents Das technische Potenzi-al wird auf 10000 GW Photovoltaik (PV) 109 GW Windenergie 350 GW Wasserkraft und 400 GW Gas geschaumltzt [10] Insbesondere fuumlr die Photovoltaik sind die wirtschaftlichen Aussichten in SSA aufgrund sin-kender Technologiekosten sowie hervorragender Ein-strahlungswerte besser denn je

Hoher Strombedarf des BergbausNach Einschaumltzung der African Development Bank (AfDB) hat der Transformationsprozess von einer stark auf Landwirtschaft und natuumlrlichen Ressourcen basierenden Wirtschaftsstruktur zu einer Volkswirt-schaft mit houmlherwertigem verarbeitendem Gewerbe zwar begonnen die Abhaumlngigkeit vom Rohstoffsek-tor ist jedoch weiterhin hoch [11] Der Anteil an der weltweiten Rohstoffproduktion betraumlgt wie im Bild 3 dargestellt beispielsweise ca 57 bei Platingruppen-metallen 50 bei Diamanten 48 bei Chromit und 20 bei Gold [12] Die Rolle des Bergbaus in ein-

Bild 2 Entwicklung des Strombedarfs (TWh) in SSA nach IEA New Policies ScenarioQuelle IEA Africa Energy Outlook 2014

Bild 3 Globaler Anteil der Rohstoffproduktion der Laumlnder in SSA im Jahr 2015Quelle Hartlieb-Wallthor P Marbler H Rohstoffe Subsahara Duumlsseldorf (2017)

zelnen Laumlndern wie Sambia Mozambique oder der Demokratischen Republik Kongo ist entsprechend bedeutend jedoch auch ambivalent Einerseits ist der Bergbausektor ein wichtiger Faktor in der Wirtschafts-struktur und traumlgt uumlberproportional zu BIP Staatsein-nahmen Exporten und Beschaumlftigung bei Andererseits hat dessen Ausweitung seit den 2000er-Jahren auch zu vielfaumlltigen sozialen und oumlkologischen Konflikten uumlber Arbeitsbedingungen Umweltverschmutzung territori-ale Kontrolle sowie die Nutzung von Wasser- und Land-ressourcen gefuumlhrt [13]

Bergbau ist energieintensiv ndash je nach Quelle ent-fallen zwischen 125 und ca 11 des Weltenergiebe-darfs sowie allein rd 400 TWh Stromverbrauch auf den Bergbau [14] Auf Seiten der Bergbauunternehmen stellen die Energiekosten ndash nach den Kapitalkosten und dem Faktor Arbeit ndash den wesentlichen Kostenblock mit rd 15 der Gesamtkosten Abhaumlngig von dem zu foumlrdernden Vorkommen kann der Energiekostenanteil fuumlr Bergwerke ohne Netzanschluss auf 20 bis 40 stei-



weltweit weiter ungebremst waumlchst verlagert sich zu-dem die Erschlieszligung neuer Ressourcen in entlegene Wuumlsten- oder Regenwaldregionen mit teilweise niedri-gen Gewinnungsraten und daher hohem Strombedarf Wie bei privaten Haushalten ist die Abgelegenheit mit entsprechenden Problemen beim Energiebezug durch mangelnden Netzanschluss sowie begrenzten Zugang zu Transportinfrastruktur (Straszligen Eisenbahn Pipe-lines Wasser) gekennzeichnet Moderne Bergwerke in SSA verfuumlgen zudem oft nur uumlber eine kurze Lebens-dauer und beduumlrfen keiner Entwicklung einer dauer-haften Infrastruktur Daher ist der Bau konventionel-ler Kraftwerke oder der Bau von Uumlbertragungsnetzen keine wirtschaftliche Option Dies gilt insbesondere fuumlr den Abbau von Edelmetallen bei denen der absolu-te Strombedarf trotz hoher relativer Energieintensitaumlt deutlich niedriger als etwa bei Eisenerzen ist

Dieselgeneratoren bilden daher zunaumlchst die erste Wahl bei der Eigenversorgung da sie leicht verfuumlgbar sind geringe Anschaffungskosten aufweisen und tech-nisch ausgereift sind Die Dieselversorgung ist jedoch nicht nur teuer sondern die Preise sind auch in vielen Regionen hoch volatil Nur ca 40 des Dieselpreises werden durch den Rohoumllpreis beeinflusst Fuumlr entlege-ne Bergwerke fallen neben den Treibstoffkosten selbst noch die Transportkosten durch Tankwagen inklusive dem Risiko von Verlusten und Diebstahl sowie staatli-che Abgaben oder die Abhaumlngigkeit von Subventionen an [20] Hinzu kommen logistische Risiken durch Raf-finerieengpaumlsse politische Konflikte oder mangelnde Sicherheit

Photovoltaik zur Kostensenkung und Erhoumlhung der AkzeptanzMit dem Einbruch der Rohstoffpreise ist die Bergbau-industrie in SSA deutlich unter Druck gekommen und die Senkung der operativen Kosten ruumlckt staumlrker in den Fokus Leicht zu erreichende Energieeffizienzpotenzi-ale wurden haumlufig schon realisiert und eine Anpassung des Bergbaubetriebs an einen schwankenden Strombe-zug ist kaum moumlglich Gleichzeitig machen staatliche oder regionale Anspruchsgruppen ihre Anspruumlche an finanzielle Beteiligung Klimaschutz und soziale Ver-antwortung geltend Fuumlr die im globalen Wettbewerb

Tabelle 1 Beispiele fuumlr Photovoltaikprojekte im Bergbau in SSA

Bergwerk Betreiber Technologien Projektentwickler Jahr

Thabazimbi Chrombergwerk (Suumldafrika)

Cronimet Mining

Diesel (16 MVA) PV (1 MWp)

Cronimet Mining Power Solutions

2013

New Luika Goldbergwerk(Tansania)

Shanta Gold HFO (75 MW) PV (07 MWp)

REDAVIA 2017

Essakane Goldbergwerk(Burkina Faso)

IAMGOLD HFO (57 MW) PV (125 MWp)

EREN Renewable Engergy 2018

Otjikoto Goldbergwerk(Namibia)

B2GOLD HFO (25 MW) PV (7 MWp)

Barloworld (Caterpillar) 2018

Bisha Kupfer- und Zinkbergwerk(Eritrea)

Nevsun Diesel (22 MW) PV (75 MWp)

Aggreko 2018

gen [15] Fuumlr einzelne Vorkommen gilt Je geringer die Gewinnungsrate aus einer Tonne Gestein ausfaumlllt desto houmlher ist der Energiebedarf Waumlhrend die Gewinnungs-raten fuumlr Kohle Gesteine oder Industriemineralien vergleichsweise hoch sind sind diese insbesondere fuumlr Metalle sehr niedrig [16]

Bei der Gewinnung und Primaumlraufbereitung der Rohstoffe sind neben den Treibstoffkosten fuumlr die schweren Arbeitsfahrzeuge vor allem die Stromkosten des Bergwerksbetriebs der Transporteinrichtungen sowie der Brechanlagen und Muumlhlen relevant Fuumlr ein durchschnittlich groszliges Bergwerk in SSA machen die Stromkosten ca 32 der Energiekosten aus [17] Der Bergwerksbetrieb ist dabei auf eine Stromversorgung auf 247-Basis angewiesen Im besonders strominten-siven Untertagebergbau wie etwa dem Gold- oder Platinabbau in Suumldafrika entfallen beispielsweise 60 des Strombedarfs im laufenden Betrieb auf Druckluft Kuumlhlung Entwaumlsserung Ventilation und Hebesysteme [18] Durch tendenziell groumlszligere Teufe der Lagerstaumltten und sinkende Erzgehalte ist fuumlr die Zukunft mit einer steigenden Energieintensitaumlt des Bergbaus zu rechnen Die houmlchsten Zuwaumlchse im Strombedarf in SSA werden fuumlr den Abbau und die Gewinnung von Kupfer Platin Chrom und Gold prognostiziert [19]

Stromversorgung fuumlr Bergwerke teuer und instabilBei Bergwerken mit Netzanschluss erfolgt der Strom-bezug in SSA traditionell uumlber staatliche Monopo-listen wie z B Eskom (Suumldafrika) BPS (Botswana) oder SNEL (Demokratische Republik Kongo) In den letzten Jahren waren Bergwerksgesellschaften in vielen Laumlndern der Region neben steigenden und volatilen Strompreisen haumlufig Stromengpaumlssen durch steigenden Strombedarf privater Haushalte Wassermangel und in-stabile Netze ausgesetzt Bei Abregelungen ndash selbst in weiterentwickelten Laumlndern wie Suumldafrika ndash ergaben sich fuumlr die Bergwerksbetreiber damit die Grundop-tionen entweder die Produktion herunterzufahren was fuumlr einige Bergbauprozesse kritisch ist oder teure Selbstversorgung zu betreiben

Da leicht zugaumlngliche Vorkommen zudem zuneh-mend ausgebeutet sind und der Bedarf an Rohstoffen



stehenden Bergwerksbetreiber ergeben sich damit in Bezug auf die Energieversorgung die zwei fundamen-talen Herausforderungen einen wettbewerbsfaumlhigen und verlaumlsslichen Energiebezug sowie die gesellschaft-liche Akzeptanz (bdquosocial licence to operateldquo) sicherzu-stellen

Bergwerksgesellschaften koumlnnen ihre Kostenposi-tion und ihren oumlkologischen Fuszligabdruck verbessern indem sie die Photovoltaik in ihren Energiemix inte-grieren Fuumlr Photovoltaikprojekte im Bergbau existie-ren schon zahlreiche Beispielprojekte in SSA (Tabel-le 1)

Wirtschaftlichkeit abhaumlngig von Diesel- und PV-Kosten sowie Lebensdauer des BergwerksIn der praktischen Anwendung wird die Photovoltaik in Reinform nur bdquobehind the meterldquo also hinter dem Zaumlhlpunkt betrieben oder uumlber langfristige Lieferver-traumlge (Power Purchase Agreement PPA) kontrahiert Vor allem in abgelegenen netzfernen Regionen (Off grid) wird sie dagegen zumeist als Bestandteil eines sogenannten Hybridsystems installiert Solche Hyb-ridkraftwerke kombinieren in unterschiedlicher Form verschiedene Erzeugungsarten Typischerweise ist dies eine Kombination von mit Diesel oder schwerem Heiz-oumll (Heavy Fuel Oil HFO) betriebenen Generatoren ergaumlnzt um eine oder mehrere erneuerbare Energie-quellen wie die Photovoltaik Vor allem bei den Off-grid-Systemen kommt oft eine Batterie-Komponente hinzu um den Dieseleinsatz weiter zu reduzieren und die Auslastung in Abhaumlngigkeit des Lastprofils zu op-timieren Die Batterie traumlgt auch dazu bei die fluktuie-rende Einspeisung der PV auszugleichen (Bild 4)

Die Wirtschaftlichkeit eines PV-Diesel-Hybridsys-tems wird daher vor allem dadurch bestimmt wieviel Diesel durch den Einsatz der Photovoltaik eingespart werden kann Die wesentlichen Einflussfaktoren der hierfuumlr notwendigen Wirtschaftlichkeitsberechnung sind insoweit die Dieselkosten die Stromgestehungs-kosten (Levelized cost of Energy LCOE) der Pho-tovoltaik (ggf einschlieszliglich Batterie) und die Rest-laufzeit des Bergwerks Im Fall eines Bergwerks mit Netzanschluss koumlnnen ggf Zusatzerloumlse durch Einspei-sung von uumlberschuumlssigem oder gespeichertem Strom ins Netz stattfinden

