High-Tech in HDD-Anlagen
Technischer Generationensprung
Heutige HDD-Anlagen sind nicht vergleichbar mit Geräten von vor fünf Jahren. Heutige Anlagen können sehr viel mehr, sie weisen viele high-tech-Komponenten auf, sind jedoch keinesfalls komplizierter in der Bedienung geworden, sondern im Gegenteil, sie wurden bedienungsfreundlicher und komfortabler.
Von Markus Hamers, Thomas Schauerte
undDr. Hans-Joachim Bayer
Teilautomatisierte HDD-Anlagen bevorzugt
Bei HDD-Geräten der Mini- und Midi-Klasse werden mittlerweile von den Nutzerkreisen Geräte bevorzugt, die Teilautomatisierungen aufweisen. Diese Teilautomatisierungen betreffen sowohl Routineaufgaben beim Bohren, wie zum Beispiel das Einfahren und Verbindung von Bohrgestängen oder die Lösearbeiten an den Brechvorrichtungen, sie betreffen aber auch Dokumentationsaufgaben, die beim Bohren anfallen (Ablesung und Aufzeichnung von Maschinendaten).
Wenn Bohrgeräteführer oder Maschinenführer von solchen Routineaufgaben befreit werden, können sie sich auf die eigentliche Aufgabe des Steuerns und Ortens und damit des exakten Lenkens der Bohrung konzentrieren. Routineaufgaben wie zum Beispiel das 80fache Lösen von Bohrgestänge an einem Tag können durch teilautomatisierte Steuerungen viel schneller und fehlerfreier durchgeführt werden, als von menschlicher Hand. Gerade Aufgaben die zigfach am Tag wiederholt werden müssen, können bei manueller Steuerung zu Aufmerksamkeitsfehlern führen, die ungewollte Unterbrechungen im Maschinenbetrieb verursachen können. Solche Aufmerksamkeitsfehler sind nur menschlich und können bei jeder Person auftreten. Die Maschinensteuerung hingegen, zum Beispiel für das Verbinden von Bohrgestänge, führt fehlerfrei die gleichen Routinen durch - entsprechend der optimalsten Einstellung und den ganzen Tag. Automatisierte Abläufe können auch zeitoptimierter arbeiten, so dass insgesamt durch die Teilautomatisierung ein Zeitraum von 1 bis 2 Stunden Mehrarbeit eingespart werden kann. Auch das Erfassen und Protokollieren von Maschinendaten während des Steuerungsprozesses ist zeitaufwendig. Auch hier bringt die automatische Protokollierung eine fehlerfreie Erfassung und eine kräftige Zeitersparnis. Auch im Rückzug übernimmt die Bohrautomatik manuelle Arbeit und optimiert den Rückzug bzw. Einzug des Produktrohres in Abhängigkeit zum anstehenden Drehmoment. Der vollautomatische Ablauf des Gestängewechsels, der schnelle Leerhub des Bohrschlittens, schnelles Klemmen, Verschrauben und Lösen, die automatische Gestängeschmierung und das schnelle Entnehmen und Zurücklegen der Gestänge in die Magazinfächer reduziert erheblich die Bohrnebenzeiten.
Die automatisierten Abläufe der HDD-Anlage sind so eingestellt und geregelt, dass zwar ein sehr schnelles Arbeiten möglich ist, gleichzeitig das Arbeiten jedoch im Normalbereich erfolgt und nicht wie bei manuellen Bedienungen manchmal, ungewollt, im Last- oder gar Überlastbereich geschieht. Das Arbeiten im optimierten Bereich schont die Maschine und erhöht ihre Lebensdauer. Auch dies ist ein nicht zu unterschätzender Effekt, den die Teilautomatisierung mit sich bringt.
Alle Automatisierungsschritte bedingen Kontroll- und Steuermechanismen. Die Kontrolle und Steuerung wird über Funktionsanzeigen wiedergegeben. Teilautomatisierte Maschinen besitzen daher ein modernes Farbdisplay, das äußerst übersichtlich ist und das Kontrollieren aller wichtigen Maschinenfunktionen gleichzeitig ermöglicht. Da Steuer- und Regelungstechnik immer auch Aufzeichnungen ermöglicht, sind jederzeit Messwertprotokollierungen speicherbar und zu einem späteren Zeitpunkt an einem PC oder Laptop auch ausdruckbar.