Ein Dieselgenerator verbraucht ca 270 lMWh und hat einen Wirkungsgrad von ca 32 D h 68 des Energieeinsatzes gehen bereits uumlber Abwaumlrme un-genutzt verloren Bei angenommenen Dieselkosten in Houmlhe von rd 1 USDl liegen die Strombezugs-kosten eines Bergwerks somit heute bereits bei rd 03 USDkWh Ein vergleichsweise kleines Goldberg-werk mit einer Generatorkapazitaumlt von 6 MW benoumltigt daher kontinuierlich 39000 l Diesel am Tag Die Die-selkosten belaufen sich entsprechend auf 39000 USD pro Tag oder 14 Mio USD pro Jahr [21]

Die LCOE der Photovoltaik sind in den letzten Jahren dagegen rapide gefallen und in vielen Teilen der

Bild 4 Schema PV-Diesel Hybridsystem an einem Bergwerk mit Mini-GridQuelle in Anlehnung an Rycroft M Renewable and hybrid energy systems for the mining industry (2015)

Welt heute schon wettbewerbsfaumlhig mit fossiler Strom-erzeugung Insbesondere durch die technologische Weiterentwicklung Kostenersparnisse durch Massen-produktion (economies of scale) sowie den erhoumlhten Wettbewerbsdruck durch nationale Ausschreibungen fuumlr PV-Anlagen sind die LCOE fuumlr groszlige Freiflaumlchen-anlagen (bdquoUtility-scaleldquo) zwischen 2010 und 2017 um 68 gesunken (Bild 5) Fuumlr viele Laumlnder in SSA stellt die PV damit aktuell die kostenguumlnstigste umwelt-freundlichste und die am schnellsten zu implementie-rende Erzeugungstechnologie dar [22]

Die verbleibende Lebensdauer eines Bergwerks kann ein Hindernis fuumlr den Einsatz der PV sein jedoch sorgt die beschriebene Preisentwicklung dafuumlr dass bereits bei einer Restlaufzeit von 5 bis 7 Jahren ein po-sitiver Business Case vorliegen kann Bei Einsatz eines

Bild 5 Entwicklung der durchschnittlichen Stromge-stehungskosten fuumlr PV bdquoUtility-scaleldquo Projekte bis 2040Quelle IEA World Energy Outlook 2017



voltaikkleinstanwendungen im Haushaltsbereich zum Durchbruch verholfen Unterstuumltzt durch internatio-nale Spenden- und Regierungsprogramme konnte die Elektrifizierung von laumlndlichen Regionen in den letzten Jahrzehnten vorangetrieben werden bleibt aber weiter unzureichend

Gleichzeitig wurden seit 2000 laut der Weltbank im SSA-Bergbausektor geschaumltzt 159 Mrd USD fuumlr Investitionen in Energieerzeugung und operative Energiekosten ausgegeben ohne damit die oumlffentliche Strominfrastruktur zu staumlrken [24] Dabei koumlnnte die Bergbauindustrie mit dem Einsatz der Photovoltaik aufgrund ihres hohen und gleichmaumlszligigen Strombe-darfs als Ankerkunde fuumlr eine umweltfreundliche und bezahlbare Elektrifizierung dienen und zudem die so-ziooumlkonomische Entwicklung besonders in den laumlnd-lichen Regionen foumlrdern Die gesicherte Stromnach-frage bietet einem spezialisierten privaten Betreiber (Independent Power Producer IPP) eine planbarere Einnahmequelle und vermindert so dessen Investiti-onsrisiken Die umliegenden Doumlrfer koumlnnen so leichter elektrifiziert werden Aufgrund seiner Ressourcen ist der private Betreiber zudem in der Lage die Anlage und das Netz langfristig erfolgreich zu warten und instand zu halten was in Ermangelung qualifizierten Personals regelmaumlszligig ein Hindernis fuumlr PV-Hybrid-Systeme im laumlndlichen SSA darstellt

Gerade in Laumlndern mit einer sehr niedrigen Elek-trifizierungsrate wie der Demokratischen Republik Kongo Tansania Sambia Guinea Burkina Faso Mali oder Sierra Leone gibt es eine nennenswerte Anzahl bestehender und auch neu geplanter Bergwerke wel-che eine gute Ausgangsbasis fuumlr diesen Ansatz der Elektrifizierung darstellen (Bild 6) Der Loumlsungsraum der Maszlignahmen umfasst dabei neben der Vorfinanzie-

Hybridsystems im Bergbau koumlnnen so die Energieko-sten um 10 bis 20 sinken Fuumlr ein suumldafrikanisches Chrombergwerk gibt der Betreiber Cronimet Mining Power Solutions eine Dieseleinsparung von 30 oder 450000 l pro Jahr bei einem Break-even nach sogar nur knapp vier Jahren an [23] Eine allgemeinguumlltige Aus-sage uumlber die Wirtschaftlichkeit laumlsst sich jedoch nicht treffen Hierzu muumlssen das genaue Lastprofil des Berg-werks sowie die technischen und kommerziellen Opti-onen fallspezifisch analysiert werden

Eine 100ige Versorgung mit Erneuerbaren Ener-gien mag heute aufgrund der noch vergleichsweise ho-hen Batteriepreise der zusaumltzlichen Kosten fuumlr spezielle Wechselrichter und die Steuerungseinheit des Hybrid-systems noch unwirtschaftlich sein Die Substitution von Dieselkraftstoff durch Photovoltaik ist es hingegen nicht Besonders attraktiv ist der Einsatz der Photovol-taik daher vor allem im Off-grid-Bereich Fuumlr netzge-bundene Bergwerke stellt der Einsatz der Photovoltaik eine langfristige Absicherung (Hedge) gegen steigende und volatile Diesel- Strombezugs- und CO2-Kosten dar Zudem reduziert sich die Abhaumlngigkeit von staat-lichen Strommonopolisten

Bergwerke als Ankerkunden fuumlr die Elektrifizierung in SSAWaumlhrend fuumlr die staumldtische Bevoumllkerung in SSA der Ausbau der zentralen Erzeugungskapazitaumlten und Net-ze aktuell der kostenguumlnstigste Weg ist sind die laumlndli-chen Bereiche fernab der bestehenden Netzinfrastruk-tur auf andere Loumlsungen wie lokale Mini-Grids oder Off-grid-Anwendungen angewiesen die ebenfalls zu-meist noch mit Dieseltreibstoff betrieben werden Die Kostenentwicklung der Photovoltaik sowie innovative Vertriebswege haben inzwischen bereits einigen Photo-

Bild 6 Bergwerksprojekte und Elektrifizierungsrate in ausgewaumlhlten Laumlndern im Jahr 2014Source World Bank Africa - PowerMining Projects Database 2014 amp IEA Energy access database 2014



rung der Infrastrukturinvestitionen die Abgabe von Uumlberschuss energie uumlber Mini-Grids an die umliegende Dorfbevoumllkerung und das Uumlberlassen der Infrastruktur nach Ende der Lebensdauer des Bergwerks Eine Pho-tovoltaikanlage weist im Normalfall eine technische Lebensdauer von uumlber 20 Jahren auf sodass in vielen Faumlllen die Lebensdauer des Bergwerks um mindestens zehn Jahre uumlberschritten wird und die Anlage noch mindestens zehn Jahre der oumlrtlichen Bevoumllkerung zur Verfuumlgung steht

Die Installation von Mini-Grids und Erneuerbare-Energien-Anlagen in entlegenen laumlndlichen Regionen fuumlhrt daruumlber hinaus zu einem lokalen oumlkonomischen Stimulus da der Zugang zu Elektrizitaumlt neue gewerb-liche Aktivitaumlten ermoumlglicht Es entstehen nicht nur neue qualifizierte Arbeitsplaumltze durch den Bau und Betrieb der Hybridanlage sowie des Mini-Grids son-dern auch in anderen Wirtschaftszweigen Somit wird zusaumltzlich ein positiver Beitrag zur laumlndlichen Armuts-bekaumlmpfung geleistet Die Photovoltaik ist dabei ein wesentlicher Baustein fuumlr eine CO2-arme Entwick-lungsstrategie in SSA und traumlgt auch zu einer verbes-serten lokalen Luft- und Wasserqualitaumlt und somit zu einer allgemeinen houmlheren Lebensqualitaumlt bei

AusblickDer Bergbau wird noch auf absehbare Zeit eine we-sentliche Rolle in der wirtschaftlichen Entwicklung von SSA spielen Die laumlndliche Bevoumllkerung profitiert hiervon bisher nur in begrenztem Umfang Aktuell ist die Bergbauindustrie zudem stark unter Druck da die Margen sinken und die Stromversorgung preislich nicht wettbewerbsfaumlhig ist Der Einsatz der Photovol-taik im Bergbau bietet die Chance positive wirtschaft-liche Effekte mit oumlffentlicher Wohlfahrt zu verbinden Der Markt fuumlr solche Hybridkraftwerke ist in einer fruuml-hen Entwicklungsphase Der groumlszligte Teil des Potenzials verbleibt noch ungenutzt Dies liegt unter anderem an einer vergleichsweise konservativen Bergbaubranche fuumlr die eine zuverlaumlssige Stromversorgung zwar kritisch ist die Energieerzeugung aber nicht zum eigentlichen Kerngeschaumlft gehoumlrt Weitere Herausforderungen be-stehen in der Ausgestaltung der Projektfinanzierung mit einem einzelnen Stromabnehmer sowie dem Be-trieb unter teilweise extremen klimatischen Bedingun-gen in Wuumlsten- und Regenwaldregionen Auch der regulatorische Rahmen in einzelnen Laumlndern ist ver-besserungswuumlrdig

Fuumlr die Zukunft prognostiziert das Marktfor-schungsunternehmen Navigant dass sich der heuti-ge Anteil der erneuerbaren Energien von nur 01 (ohne Wasserkraft) bis 2022 auf 5 bis 8 des weltwei-ten Stromverbrauchs der Bergbauindustrie erhoumlhen wird [25] Das amerikanische Rocky Mountain Ins-titute setzt sich sogar fuumlr einen Anstieg der Erneuer-baren auf einen Anteil von 15 am Strombezug im Jahr 2025 ein [26] Den Bergwerksbetreibern eroumlffnet sich so die Moumlglichkeit neben der Verbesserung der operativen Kostenposition die bdquosocial licence to ope-

rateldquo sicherzustellen Die laumlndlichen Regionen in SSA koumlnnen mit diesen Ankerkunden leichter elektrifiziert werden Auch werden die afrikanischen Regierungen aufgrund der hohen Bedeutung des Bergbaus ihre Kli-maziele nur unter Einbezug der Bergbauindustrie er-reichen Dies ist umso entscheidender als dass SSA in besonderem Maszlige von den Folgen des Klimawandels betroffen ist

Quellen[1] World Bank World Development Indicators (2017)[2] World Bank World Development Indicators (2017)[3] Roland Berger Global topics ndash Inside Africa (2012)

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Jan Schroumlterist Manager Corporate Strategy amp Development

Kontakt Tel +49 6732 96 57 1058jschroeterjuwidejuwi AG Energie-Allee 1 55286 Woumlrrstadt Deutschland

Bjoumlrn Brodaist Director Corporate Strategy amp Development bei der juwi AG Woumlrrstadt Deutschland

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Muumlller Wijk und Mischo GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Groszligversuchsstand und Stroumlmungs versuche fuumlr vertikale Foumlrdersysteme im Tiefseebergbau wwwgeoresourcesnet

Ein wesentliches Ziel des europaumlischen For-schungsprojekts bdquoBlue Miningldquo war die Weiter-entwicklung vertikaler Transportsysteme fuumlr den Tiefseebergbau Erkenntnisse aus Fallstudien Modellierungen und Untersuchungen im Labor-maszligstab sollten unter realistischen Bedingungen validiert werden Dazu entwickelte die TU Berg-akademie Freiberg in Kooperation mit dem IHC MTI B V Delft Niederlande einen Groszligversuch-stand in einem Schacht des Altbergbaus und fuumlhr-te eine erste Serie vor Stroumlmungsversuchen zur vertikalen Foumlrderung von Feststoff-Wasser-Gemi-schen durch Dieser Artikel erlaumlutert Planung Bau und Erprobung des Groszligversuchsstands die Ver-suchsdurchfuumlhrung sowie erste Ergebnisse

Bergbau bull Tiefseebergbau bull Forschung bull Vertikale Transportsysteme bull Messtechnik bull Stroumlmungsversuche

EU-Projekt bdquoBlue Miningldquo ndash Bau eines Groszligversuchsstands und Stroumlmungs versuche fuumlr vertikale Foumlrdersysteme im TiefseebergbauDipl-Ing Toni Muumlller Institut fuumlr Bergbau und Spezialtiefbau TU Bergakademie Freiberg Freiberg DeutschlandDr ir Jort van Wijk IHC MTI B V Delft NiederlandeProf Dr-Ing Helmut Mischo Institut fuumlr Bergbau und Spezialtiefbau TU Bergakademie Freiberg Freiberg Deutschland

Bild 1 Blick in den Groszligversuchsstand im SchachtQuelle Detlev Muumlller TU BA Freiberg

EinfuumlhrungSeit den 1970er- und 1980er-Jahren wurden in ver-schiedenen Forschungsprojekten die Moumlglichkeiten zum Abbau von Rohstoffvorkommen auf dem Mee-resboden erforscht Dabei wurden in Testprojekten erfolgreich Methoden zum Abbau aus groszligen Tiefen bis zu 5000 m Wassertiefe erprobt Beispielsweise wurden mit dem Airliftverfahren im Testbetrieb bis 70 th Manganknollen (Manganese Nodules MnN) gefoumlrdert[1] In weiteren Projekten sollte neben der technischen Machbarkeit auch die wirtschaftliche Machbarkeit erwiesen werden Allerdings wurden wei-terfuumlhrende Vorhaben wegen der Aumlnderungen auf dem Weltmarkt nach dem Ende des kalten Kriegs gestoppt Mit dem zunehmenden Bedarf an seltenen Elementen fuumlr die Elektronikindustrie und den Aumlnderungen auf dem Rohstoffmarkt ruumlcken Vorkommen in der Tiefsee (Wassertiefe uumlber 200 m) erneut in den Fokus zur Roh-stoffsicherung

Im Zuge der europaumlischen Rohstoffpolitik zur Si-cherung kritischer Rohstoffe wurden verschiedene Forschungsprojekte zum Tiefseebergbau angesetzt Derzeitig bereits geplante Vorhaben wie das Nautilus Projekt zum Abbau des Vorkommens Solwara 1 [2] in der Bismarcksee oder das japanische Projekt zur Foumlr-derung vor der Kuumlste Okinawas [3] zielen auf Wasser-tiefen von 2500 bis 3000 m Vertikale Transportsys-teme (Vertical Transport Systems VTS) stellen dabei ebenso wie die erforderlichen Gewinnungsgeraumlte eine Herausforderung dar Im EU-Projekt Blue Mining lag ein Hauptaugenmerk auf der weiteren Entwicklung von Foumlrdersystemen fuumlr den Tiefseebergbau [4] Dieser Artikel beschreibt insbesondere Planung und Bau eines Groszligversuchsstands fuumlr Stroumlmungsversuche mit einer Houmlhe von 136 m in einem Schacht des Altbergbaus (Bild 1) Auch die Vernetzung mit den Untersuchun-gen anderer Projektpartner und erste Ergebnisse wer-den angesprochen

Uumlberblick der Untersuchungen zu VTS im EU-Projekt Blue MiningIm Rahmen des EU-Projekts Blue Mining zur Weiter-entwicklung vertikaler Transportsysteme fuumlr den Tief-seebergbau wurden in zwei Fallstudien kontinuierliche

Foumlrdersysteme berechnet ndash zum einen fuumlr die Foumlrde-rung von Massivsulfiderzen (Seafloor Massive Sulfides SMS) aus bis zu 1600 m Wassertiefe (Bild 2) und zum anderen fuumlr die Foumlrderung von Manganknollen aus

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GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Muumlller Wijk und Mischowwwgeoresourcesnet Groszligversuchsstand und Stroumlmungs versuche fuumlr vertikale Foumlrdersysteme im Tiefseebergbau

bis zu 5000 m Wassertiefe (Bild 3) Die Grundlage fuumlr die Berechnungen bildeten bekannte Lagerstaumltten und deren Kennwerte wie etwa die des deutschen Li-zenzgebiets der Clarion-Clipperton Zone (CCZ) im Zentralpazifik fuumlr die MnN-Studie Daneben spielten allerdings auch wirtschaftliche Faktoren wie die resul-tierende angepeilte Produktionsrate von 400 th eine wesentliche Rolle zur Auslegung der Foumlrdersysteme [4] Im Wesentlichen wurden zwei kontinuierliche VTS naumlher betrachtet das Airliftverfahren und Pumpensys-teme aus Zentrifugalpumpen wie sie derzeit im Off-shorebereich eingesetzt werden (Bild 4)

Die VTS wurden in den Fallstudien durch meh-rere Projektpartner analysiert mit dem Ziel kritische Komponenten und Arbeitszustaumlnde zu erkennen und zu diskutieren Basierend auf den Ergebnissen der Fall-studien und vorangegangener Forschungsarbeiten wur-den daraufhin Konzepte zu Versuchsstaumlnden erarbeitet um vertikale Rohrstroumlmungen zu untersuchen Ein Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung der Sink-geschwindigkeiten und Wandreibungen in Stroumlmungs-medien mit unterschiedlichen Kornfraktionen und damit verbundener Stroumlmungseffekte wie des Stopfen-effekts Erkenntnisse und Berechnungsmodelle aus vorangegangenen Untersuchungen in Laborversuchs-staumlnden (Versuchsstandhoumlhe bis 12 m Foumlrderhoumlhe bis 9 m Rohrdurchmesser DN 100 mm [7]) sollten dabei unter realeren Bedingungen und Groumlszligenverhaumlltnissen validiert sowie neue Erkenntnisse zur Implementierung von VTS fuumlr den Tiefseebergbau gewonnen werden

Parameter zur Auslegung und Planung des VersuchsstandsDie Auslegung des Versuchsstands in einem Schacht erfolgte als geschlossener Stroumlmungskreislauf in wel-chen Probenmaterial (Kies und Sand) in eine Wasser-stroumlmung injiziert werden und nach den Versuchen wieder von der Wasserphase separiert werden konnte Das Stroumlmungsmedium wurde durch eine Zentrifugal-pumpe innerhalb einer groszligen U-Form bestehend aus Fallleitung und Steigleitung gefoumlrdert Der vertikale Foumlrderprozess innerhalb der Steigleitung sollte durch entsprechende Messtechnik uumlberwacht werden Des Weiteren musste die Steigleitung lotrecht ohne Kruumlm-mungen oder Abschraumlgungen verlaufen und in regel-maumlszligigen Abstaumlnden mit Drucksensoren ausgeruumlstet werden Zur Kontrolle und gegebenenfalls zum Aus-tausch der Sensoren sollten diese erreichbar installiert sein

Technische und technologische VorgabenFuumlr die Konstruktion des Versuchsstands waren damit verschiedene technische und technologische Faktoren gegeben So war die Zielgroumlszlige fuumlr die Houmlhe der vertika-len Steigleitung mit mindestens 50 m veranschlagt um im Vergleich mit einem kleineren Versuchsstand brauch-bare Daten gewinnen zu koumlnnen Im besten Fall sollte die Houmlhe der vertikalen Steigleitung uumlber 100 m betragenAndere Parameter wie der Rohrdurchmesser wurden

Bild 2 Forschungsfahrt mit der MeteorQuelle wwwblueminingeu

Bild 3 Deutsches Lizenzgebiet Clarion-Clipperton Zone (CCZ) im Zentralpazifik Manganfeld und -knolleQuelle BGR

Bild 4 Airlift und Pumpensystem zur Foumlrderung aus groszligen Tiefen [5 6]

berGbau 39


Tabelle 1 Probenmaterial

Material Korngroumlszlige[mm]

Rohdichte[kgm3]

Sand 02 2610

Kies 816 2630

durch die vorhandene Technik bestimmt Die vor-handene Zentrifugalpumpe mit einer Leistung von Pmech = 55 kW bestimmte die Auslegung wesentlich Weitere maszliggebende Groumlszligen zur Auslegung waren

Rohrinnendurchmesser DN = 150 mm Optimale Laumlnge der Steigleitung L ge 100 m Verhaumlltnis Korngroumlszligen zu Rohrdurchmesser

dDN lt 15 und damit d lt 30 mm Maximale Stroumlmungsgeschwindigkeit vmax = 5 ms Maximale Feststoffvolumenkonzentration in der

Stroumlmung cVmax = 20

Aufgrund dieser Vorgaben wurde das Probenmaterial entsprechend Tabelle 1 gewaumlhlt Materialeigenschaften und definierte Groumlszligen wie Feststoffvolumenkonzent-ration und Houmlhe des Versuchsstands sind wiederum bestimmende Faktoren zur Auslegung des Rohrlei-tungssystems Zur Erfassung der benoumltigten Daten ka-men folgende Messsysteme zur Anwendung

Erfassung des Druckprofils entlang der Steig- und Teilen der Fallleitung durch Messung mit piezo-elektrischen Drucksensoren in regelmaumlszligigen Ab-staumlnden

Temperaturmessungen mittels thermoelektrischer Sensoren

Messung des Feststoffvolumenanteiles in der Strouml-mung mittels Messung der elektrischen Leitfaumlhig-keit des durchstroumlmenden Mediums durch ein Conductivity Concentration Meter (CCM) in einem 1 m langen Rohrabschnitts aus durchsichti-gem PVC

Nutzung einer Hochgeschwindigkeitskamera zur Aufnahme der Stroumlmung

Volumenstrommessung oberhalb des CCMs mit elektromagnetischer Durchflussmessung (Electro Magnetic Flowmeter EMF)