Zahlreiche Funktionsanzeigen auf dem Display
Auf dem Display werden alle für den Bediener notwendigen und relevanten Daten angezeigt. Dabei werden niemals zu viel oder zu wenig, sondern immer genau passend für die jeweilige Arbeitssituation, Betriebsparameter wie z. B. Vorschub-, Rotations- und Bentonitpumpendruck, Litermenge, Gestängezähler, Schaltstufen und weitere Informationen angezeigt. Außerdem können am Display durch Vorauswahl von verschiedenen Menüs Einstellungen und Feinjustierungen vorgenommen werden, um die Maschine optimal betreiben zu‘
können.
Dies sind nicht nur Maschinenparameter, sondern auch z.B. Umschaltung der Bedienersprache und kleine Berechnungstools. Außerdem werden die nach der DVGW-Vorschrift verlangten Bohrparameter mit protokolliert und auf ein externes Speichermedium geschrieben.
Möglichkeiten der Handhydraulik
Die Handhydraulik oder sogenannte Not-Hydraulik dient dazu, bei einem kompletten Ausfall der Steuerungstechnik, die Maschine trotzdem so bedienen zu können, damit z.B. ein Einziehvorgang noch abgeschlossen werden kann. Sämtliche hydraulischen Ventile und Komponenten können manuell betätigt werden, sodass die jeweiligen Maschinenfunktionen ausgeführt werden können. Eine übersichtliche, symbolische Beschriftung sorgt für eine leicht erkennbare Zuordnung von Komponente und Funktion.
Clevere Bohrspülungsanmischung
Je besser die Bohrspülung in Tragfähigkeit, Gelstruktur, Fließeigenschaft, Schmierfähigkeit, Filtratwerten und Quellverhalten den vorherrschenden Bodenverhältnissen angepasst ist, desto leichter ist die Durchdringung des Bodens bei der Pilotbohrung, beim Aufweiten und dem Rohreinzug. Der Bedeutung der Bohrspülung entsprechend besteht eine ideale Mischanlage entweder aus einem leistungsfähigen Durchlaufmischsystem oder aus einem Zweikammersystem mit einem Fassungsvermögen für Mini- und Midi-Bohranlagen bis zu je 3000 Liter, mit denen ohne Arbeitsunterbrechung gearbeitet werden kann. Durch Umschalten im Mischkammersystem lässt sich sehr schnell und direkt vom Vormischen auf fertiges Mischgut schalten. Mit hochleistungsfähigen Pumpen wird die Bohrspülung innen durch das Bohrgestänge und den Bohrkopf zum Gesteinslöseort befördert und trägt dort zum Abtrag und Abtransport der Gesteinspartikel bei. Der Bohrspülungsdruck lässt sich in automatisierten Anlagen optimal steuern und mittels Datenaufzeichnung protokollieren.
Schlagwerk für größere Anwendungsbreite
Ein Schlagwerk auf HDD-Anlagen vergrößert die Einsatzmöglichkeiten der Maschinen enorm. Schwierige, schlechte, steinreiche und steinig durchsetzte Böden gibt es in Europa reichlich. Mehr als die Hälfte Europas weist felsigen Untergrund auf, die Verwitterungszonen darüber bilden oft nur karge und steinreiche Böden aus, die der Bodenklasse 4 und 5 zuzuordnen sind. Mit der Hilfe eines dynamisch schlagenden Hammerwerkes (1500 Schläge / Minute) lassen sich solche Bodenklassen durchbohren, zum Teil besteht sogar die Möglichkeit, stark aufgewitterten Fels der Bodenklasse 6 damit durchörtern zu können. Ansonsten ist die Bodenklasse 6 und 7 natürlich ein Fall für die HDD-Felsbohrtechnik mit Mudmotoren.