Bedingungen vor OrtEbenso entscheidend fuumlr das endguumlltige Design und die technischen Parameter waren die oumlrtlichen Bedin-gungen an dem zur Verfuumlgung stehenden Schacht Als Standort wurde das 8 Lichtloch des Rothschoumlnberger Stollns (RSS) gewaumlhlt Dieser befindet sich in der nahe der deutschen Stadt Freiberg gelegenen Gemeinde Halsbruumlcke und ist wie die Schaumlchte des Forschungs- und Lehrbergwerks (FLB) bdquoReiche Zecheldquo der TU Bergakademie Freiberg an den RSS angeschlossen Die Auffahrung des 8 Lichtlochs erfolgte zwischen 1872 bis 1877 im Zuge der Auffahrung des RSS Die Teufe des Schachts betraumlgt 136 m In einer Teufe von etwa 42 m schlieszligt der Annastollen an den Schacht an Bis

in diese Teufe des Annastollens ist die Schachtroumlhre durch ein Natursteinmauerwerk ausgebaut unterhalb des Annastollens im standfesten Gebirge erfolgte kein zusaumltzlicher Ausbau der Schachtroumlhre

Infolge des Hochwassers 2002 kam es zum Verbruch der Umfahrung des RSS im Bereich des Halsbruumlcker Spats Mit dem Ziel der Aufwaumlltigung des urspruumlngli-chen Verlaufs des Rothschoumlnberger Stollns zum Zwecke des Hochwasserschutzes wurde das 8 Lichtloch 2003 ertuumlchtigt Im Rahmen der Sanierungsarbeiten diente der Schacht als Hauptfoumlrderschacht und zur Personen-fahrung Hierfuumlr wurden alte Einbauten des Fahrten- und Rohrtrums aus Holz geraubt und durch Buumlhnen Fahrten und Einstriche aus verzinktem Stahl ersetzt Die Vertonnung besteht aus Schutznetzen fuumlr den Berg- und Tunnelbau Seit dem Abschluss der Arbeiten nutzt das Saumlchsische Oberbergamt den Schacht als Zugang fuumlr Kontrollbefahrungen des RSS Eine maschinel-le Foumlrderung stand vor Ort nicht zur Verfuumlgung und musste fuumlr die Baumaszlignahmen und Versuche mit in die Planung einbezogen werden Fuumlr die Planung der Instal-lationen erfolgten des Weiteren eine genaue Erfassung der Buumlhnen- und Zwischentraumlgerabstaumlnde sowie zwei Messkampagnen zur Erfassung der natuumlrlichen Wet-terbewegungen im Sommer und Winter sowie Radon-messungen Die Wettermessungen zeigten einen konti-nuierlichen ausziehenden Wetterstrom Eine kuumlnstliche Bewetterung war fuumlr den Aufbau und Betrieb der Anla-ge nicht erforderlich Allerdings stellt das resultierende

Bild 5 Gesamtuumlbersicht von Anlage und Schacht

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Grubenklima besondere Anforderungen an die zu ver-wendende Technik Durch die Kondensation der auf-steigenden und gesaumlttigten Wetter und den Zutritt von Grundwasser uumlber Kluumlfte kommt es zum permanenten Niederschlag im Schacht

Aufbau des VersuchsstandsIm Folgenden werden die einzelnen Bestandteile des Versuchsstands dargestellt und kurz beschrieben Dabei erfolgt eine Unterteilung in uumlbertaumlgige und untertaumlgi-ge Installationen Das Bild 5 soll dabei einen groben Uumlberblick uumlber die gesamte Anlage und den Schacht geben Die Auslegung und das Design der Anlage fol-gen den zuvor dargelegten Parametern

Uumlbertaumlgige Anlagen

PumpenkontrolleDie Steuerung und Uumlberwachung des Foumlrderprozesses erfolgte aus einem Buumlrocontainer Saumlmtliche Sensor-daten aus dem Schacht und von der Pumpe wurden im Container visualisiert und von einer Person uumlberwacht

Vor- und Aufbereitung der Proben sowie PumpeWie in den Bildern 6 und 7 dargestellt bestand die Anlage aus zwei Hauptkomponenten zum einen der 55-kW-Zentrifugalpumpe in einem 10-Fuszlig-Container und den Einrichtungen zur Vor- und Aufbereitung der Proben in einem 20-Fuszlig-Container Diese kompakte und mobile Anlage zum Injizieren des Probenmaterials

Bild 6 3D-Modell der kompletten AnlageQuelle IHC

Bild 7 Installierte Anlage

in den Stroumlmungskreislauf und zum anschlieszligenden Se-parieren wurde speziell fuumlr die Versuche entwickelt und gebaut Zwei Personen waren waumlhrend der Versuche da-mit beauftragt die Anlage zu kontrollieren die Sperr-ventile der Probenvorratsbehaumllter (Trichterbehaumllter) und der Oumlffnungsklappen zur Separation zu bedienen den Separationsvorgang zu uumlberwachen und gegebe-nenfalls den Prozess abzubrechen

Die Anlage umfasst folgende Bestandteile Zwei Sedimentationstanks mit Fassungsvermoumlgen

von je 75 msup3 wobei das Rohrleitungssystem der gesamten Anlage und der Pumpe etwa 56 msup3 fasste

Zwei Trichterbehaumllter als Vorratsbehaumllter fuumlr das Probenmaterial die vor den Versuchen mit der je-weiligen Menge an Sedimenten beschickt wurden

Einen Separationstank in welchen drei Big Bags als Filter gehaumlngt werden konnten

Foumlrdertechnische Anlage (FTA)Fuumlr den Materialtransport waumlhrend der Aufbau- und Ruumlckbauphase wurde eine Foumlrderhaspel mit der Be-zeichnung MPW 25 auf der Schachtanlage installiert Diese wurde 1982 von der SDAG Wismut Cainsdorf gebaut und 2011 modernisiert Sie verfuumlgt uumlber eine Nutzlast von 25 kN bei einer mechanischen Leistung von 55 kW wobei die Foumlrdergeschwindigkeit auf 016 ms gedrosselt ist da die Foumlrderung ungefuumlhrt erfolgt Die FTA wurde ebenso fuumlr den Nutzungszeit-raum vorgehalten ndash einerseits fuumlr moumlgliche Material-fahrten und zum anderen im Notfall fuumlr die Personen-rettung Dazu wurde das im Bild 8 dargestellte spezielle Rettungsgestell befestigt

Untertaumlgige Anlagen

Rohrleitungssystem und SensorenAufgrund der niedrigen Leitfaumlhigkeit wurde Polyethy-len (PE) als Rohrmaterial fuumlr die Steig- und auch Fall-leitung gewaumlhlt um die Beeinflussung der Messergeb-nisse zu minimieren Die Rohre wurden gemaumlszlig DIN EN 8074 und 8075 dimensioniert Anders als bei Stahl-rohren erfolgt die Rohrauswahl uumlber die notwendige Wandstaumlrke und den Auszligendurchmesser Die Berech-nung der notwendigen Wandstaumlrke erfolgte damit aus den technischen Vorgaben auf Basis folgender Werte

Gewuumlnschter Rohrinnendurchmesser DN = 150 mm

Maximaler hydraulischer Druck durch Foumlrderpro-zess pmax = 21 bar

angenommene Standzeit X = 1700 h Mittlere Temperatur im Schacht t = 115 degC Sicherheitsfaktor C = 2

Daraus ergab sich der Rohrtyp DIN 8074 ndash 200 ndash SDR 74 - PE 100 mit folgenden Werten

Auszligendurchmesser D = 200 mm Wandstaumlrke en = 274 mm Rohrmasse m = 149 kgm Resultierender Innendurchmesser DN = 1452 mm

berGbau 41


Bild 8 Rettungsgestell oberhalb der Arbeitsbuumlhne auf der Haumlngebank

Die Rohre wurden den Abstaumlnden der Zwischentrauml-ger der Vertonnung entsprechend mit einer Laumlnge von durchschnittlich rund 115 m produziert und mit Schwerlastschellen an flexiblen Konsolen an den Zwi-schentraumlgern befestigt Fuumlr die Montage wurden die Rohre mit Mobilkran in den Schacht gehaumlngt (Bild 9) Beginnend im Schachttiefsten wurden die Rohre zu-naumlchst auf ein vorinstalliertes U-Segment aus Stahl auf-gesetzt und befestigt

U-Segment aus Stahl und Ablassventil am Fuszlig der VersuchsanlageOberhalb des Fuumlllorts des Schachts wurde ein massives U-Segment aus Stahl platziert Die U-Form diente in erster Linie der Umleitung des Foumlrderstroms von der Fallleitung zur Steigleitung verfuumlgte aber zudem uumlber ein entsprechend ausgelegtes Kugelventil mit Antrieb Dieses Ventil ermoumlglichte es den Versuchsstand regulaumlr oder auch im Notfall zu entleeren um zu vermeiden dass Sedimente den Versuchsstand zusetzen Im Vorfeld des Ablassventils wurde ein Auffang- und Draumlnagebecken errichtet um die Sedimente vor dem RSS aufzufangen

Die Anordnung und Auslegung des Ablassventils im Tiefsten der U-Form erwies sich allerdings als pro-blematisch Waumlhrend der Separation eines Sand-Kies-Tests musste eine Oumlffnung des Systems initiiert werden da aufgrund geringer Stroumlmungsgeschwindigkeiten im Verlauf der Separation nur ein Teil der Sedimente ge-foumlrdert werden konnte und ein Verstopfen des Systems drohte Weil das Ventil etwa 45 Sekunden zum voll-staumlndigen Oumlffnen benoumltigte und Steig- und Fallleitung uumlber dieses Ventil entwaumlsserten kam es in der Steiglei-tung zu einem Verstopfer von etwa 10 m Laumlnge Dieser konnte mittels Hochdruckspuumllverfahren wieder geloumlst werden Abgesehen von diesem Einzelfall traten keine weiteren Verstopfungen auf

Positionierung der SensorikUm einen problemlosen Austausch defekter Sensoren im Notfall zu ermoumlglichen wurde die Positionierung der Drucksensoren den Buumlhnenabstaumlnden angepasst Noch vor der Installation der Rohre im Schacht wurden die notwendigen Bohrungen fuumlr die Sensoren durchgefuumlhrt Infolgedessen war es unbedingt notwendig die Rohre in der richtigen Reihenfolge und Ausrichtung zu installieren Nach der Fertigstellung wurden die exakten Distanzen der Drucksensoren zueinander noch einmal gemessen In Ta-belle 2 sind die gemessenen Abstaumlnde angegeben Diese Abstaumlnde wurden spaumlter zur Kontrolle der Sensoren ge-nutzt (Messung hydrostatischer Druck und Vergleich mit berechnetem Wert) Zusaumltzlich zur Position der Drucksen-soren sind in der Skizze in Tabelle 2 die Positionen fuumlr die Temperaturmessungen (T01 Steigleitung und T02 Falllei-tung) und die Messpunkte fuumlr die Leitfaumlhigkeitsmessung des CCM (k01 und k02) vermerkt

VersuchsdurchfuumlhrungDie Versuchsdurchfuumlhrung erfolgte in den Sommer-monaten 2017 Tabelle 3 gibt einen Uumlberblick der Ver-

Tabelle 2 Skizze der Positionen der Sensoren sowie Abstaumlnde der Drucksensoren(P = Drucksensoren k = Leitfaumlhigkeitsmessung und T = Temperatursensoren)

Skizze der Sensorpositionen Drucksensor Abstand zum darunterliegenden Sensor

[m]

P01 1120

P02 994

P03 1199

P04 1122

P05 1124

P06 1123

P07 1121

P08 1115

P09 1089

P10 594

P11 757

P12 423

Ablassventil ndash

suchsserie Dabei bezieht sich die Bezeichnung wie etwa E02 auf das Versuchsmaterial (in dem Fall Sand) wobei zu jeder Volumenstoffkonzentration einzelne Versuche gefahren wurden Nach den Versuchen wurden Proben der genutzten Materialien fuumlr Siebanalysen genommen und entsprechend bezeichnet Die Bezeichnung E02 cV= 10 bedeutet also dass der Einzelversuch mit 10 Sand im Foumlrdersystem gefahren wurde (etwa 05 bis 06 msup3 Sand)

Zunaumlchst wurde die Anlage ausschlieszliglich mit Was-ser erprobt wobei alle Versuchsablaumlufe durchexerziert und auf Funktionalitaumlt getestet wurden Dabei wurde ebenso die Separation simuliert Erste Tests wurden mit

42 berGbau


Bezeichnung Stroumlmungsgeschwindigkeit v[ms]

Feststoffvolumen konzentration cV[]

Versuchsmaterial

E01 2 3 4 0 Wasser

E02 2 3 4 5 10 15 Sand

E03 2 3 4 5 10 15 Kies

E04 2 3 4 5 10 Sand Kies 1 1

E05 2 3 4 5 10 Sand Kies 1 2

E06 2 3 4 5 10 Sand Kies 2 1

E07 2 3 4 5 Manganknollen

Tabelle 3 Parameter der durchgefuumlhrten Versuche volumenkonzentration (gemessen durch k01 und k02) sukzessive zu wie man an der Wellenform im Bild 10 erkennen kann Um ein Verstopfen der Anlage und da-mit einhergehende Druckstoumlszlige zu vermeiden musste der Anlagenfahrer rechtzeitig den Foumlrderprozess unter-brechen und die Separation einleiten

Zusaumltzlich zu den urspruumlnglich geplanten Versuchs-anordnungen konnten am Ende der Versuchslaufzeit mit Unterstuumltzung der Bundesanstalt fuumlr Geowis-senschaften und Rohstoffe (BGR) Experimente mit Manganknollen gefahren werden Dazu standen bis zu 900 kg originaler Manganknollen aus dem deutschen Lizenzgebiet der CCZ zur Verfuumlgung Allerdings muss-ten diese im Vorfeld auf die entsprechende Korngroumlszlige (analog zum Kies 816) gebrochen und gesiebt werden Dies geschah am Institut fuumlr Aufbereitungsmaschinen der TU Bergakademie Freiberg Die verwendeten Man-ganknollen wurden anschlieszligend weiterfuumlhrenden Ver-suchen zur Aufbereitung zugefuumlhrt

Die Versuche verliefen im Einzelnen folgenderma-szligen1 Vorbereitung

Im Vorfeld jeder Versuchsdurchfuumlhrung wurden die Sedimentationstanks mit Frischwasser befuumlllt Sie dienten zu Beginn der Versuche als Wasserreservoir zum Befuumlllen der Anlage Des Weiteren wurden neue Big Bags in spezielle Gestelle oberhalb des Se-parationstanks eingehaumlngt und die Trichterbehaumllter mit den jeweils vorgesehenen Sedimenten befuumlllt

2 Befuumlllung der AnlageZunaumlchst wurde die Versuchsanlage mit Wasser aus einem der Sedimentationstanks gefuumlllt und die Anlage entluumlftet Danach konnte die Funktions-tuumlchtigkeit der Drucksensoren mittels des hydro-statischen Drucks und errechneter Vergleichswerte kontrolliert werden

3 WassertestZur Uumlberpruumlfung aller Messgeraumlte wurde vor jedem Test mit Feststoff ein Durchlauf nur mit Wasser (E01) durchgefuumlhrt Dabei wurde die Stroumlmungsge-schwindigkeit schrittweise von 4 auf 1 ms reduziert Anschlieszligend wurden die Anlage deaktiviert sofort die Messungen ausgewertet und der hydrostatische Druck erneut kontrolliert (Uumlberpruumlfung auf Lecka-gen) Mit den gemessenen Druckwerten konnten die Reibungsverluste ermittelt und mit den theoretisch berechneten Werten verglichen und noumltigenfalls Sensoren ausgetauscht oder erneut kalibriert werden

4 Injektion der SedimenteJeder Versuchsdurchlauf fuumlr Feststoffbeladung be-gann durch erneutes Erhoumlhen der Stroumlmungsge-schwindigkeit auf 35 ms Die Stroumlmung wurde nun uumlber ein Bypasssystem unterhalb der Trich-terbehaumllter entlanggefuumlhrt und die Schieber der Behaumllter geoumlffnet Durch die Stroumlmung wurden die vorbereiteten Sedimente nach und nach in die Stroumlmung gezogen Das aus dem System verdraumlng-te Wasser entwich aus dem Versuchsstand uumlber die Entluumlftung

Bild 9 Einsatz eines Mobilkrans bei der Rohrinstallation

nur geringer Sandbefuumlllung durchgefuumlhrt Dies hatte zum Ziel die Anlage weiter zu testen und die berechne-ten Reibungswerte zu uumlberpruumlfen Des Weiteren sollten grundlegende Erfahrungen in der Bedienung der kom-plett aufgebauten Anlage gesammelt werden wozu alle einzelnen Komponenten sowie die Separationsanlage im Vorfeld der Installation vor Ort erprobt wurden Die Uumlberwachung und Steuerung des Stroumlmungsvorgangs erfolgte ausgehend von der Pumpensteuerung Uumlber ei-nen Monitor wurden die gemessenen Druumlcke sowie die Stroumlmungsgeschwindigkeiten und Feststoffvolumen-konzentrationen ausgegeben wobei die Pumpe durch einen Frequenzumrichter angesteuert wurde Eine sol-che Datenausgabe ist im Bild 10 dargestellt Aufgrund der zunehmenden Instabilitaumlt des Stroumlmungsvorgangs mit abnehmender Stroumlmungsgeschwindigkeit erfor-derte die Steuerung viel Erfahrung und Kenntnisse im Umgang mit der Anlage Aufgrund der Bauweise der Anlage als geschlossener Kreislauf nahm die Feststoff-

berGbau 43


Bild 10 Datenausgabe zur Anlagensteuerung

5 VersuchsdurchfuumlhrungNach Beendigung der Befuumlllung wurde die Strouml-mungsgeschwindigkeit auf 4 ms erhoumlht und nachdem sich das System stabilisiert hatte fuumlr etwa 5 Minuten gehalten Anschlieszligend wurde die Ge-schwindigkeit schrittweise verringert und jeweils fuumlr etwa 5 bis 10 Minuten gehalten waumlhrend saumlmt-liche Messdaten aufgenommen wurden

6 Beendigung des Experiments und SeparationErreichte der am CCM gemessene Feststoffvolu-menanteil einen Wert von cV gt 30 und sank zur selben Zeit die Durchflussgeschwindigkeit unter 2 ms wurde mit der Separation der Sedimente begonnen Diese Mindestgeschwindigkeit richtet sich nach der Minimalgeschwindigkeit die not-wendig ist um die Stroumlmung in den horizontalen Rohrabschnitten aufrechtzuerhalten Dazu wurde die Geschwindigkeit zunaumlchst wieder erhoumlht und der zweite gefuumlllte Sedimentationstank zur Strouml-mung hinzugeschaltet Der Foumlrdervolumenstrom wurde uumlber die Big Bags in das Separationsbecken geleitet wobei die Sedimente in den Big Bags auf-gefangen wurden Das Feststoff-Wasser-Gemisch im Versuchsstand wurde in diesem Prozess durch frisches Wasser ausgetauscht Anschlieszligend erfolg-te die Entleerung des Versuchsstands durch das Ablassventil am Fuszlig der U-Form Das Wasser aus den Separationstanks wurde in einen der Sedimen-tationstanks gepumpt in welchem sich die feinen Sedimente absetzten und abgezogen werden konn-ten Die Klarwasserphase wurde anschlieszligend wie-der fuumlr Versuche genutzt Die genutzten Sedimente wurden aus der Separationsanlage entfernt und in einem Container abgelagert Fuumlr jeden Versuch wurden lediglich unbenutzte Kiese und Sande ver-wendet

Eine derartige Versuchsdurchfuumlhrung war auf eine Ver-suchsdauer von 75 Minuten je Versuch ausgelegt wenn der Foumlrderprozess nicht vorzeitig beendet wurde Auf-grund der notwendigen Vorbereitungen und Nachar-beiten vor jedem Test konnte pro Tag lediglich ein Ver-such mit Feststofffoumlrderung realisiert werden

Bewertung und AusblickDie vorgestellten Stroumlmungsversuche wurden im Som-mer und Spaumltsommer 2017 erfolgreich durchgefuumlhrt Im Anschluss wurde die Anlage zuruumlckgebaut Zum Projektende im Fruumlhjahr 2018 wurde der Abschlussbe-richt fertiggestellt [8]

Aufgrund der groszligen Datenmenge erfolgt die wei-tere Auswertung der Versuche noch und es kann der-zeit nur ein Ausblick gegeben werden Zusaumltzlich zu den direkt im laufenden Versuch genommenen Daten wie Bildaufnahmen mittels Hochgeschwindigkeitska-mera Druckverlaumlufen Stoffkonzentrationen und Volu-menstroumlmen wurden im Nachgang Probenmaterialien weiter untersucht und Siebanalysen durchgefuumlhrt um Aussagen zum Kornbruch treffen zu koumlnnen Die ge-wonnenen Messdaten zu Druckverlaumlufen und Stoffkon-zentrationen muumlssen aufgrund des system eigenen Rau-schens zunaumlchst weiter aufbereitet und in einen Kontext mit der verwendeten Materialzusammensetzung und den Stroumlmungsgeschwindigkeiten gebracht werden Aus diesen Daten sollen Reibungswerte und Massen-schluumlpfe bestimmt werden welche einen Ruumlckschluss auf die Sinkgeschwindigkeiten der einzelnen Kornfrak-tionen geben koumlnnen

Die gewonnenen Kennwerte flieszligen zur Validie-rung in das anfangs in der Einfuumlhrung erwaumlhnte Be-rechnungsmodell [7] ein und sollen so helfen die Be-rechnungen fuumlr groszlige Anlagen und Kornfraktionen zu verbessern Des Weiteren wurden Proben der Roh-

44 berGbau


re entnommen um Aussagen uumlber den Verschleiszlig des Rohrmaterials waumlhrend der Foumlrderung treffen zu koumln-nen Zusaumltzlich zu den Standardrohren aus PE wurden im uumlbertaumlgigen Bereich Proberohre mit verschleiszligar-mer Innenbeschichtung verbaut und getestet Planung und Bau sowie Durchfuumlhrung der Versuche lieferten Erkenntnisse welche fuumlr weiterfuumlhrende Versuche ge-nutzt werden koumlnnen wie etwa zur Anordnung und Auslegung von Ablassventilen

AcknowledgementsDieses Projekt und die damit verbundenen Forschungs-taumltigkeiten erhielten Mittel aus dem 7 EU-Forschungs-rahmenprogramm Grant Agreement Number 604500 Die Versuche wurden durch die Projektpartner Royal IHC (Niederlande) und die TU Bergakademie Frei-berg durchgefuumlhrt Die beteiligten Projektpartner dan-ken im Besonderen der Firma Gerodur MPM Neustadt in Sachsen welche die PE-Rohre fuumlr die Versuche zur Verfuumlgung stellte