Moderne HDD-Anlagen sollten möglichst Alleskönner sein
Die Arbeitswelt von HDD-Anlagen liegt sowohl im innerstädtischen Einsatz für den Bau von Netzleitungen als auch im Freigelände für die Unterbohrung natürlicher und künstlicher Hindernisse. HDD-Anlagen müssen daher hochmobil sein, schonend zu hochwertigen Straßen-
oberflächen, zugleich jedoch beweglich auf unbefestigten Oberflächen im Freigelände. HDD-Anlagen sollen sowohl Lockergesteine der diversesten Art als auch Felsgesteinen von völlig unterschiedlichen Druckfestigkeiten durchbohren können. Eine Umrüstung vom Lockergesteinsbohrkopf auf einen Mudmotoreinsatz für Felsbohrungen muss daher so unkompliziert wie möglich sein. Auch unterschiedliche Geologie-Situationen innerhalb einer Bohrstrecke müssen ohne Aufwand bewältigt werden. Zugleich müssen HDD-Anlagen sanft und schonend völlig unterschiedliche Rohr- und Kabelmaterialien ins Erdreich einziehen können, ohne dass die Einziehprodukte weder in ihrem Innenleben noch sonderlich auf der Oberfläche Beeinträchtigungen erfahren. Der Einzug dieser Produkte muss überwach- und kontrollierbar sein, eine fortlaufende Erfassung der Zugkräfte muss also messbar sein. All dies können moderne HDD-Anlagen, sie liefern Datenerfassungen unterschiedlichster Art und dem Endkunden können fertig ausgedruckte Protokolle, wie über das Grundolog-System, geliefert
werden, die Automatisierung macht dies
möglich.
Neue Maschinen – kompakt und leistungsstark
Wie am Beispiel der Felsbohrung unter Mosel (Abb. 12) dargestellt, werden HDD-Anlagen immer kompakter gebaut. Die Technik im Inneren der Maschinen wird aufwendiger und leistungsstärker und insgesamt können mit neuen HDD-Anlagen Aufgaben bewältigt werden, für die vor wenigen Jahren nur größere und stärkere Maschinen in Frage kamen. Selbst mit kleinen Bohranlagen werden mittlerweile große Flüsse wie der Rhein bei Duisburg unterbohrt.
Das Innenleben der Maschinen ist unvergleichlich komplizierter geworden, aber auch die Feinheiten in der Mischtechnik für die Bohrsuspension verlangten eine aufwendigere Maschinentechnik. Zwischen den Maschinen vor 5 oder 6 Jahren und den heutigen liegt nahezu ein Generationensprung, die Systemtechnik einer heutigen HDD-Anlage umfasst das mindestens Dreifache der Bauelemente und –komponenten.
Einen ähnlich intensiven Techniksprung kennen wir nur von Personalcomputern und Mobiltelefonen. Es lohnt sich in jeder Weise, sich mit HDD-Anlagen der neuesten Generation intensiv auseinander zu setzen, die Vorteilswelt in diesem Bereich ist enorm geworden und trotz wesentlich komplizierterer Technik der Maschinen ist die Zuverlässigkeit und Bedienerfreundlichkeit erhöht worden. Gleiches gilt für den Maschinenservice und die Umweltfreundlichkeit.
Literatur:
BAYER, H.-J. (2005): HDD-Praxis-Handbuch, 196 S., Vulkan-Verlag, Essen.
BAYER, H.-J. & BANDERA, G. (2007): HDD applications in pipeline projects in Europe. – 3R international Special-Edition 2/2007, p. 75-81, Vulkan-Verlag, Essen.
BAYER, H.-J. & BUNGER, S. (2008): 1000 m HDD-Felsbohrung am Steilhang im Erdbebengebiet. 3R Int. 47, Nr.1/2008
DCA (Verband Güteschutz Horizontalbohrungen e.V., 2007, 3. Auflage): 113 S., Technische Richtlinien des DCA, Aachen.
Anschrift der Verfasser: Dipl.-Ing. Markus Hamers, Dipl.-Ing. Thomas Schauerte, Dr. Hans-Joachim Bayer, Tracto-Technik GmbH & Co KG, Postfach 4020, 57356 Lennestadt, www.tracto-technik.de