Literaturverzeichnis Muumlller T Mischo H van Wijk J M Aufbau eines

Stroumlmungsversuchsstandes und Durchfuumlhrung von Ver-suchen zur Untersuchung von auftretenden Effekten bei der vertikalen Foumlrderung von Feststoff-Wasser-Gemi-schen in einem Groszligversuchsstand uumlber 136 m Houmlhe im Rahmen des europaumlischen Forschungsprojektes bdquoBlue Miningldquo Kolloquium Foumlrdertechnik im Bergbau Technische Universitaumlt Clausthal 2018

[1] Kaufman R Latimer JTolefson D The Design and Operation of a Pacific Ocean Deep-Ocean Mining Test Ship RV Deepse Miner II Offshore Technology Con-ference pp 33-43 6 May 1985

[2] Nautilus (2017) Nautilus project homepage Online wwwnautilusmineralscom

[3] Japan Times Japan successfully undertakes large-scale deep-sea mineral extraction Online available httpswwwjapantimescojpnews20170926nationaljapan-successfully-undertakes-large-scale-deep-sea-mi-neral-extractionWz9fBYpCRhE

[4] IHC MTI and Consortium Partners Public Report Blue Mining ndash Breakthrough Solutions for Mineral Ex-traction and Processing in Extrem Environments 2018Online available wwwblueminingeu

[5] Blue Mining Terms of Reference for VTS designBLUE MINING D411 interner Bericht 2014

[6] Westende J v An optimized concept for the Vertical Transport System BLUE MINING D531 unveroumlf-fentlicht 2015

[7] Wijk J van Vertical Hydraulic Transport for deep sea mining a study into flow assurance doi104233uuid2e493b95-486a-4c2f-a8ae-749990b06a5e 2016

[8] Dasselaar S J Hoog E de Jong S C W de Stappen J van Mueller T Wijk J M van Boomsma W B A Rotterveel R Development and demonstration of a test setup for large scale slurry transport tests BLUE MINING D621 interner Bericht 2017

Prof Dr-Ing Helmut Mischoist Geschaumlftsfuumlh-render Direktor des Instituts fuumlr Bergbau und Spezialtiefbau der TU Bergakademie Freiberg Deutsch-land und Inhaber der Professur fuumlr Rohstoffabbau und Spezialverfahren unter Tage

Kontakt helmutmischomabbtu-freibergde

Dipl-Ing Toni Muumlllerist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Institut fuumlr Bergbau und Spezialtiefbau der TU Bergakademie Freiberg Deutschland

Kontakt tonimuellermabbtu-freibergde

Dr ir Jort M van Wijkist Research and Development Manager am IHC MTI BV Delft in den Niederlanden Er war Projektkoordinator des europaumlischen Projekts Blue Mining mit 20 Partnern im Konsortium

Kontakt JMvanWijkihcmticom

berGbau 45

Fecht GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Automatisierte Anlagenschmierung ndash Retrofitprojekt in schwaumlbischem Steinbruch wwwgeoresourcesnet

Steinzeit hat Zukunft ndash mit diesem Slogan wirbt die Schottervertriebsgesellschaft SVA auf der Schwaumlbischen Alb fuumlr eine Branche bei der aktu-ell ndash nicht zuletzt wegen der Vielzahl an Straszligen-bauprojekten ndash Hochkonjunktur herrscht Doch der reibungslose Betrieb steht und faumlllt mit der Verfuumlgbarkeit der Produktionsanlagen und damit auch der automatisierten Schmierung der Anla-gen Wie es funktioniert demonstriert das Retro-fitpilotprojekt von Bielomatik


Automatisierte Anlagenschmierung ndash Retrofitprojekt in schwaumlbischem SteinbruchNikolaus Fecht Fachjournalist Gelsenkirchen Deutschland

Es geht um Schotter also um Gesteinkoumlrnungen Ge-mische und Zuschlagstoffe fuumlr Bauvorhaben aller Art Mehrere 1000 t stellt die Schottervertrieb Vordere Alb GmbH amp Co KG (SVA) auf der Schwaumlbischen Alb aus Weiszligem Jura fuumlr Kunden aus dem Groszligraum Stuttgart aktuell pro Tag her (Bilder 1 und 2) Doch die Endpro-dukte kommen ndash fein gemahlen ndash auch in Zahnpasta oder in Futtermittel (Calcium) Eine wichtige Rolle spie-len bei den aufwendigen Herstellprozessen die Schmier-systeme die das Unternehmen Bielomatik Leuze GmbH + Co KG (Bielomatik) aus dem nahegelegenen Neuffen in den beiden Schotterwerken installiert hat Das Schot-terwerk Jakob Bauer Soumlhne GmbH amp Co KG (Bauer) Erkenbrechtsweiler erhielt eine neue Anlage fuumlr die BHS-Mischanlage der Steinbruch der Alfred Moeck KG Lenningen Schmiersysteme fuumlr seine BHS-Misch-anlage (Bild 3) und die binder+co-Siebanlagen Toni Pranghofer Betriebsleiter bei der Alfred Moeck KG in Lenningen bdquoFuumlr Bielomatik sprachen die Ortsnaumlhe und die guten Erfahrungen unseres Partners Bauer mit einer vor mehreren Jahren nachgeruumlsteten Bielomatikschmier-anlage Auszligerdem wollen wir in beiden Werken uumlber die gleiche Technik verfuumlgen Das erleichtert auch die Er-satzteilbevorratung die nun einheitlicher istldquo

Neuland Branche der Baustoff- Steine-und-Erden-IndustrieMit diesem Auftrag betrat Bielomatik Neuland denn das Unternehmen hatte bisher noch keine Retrofitpro-jekte in der Branche der Baustoff- Steine-und-Erden-Industrie durchgefuumlhrt bdquoAumlhnlich wie in der Druckin-dustrie in der wir gut etabliert sind herrscht hier ein besonders raues staubiges Umfeldldquo erklaumlrt Frank Muumll-ler Serviceleiter der Sparte Schmiertechniksysteme bei Bielomatik bdquoAllerdings ist hier das Aufkommen an Staub sehr viel houmlher Der Hauptknackpunkt sind die hohen Temperaturschwankungen in den unbeheizten

Bild 1 Schotterherstellung aus Weiszligem Jura auf der Schwaumlbischen Alb bei StuttgartQuelle der Fotos Nikolaus Fecht

Bild 2 Verladung und Abtransport im Schotterwerk

Bild 3 BHS-Mischanlage

46 berGbau

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 Fechtwwwgeoresourcesnet Automatisierte Anlagenschmierung ndash Retrofitprojekt in schwaumlbischem Steinbruch

Betrieb bdquoNur wenige Aktionen geschahen abends nach Betriebsende oder auch schon mal am Wochenendeldquo meint der Betriebsleiter In insgesamt 380 Arbeitsstun-den ruumlstete der Servicetechniker Oliver Oswald von Bielomatik die Anlagen mit den unterschiedlichsten Produkten aus dem Portfolio der Zentralschmierung von Bielomatik nach waumlhrend der Betriebsleiter die Zusammenarbeit mit eigenen Leuten koordinierte Oswald installierte unter anderem Steuerungen pneu-matische Fasspumpen Rohre elektrische Ruumlhrfluumlgel-pumpen Verteiler und Verschraubungen Bei dem Pi-lotprojekt wurden insgesamt 300 m Stahlrohr verlegt um verschiedene Lagerstellen an den insgesamt 80 Schmierstellen mit Fett zu versorgen (Bilder 4 und 5) Manches geschah aber auch in eigener Regie Im benachbarten Schotterwerk Bauer sah Pranghofer eine Loumlsung die er auch installieren lieszlig Die Elektronik-schaltschraumlnke erhielten staubdichte Kontrollfenster aus Glas damit Mitarbeiter auf einen Blick den Status der Anzeigen checken koumlnnen ohne dass der allgegen-waumlrtige Staub in den Schrank gelangt (Bild 6)

Es handelt sich nicht um Einheitsloumlsungen denn der Grad der noumltigen Schmierung haumlngt vom Einsatz-ort ab Manche Lagerstellen erhalten 80 g Fett pro Tag manche nur wenige Gramm pro Woche bdquoOswald hat sich mit Betriebsleiter Pranghofer zusammengesetzt um anhand der Daten der einzelnen Lagerstellen und der Schmierplaumlne der Hersteller den Fettbedarf zu be-stimmenldquo erklaumlrt Muumlller bdquoDas Ganze ist naumlmlich wie ein Baum Die Pumpe ist die Wurzel von der aus sich unser System auf die einzelnen Schmierstellen ver-zweigtldquo Der Servicetechniker hat anhand dieser An-gaben und der Informationen des Betriebsleiters die Schmierstoffsysteme komplett projektiert

Das enge Zusammenspiel des Servicetechnikers mit dem Kunden hat sich vor allem bei individuellen Loumlsun-gen bewaumlhrt So wollte der Betriebsleiter in einem Fall nur eine Siebanlage an das Schmiersystem anschlieszligen doch auf Empfehlung von Oswald gab es dann einen Anschluss fuumlr alle benachbarten Lagerstellen z B von Foumlrdersyste-men Pranghofer bdquoNun wird das neue Werk komplett von zwei Bielomatik-Systemen automatisch zentral mit Schmierstoff versorgtldquo Fuumlr diese Form der kontinuierli-chen Schmierung sprechen die houmlhere Lebensdauer der Maschinen der sinkende zeitliche Personalaufwand so-wie die geringere Anzahl an Ausfaumlllen und Stoumlrungen

Die elektrische Ansteuerung der Pumpe und die Einbindung in die gesamte Steuerungsanlage uumlbernahm Moeck bdquoIn unserer Werksteuerung gibt es nun zwei Fens-ter die anzeigen ob die Schmierung laumluft oder nichtldquo ergaumlnzt Pranghofer bdquoIch erhalte auf dem Bildschirm nur eine einfache Stoumlrmeldung die aber ausreicht Denn dann geht ein Techniker zur Anlage und behebt die Stoumlrungldquo

Fazit und Ausblick Kennwerte zu positiven wirtschaftlichen Folgen kann das Unternehmen noch nicht nennen doch fuumlr die Zu-friedenheit des Kunden spricht eine anstehende Neuin-stallation Demnaumlchst ruumlckt Servicetechniker Oswald

Bild 4 Schmierstoffversorgung

Bild 5 Foumlrderband mit Schmierstelle

Bild 6 Betriebsleiter Pranghofer und Servicetechniker Oswald vor staubdichtem Elektronikschaltschrank mit Kontrollfenster

Bauwerken weswegen beheizbare Rohre zum Einsatz kommenldquo Pranghofer bdquoWir benoumltigen daher auch kei-ne speziellen Schmierstoffe fuumlr winterliche Verhaumlltnisse Somit koumlnnen wir weitestgehend in allen Anlagen das gleiche Fett einsetzenldquo In den Progressivschmiersyste-men von Bielomatik kommen bei SVA vorwiegend ge-schmeidige Langzeitschmierfette zum Einsatz

Projektierung und Ausfuumlhrung der UmruumlstungDie Umstellung der aumllteren manuellen Schmiersysteme anderer Hersteller auf die automatischen Bielomatik-anlagen geschah ohne Produktionsstopp im laufenden

berGbau

erneut an um auch den sogenannten Backenkreiselbrecher eine Maschine zur Zerkleinerung von sehr groszligen Gesteinsbrocken (Bild 7) an die automatische Fettschmierversorgung von Bielomatik anzuschlieszligen

Dipl-Ing Nikolaus Fechtist Fachjournalist aus Gelsenkirchen Deutschland und schrieb diesen Ar-tikel im Auftrag der bielomatik Leuze GmbH + Co KG

Uumlber die Alfred Moeck KGDas 1947 gegruumlndete Unternehmen Alfred Moeck KG Lenningen Deutschland hat sich zu einem groszligen und effektiven Steinbruch und Schotterwerk weiterentwickelt das den Groszligraum Stuttgart mit Produk-ten aus dem Weiszligen Juraversorgt Im Jahr 2006 gruumlndete Moeck mit dem benachbarten Schotterwerk Jakob Bauer Soumlhne GmbH amp Co KG die ge-meinsame Schottervertrieb Vordere Alb GmbH amp Co KG (SVA) in Erken-brechtsweiler die seitdem beide Firmen unter einem Dach vereint

Weitere Informationen wwwmoeck-kgde und wwwschottervertriebde

Uumlber die bielomatik Leuze GmbH + Co KGMit 650 Mitarbeitern weltweit davon 350 im Stammwerk in NeuffenBaden-Wuumlrttemberg realisiert die 1946 gegruumlndete bielomatik Leu-ze GmbH + Co KG fortschrittliche Fertigungstechnik in den Bereichen Schmiertechnik- und Kunststoffschweiszligsysteme Konfiguriert und produziert werden Minimalmengenschmiersysteme zur spanabhe-benden Metallbearbeitung sowie Systeme und Komponenten fuumlr die Zentralschmierung von Maschinen und Anlagen Der Bereich Kunststoff-schweiszligsysteme umfasst Maschinen und komplette Fertigungslinien fuumlr das Schweiszligen und Bearbeiten von Kunststoffteilen mit Heiz element- Vibrations- Infrarot- Gaskonvektions- oder Lasertechnik

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Bild 7 An automatische Fettschmierversorgung anzuschlieszligender Backen-kreiselbrecher

48 buchbesPrechunG

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 GeoResources Teamwwwgeoresourcesnet bdquoGeschichte des Bergbausldquo als Buch mit Bildern oder im Museum mit allen Sinnen

Die Gewinnung von Bodenschaumltzen reicht weit in die Anfaumlnge der Menschheit Schon fruumlhe Epochen wie die Stein- oder Bronzezeit wurden nach mine-ralischen Werkstoffen benannt Einen rasanten Auf-schwung nahm der Bergbau mit der zunehmenden Industrialisierung in der Neuzeit Die Entwicklung hin zu unserem heutigen modernen Leben mit hoch-komplexen technischen Guumltern wie Handy und Com-puter waumlre ohne den Abbau und die Verarbeitung der Ressourcen aus der Erde nicht moumlglich gewesen Das bdquoBuch Geschichte des Bergbausldquo zeigt die Erschlie-szligung und Erkundung von Lagerstaumltten die Foumlrderung der verschiedenen Bodenschaumltze Bergbautechnik einst und heute und die Bedeutung des Bergbaus als Schluumls-sel der Industrialisierung und technologischen Fort-schritts Vorgestellt werden ebenso Bergbauunterneh-men und Organisationsformen der Bergleute

Die drei Autoren Lars Bluna Michael Farren-kopf und Stefan Przigoda Historiker im Leibniz-For-schungsmuseum fuumlr Georessourcen bzw Deutschen

Das Buch bdquoGeschichte des Bergbausldquo gibt einen anschaulichen Einblick in die Geschichte des Berg-baus die Arbeit der Bergleute und die bleibende Bedeutung von Rohstoffen in unserem Leben


Geschichte des BergbausVon Lars Bluna Michael Farrenkopf und Stefan Przigoda Hardcover 288 Seiten zahlreiche farbige und historische AbbildungenISBN 978-3-939629-50-4 Berlin LampH Verlag 2018 Preis 25 euroWeitere Informationenhttpwww-lh-verlagcom

bdquoGeschichte des Bergbausldquo als Buch mit Bildern oder im Museum mit allen SinnenGeoResources Team Duisburg Deutschland

Ausflugtipps

Deutsches Bergbau-MuseumDas Deutsche Bergbau-Museum Bochum wird seit 2017 saniert Bitte informieren Sie sich auf der Website uumlber die Museums- angeboteWeitere Informationenhttpswwwbergbaumuseumde

UNESCO-Welterbe Zeche ZollvereinDas Gelaumlnde der Zeche Zollverein in der Gelsenkirchener Str 181 in Essen ist immer geoumlffnet Weitere Informationenhttpswwwzollvereinde

Bergbau-Museum Bochum richten sich an ein breites am Bergbau interessiertes Publikum Es war aber auch ihr Anliegen den neuesten Stand der wissenschaftlichen Bergbaugeschichtsschreibung gut lesbar und interssant zu vermitteln Sie erheben keinen Anspruch auf Voll-staumlndigkeit sondern wollen die groszligen Linien des Berg-baus aufzeigen und zu weiterer Beschaumlftigung mit dem Thema anregen Sie geben dazu Literaturhinweise wol-len mit dem umfangreichen Bildmaterial auch zum Be-such der einschlaumlgigen Museen und Industriedenkmaumller und natuumlrlich ihres eigenen Museums in Bochum anre-gen um sich dem Thema mit allen Sinnen zu naumlhern

Auch wenn 2018 die beiden letzten Steinkohlenze-chen in Deutschland schlieszligen bleiben fossile Brenn-stoffe auf absehbare Zeit dominierende Energietraumlger Umweltfolgen und Arbeitsbedingungen bleiben also auch fuumlr die Zukunft ein wichtiges Thema Und in Deutschland werden weiterhin Rohstoffe aus Lager-staumltten wie Steine und Erden und Industrieminerale in erheblichem Umfang abgebaut werden Deutschland bleibt in naher Zukunft in Europa und weltweit ein wichtiges Bergbauland Und Rohstoffe sind Vorausset-zung fuumlr den Erhalt unseres Lebensstandards Es lohnt sich daher dieses Wissen auch persoumlnlich an Kinder und Enkelkinder und nachfolgende Generationen wei-terzugeben ndash zum Beispiel mit dem reich bebilderten Buch bdquoGeschichte des Bergbausldquo und Ausfluumlgen in Mu-seen und Denkmaumller

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berGbau und buchbesPrechunG 49

Pasche GeoResources Zeitschrift 2 | 2018Technikentwicklung in der Grubensicherheit Band 1 von Buch 5 zur technischen Entwicklung bei der RAG wwwgeoresourcesnet

Aufgabe der Buchreihe bdquoDokumentation der techni-schen Entwicklung bei der RAGldquo ist es das in den ver-gangenen 50 Jahren im deutschen Steinkohlenbergbau erlangte Fachwissen zu sichern zu verbreiten und kuumlnf-tigen technischen Entwicklungen Impulse zu geben Uumlber das Sammeln von Daten und Fakten hinaus stellt die auf insgesamt acht Buumlcher angelegte Reihe wich-tiges Fach- und Lehrmaterial fuumlr Betrieb Praxis und Studium dar Als drittes nach Buch 2 und Buch 3 ist nun Buch 5 Band 1 erschienen das sich mit der bdquoTech-nikentwicklung in der Grubensicherheitldquo beschaumlftigt

Buch 5 der Reihe bdquoDokumentation der technischen Entwicklung bei der RAGldquo stellt die Entwicklungen der vergangenen fuumlnf Jahrzehnte aus dem Bereich Gru-bensicherheit dar Der erste Band beschaumlftigt sich mit den Themen Bewetterung Klimatisierung Gasbeherr-schung Wetteruumlberwachung Gasausbruchs- und Ge-birgsschlagverhuumltung

Die Grubensicherheit schafft die Voraussetzungen fuumlr einen sicheren Bergwerksbetrieb und ein gesicher-tes Arbeitsumfeld Auf den Gebieten der Arbeitssicher-heit und des Gesundheitsschutzes nimmt die RAG im internationalen Vergleich mit anderen Bergbautreiben-den aber auch innerhalb der Industrie einen herausra-genden Platz ein

Zum Inhalt Bewetterung Klimatisierung Gasbeherrschung Wetteruumlberwachung Gasausbruchsverhuumltung Gebirgsschlagverhuumltung

Uumlbersicht der BuchreiheDas gesamte Kompendium wird aus folgenden Einzel-baumlnden bestehen

Buch 1 Technikentwicklung und Forschung der RAG

Buch 2 Technikentwicklung im Abbau

Das Buch bdquoTechnikentwicklung in der Grubensi-cherheit Band 1ldquo aus der Buchreihe bdquoDokumenta-tion der technischen Entwicklung bei der RAGldquo ist erschienen


Technikentwicklung in der GrubensicherheitVon Professor Dr-Ing Martin Junker Professor Dr-Ing Reinhard Wesely et al Herausgeber RAG Aktiengesellschaft Buch 5 Band 1 der Reihe bdquoDokumentation der technischen Entwicklung bei der RAGldquo 452 Seiten zahlreiche Abbildungen und Tabellen Format 245 x 165 cm gebunden ISBN 978-3-9818403-3-9 Duisburg GeoResources Verlag 2017 Preis 90 euroInformationen und BestellungenE-Mail vertriebgeoresourcesnetTel +49284160 789 67

Buch 3 Technikentwicklung in der Vorleistung Buch 4 Technikentwicklung in der Logistik Buch 5 Technikentwicklung in der

Grubensicherheit (Band 1 und 2) Buch 6 Management- und Bildungssysteme fuumlr

technische Prozesse Buch 7 Entwicklung des Markscheidewesens in

der RAG ndash Planung und Gewinnung Buch 8 Entwicklung des Markscheidewesens

in der RAG ndash Auswirkungen und Bergbaufolgen

Technikentwicklung in der Grubensicherheit Band 1 von Buch 5 der Buchreihe bdquoDokumentation der technischen Entwicklung bei der RAGldquoDr Eckart Pasche Willich Deutschland

50 berGbau und tunnelbau

GeoResources Zeitschrift 2 | 2018 GeoResources Teamwwwgeoresourcesnet Sensorik fuumlr Automatisierung im Berg- und Tunnelbau

schen Montanuniversitaumlt Leoben Gemeinsam soll die Forschung auf dem Gebiet des Loumlsens von Gestein im Berg- und Tunnelbau intensiviert werden

Die Automatisierung im Bergbau ist eins der draumln-genden Ziele fuumlr eine effiziente und sichere Versorgung mit mineralischen Rohstoffen der Zukunft Und die Sensorik ist die Basis dafuumlr Die RWTH-Forschungs-gruppe bdquoRockCuttingldquo (Bild 1) entwickelt eine Senso-rik bei der eine autonom arbeitende Gewinnungsma-schine entscheiden kann welches Material sie gewinnt Das wichtigste bdquoSinnesorganldquo der Maschine ist ihr Ge-houmlr Sie kann houmlren welche Arten von Gesteinen in der Tiefe liegen Die Erkenntnisse gehen in die gemeinsame Arbeit der Forschungsgruppe ein

Der Vorsitz der Gruppe wechselt jaumlhrlich Das AMT setzt waumlhrend seiner Zeit den Schwerpunkt in den Aufbau des Forschungsblogs wwweuregblog und in die Planung der ersten bdquoInternational Conference on High Performance Miningldquo die im Dezember 2018 in Aachen stattfindet Die Konferenz ist eine Plattform fuumlr den Austausch zwischen Industrie Forschungsein-richtungen und Verbaumlnden Fuumlhrende Bergbauunter-nehmen und Technologieanbieter geben anhand von Praxisbeispielen einen Einblick in Erfolgsfaktoren fuumlr den Bergbau der Zukunft

Die EUREG intensiviert die Forschung auf dem Gebiet des Loumlsens von Gestein Fuumlr ein Jahr uumlber-nimmt nun das AMT der RWTH Aachen den Vor-sitz der Forschungsgruppe


Sensorik fuumlr Automatisierung im Berg- und Tunnelbau Dr Thomas Bartnitzki Institute for Advanced Mining Technologies (AMT) RWTH Aachen Deutschland

Bild 1 An der RWTH erforscht bdquoRockCuttingldquo eine Sensorik fuumlr eine autonom arbeitende GewinnungsmaschineFoto Peter Winandy

Kontakt tbartnitzkiamtrwth-aachendewwwamtrwth-aachendewwwEUREGblog

Das Institute for Advanced Mining Technologies (AMT) der RWTH uumlbernimmt den Vorsitz der Euro-pean Rock Extraction Research Group Kurz EUREG genannt ist die Gruppe ein Zusammenschluss der deutschen Universitaumlten RWTH Aachen TU Berg-akademie Freiberg TU Clausthal und der oumlsterreichi-

Themenkomplexe

Keynotes bdquoSachsen - Rohstoffland im Herzen Europasldquo

(Prof Dr Cramer Saumlchsisches Oberbergamt) bdquoRohstoffakzeptanz als Zukunftsaufgabeldquo

(Dr Goedecke Geokompetenzzentrum Frei-bergIHK)

Sessions

Rohstoffwirtschaft als Zukunftsaufgabe Bergbau unter Tage Tagebau Bodenverfluumlssigung und Endlagerung Baukonstruktion und Massivbau

Veranstalter Technische Universitaumlt Bergakademie Freiberg Institut fuumlr Bergbau und Spezialtiefbau Institutsdirektor Prof Dr-Ing Helmut Mischo Pr Eng Gustav-Zeuner-Straszlige 1a 09599 FreibergSachsen

Information amp Anmeldung tu-freibergdebergbaukolloquium

8 Bergbaukolloquium

Bergbau und Spezialtiefbau 5 - 6 November 2018

Organisation amp Kontakt Institut fuumlr Bergbau und Spezialtiefbau Stefan Poumltzsch Franziska Guumlnther Fuchsmuumlhlenweg 9 09599 FreibergSachsen Telefon 03731 39-3847 Telefax 03731 39-2087 E-Mail bergbaukolloquiumtu-freibergde Web tu-freibergdebergbaukolloquium

Tagungsort Alte Mensa

TU Bergakademie Freiberg

Einladung

21 Kolloquium

Bohr- und Sprengtechnik 30 und 31 Januar 2019 Aula der Technischen Universitaumlt Clausthal

Weitere Informationen zur Veranstaltung und zum Programm finden Sie unter

wwwbus2019de Veranstalter Technische Universitaumlt Clausthal Institut fuumlr Bergbau Prof Dr-Ing Oliver Langefeld Prof Dr-Ing Hossein Tudeshki Erzstraszlige 20 38678 Clausthal-Zellerfeld

Kontakt

Thorben Plett MSc E-Mail infobus2019de Telefon +49 (0)5323 72-2284

Dipl-Ing Thomas Hardebusch E-Mail infobus2019de Telefon +49 (0)5323 72-3178

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Inhaltsverzeichnis

Auf ein Wort zu Elektromobilitaumlt Batterien der13Versorgung mit Technologierohstoffen13und vernetztem Denken

Umfassende Reform der deutschen Bundesfernstraszligenverwaltung

Einsatz von Gabionenkonstruktionenin der Verkehrsinfrastruktur


Geogitterbewehrtes Steilboumlschungssystem fuumlr eine Kranstellflaumlche zum Bau einer Windenergieanlage

Geaumlnderte Anwendungsnormen fuumlr Geotextilien und verwandte Produkte verbindlich

IVG Das neue ivgProduktzertifikatist jetzt online

Wohnraumerweiterung in Ballungsgebieten ndash Aufstockung oder Unterkellerung

4 Felsmechanik- und Tunnelbautag

Innovative Nachdichtung von Tuumlbbingfugen mit Injektionsbohrnadeln

Einschubmodul fuumlr effiziente Anbindungen von Querschlaumlgen an Tunnelhauptroumlhren

Bohrloch instabil Kein Problem IQ ndash Quickset Roofbolt

Photovoltaik im Bergbausektor ndash eine Win-win-Situation zur Elektrifizierungvon Subsahara-Afrika

GEC Geotechnik expoampcongress am 23 + 24 Oktober 2018 MESSE OFFENBURG

EU-Projekt bdquoBlue Miningldquo ndash Groszligversuchsstand und Stroumlmungsversuche fuumlr vertikale Foumlrdersysteme im Tiefseebergbau

Automatisierte Anlagenschmierung ndashRetrofitprojekt in schwaumlbischem Steinbruch

Automatisierte Schmierungstechnik von Bielomatik13

bdquoGeschichte des Bergbausldquo als Buch mit Bildern oder im Museum mit allen Sinnen

Dokumentation der technischen Entwicklung bei der RAG Technikentwicklung in der Grubensicherheit

Sensorik fuumlr Automatisierungim Berg- und Tunnelbau

High Performance Mining - Tagung an der RWTH Aachen - 4-5 Dezember 2018

8 Bergbaukolloquium Bergbau und Spezialtiefbau 5 - 6 November 2018

21 Kolloquium Bohr- und Sprengtechnik 30 und 31 Januar 2019

Cubirock-Transportgabionen im Einsatz Stuttgart 21 - Installation im Neckar und andere Beispiele

GeoResources Zeitschrift Journal4 Jahrgang Fachzeitschrift fuumlr Bergbau Tunnelbau Geotechnik und EquipmentErscheinungsdatum 27082018ISSN | Digital 2364-0278 bull Druck 2364-8414ErscheinungsweiseGeoResources erscheint mit 4 Ausgaben pro Jahr in deutscher ( GeoResources Zeitschrift) und 4 Ausga-ben in englischer Sprache (GeoResources Journal) als Online-Ausgaben (wwwgeoresourcesnet) Zusaumltzlich erscheinen Zeitschrift und Journal in angepasster Auf-lagenhoumlhe in gedruckter Form Bei Interesse an ge-druckten Exemplaren setzen Sie sich bitte mit uns in Verbindung um weitere Informationen zu erhalten (abogeoresourcesnet)BezugspreisOnline kostenfrei Printausgaben 100 euroa je Sprache deutsch und englisch kombiniert 150 euroa Studenten 50 Rabatt incl Porto Verpackung und dt SteuernChefredaktion Dr-Ing MA Katrin Brummermann Mobil +49 151 70 888 162 E-Mail kbgeoresourcesnet Dipl-Ing Manfred KoumlnigMobil +49 172 244 16 16 E-Mail mkgeoresourcesnetMedia und Anzeigen E-Mail advertisinggeoresourcesnet Tel +49 2841 60 789 67 HerstellungLayoutDTP Herbert StimperE-Mail hsgeoresourcesnetGudrun KlickE-Mail infogudrun-klickdewwwgrafiklickdeDruckKiess und Makossa Mediengruppe GmbH Gelsenkirchen HerausgeberGeoResources Portal Manfred KoumlnigOleanderweg 1247228 DuisburgMobil +49 172 244 1616 Tel +49 2841 60 789 67 E-Mail pressgeoresourcesnet CopyrightAlle Rechte vorbehalten copyGeoResources Portal Duis-burg wwwgeoresourcesnet Kein Teil dieser Zeitschrift darf ohne die Genehmigung des Copyrightinhabers in irgendeiner Form durch Fo-tokopie Mikrofilm oder andere Verfahren reproduziert oder in eine von Maschinen oder Datenverarbeitungsan-lagen verwendbare Form gebracht und genutzt werden Ausgenommen sind Wissenschaft und nichtkommerziel-ler Unterricht Eine Anzeige der Nutzung ist erwuumlnscht Die Inhalte der eingereichten Manuskripte bleiben im Ei-gentum der Autoren (Verfasser) solange die Einreichung unentgeltlich erfolgte Die inhaltliche Verantwortung fuumlr mit Namen gekennzeichnete Beitraumlge und gelieferte Fo-tos und Grafiken uumlbernimmt der Verfasser

Titelbild Undichte Tuumlbbingfugen koumlnnen direkt durch die Fuge mit einer Injektionsbohrnadel effizient nachgedichtet werden Im Artikel auf den Seiten 24 bis 27 erfahren Sie mehr uumlber diese innovative kostensparende bdquoSchluumlssellochtechno-logieldquoTPH Bausysteme GmbHwwwtph-bausystemecominfotph-bausystemecom

Impressum

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18 ndash 21 SEPTEMBER bull BERLINInnoTrans 2018

ContactMesse Berlin GmbHMessedamm 22 middot 14055 Berlin middot GermanyT +49 30 3038 2376F +49 30 3038 2190innotransmesse-berlinde

Geosources_InnoTrans2018_120x297_enindd 1 05062018 104133




































4 Inhalt



























auf eIn Wort 5













6 auf eIn Wort










Infrastruktur 7















Geplante Struktur

IGA


8 Infrastruktur






Luumlbeck Rendsburg

ca 937



ca 1442



ca 1714


Erfurt Dresden

Magdeburg

ca 1660



ca 1384




ca 1394


Karlsruhe Freiburg

ca 1080


Darmstadt Wiesbaden


ca 1562


Bochum Osnabruumlck

Hagen

ca 1422


Koumlln Euskirchen

ca 1188
















GeotechnIk 9


1 Einleitung
















Herstellung o +

Dokumentation + o




10 GeotechnIk


















GeotechnIk 11














12 GeotechnIk


























reg







14 GeotechnIk









GeotechnIk 15









16 GeotechnIk








GeotechnIk 17













18 GeotechnIk











GeotechnIk 19




ηg ηq δ





























































Giff

horn

Des

ign


































Fotos WBI GmbH

24 tunnelbau


Einleitung
















tunnelbau 25















26 tunnelbau









tunnelbau 27





























Motivation und Idee





























Statik-Mischer

2-Komponenten-Harz

Linksgewinde

Kragenplatte

Kugelbund-mutter


































Cronimet Mining



2013



REDAVIA 2017









Aggreko 2018































































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berGbau 37










38 berGbau









berGbau 39




Rohdichte[kgm3]

Sand 02 2610

Kies 816 2630















40 berGbau






















berGbau 41










[m]

P01 1120

P02 994

P03 1199

P04 1122

P05 1124

P06 1123

P07 1121

P08 1115

P09 1089

P10 594

P11 757

P12 423

Ablassventil ndash



42 berGbau




Versuchsmaterial

E01 2 3 4 0 Wasser

E02 2 3 4 5 10 15 Sand

E03 2 3 4 5 10 15 Kies

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