In die Tiefe gehen: Fortschritte in der Bohr- und Gründungstechnik

Aug 24, 2023

Von Catrin Jones, 5. Juni 2023

Die Elektrifizierung findet im gesamten Baugewerbe statt und der Bohr- und Fundamentsektor bildet da keine Ausnahme, aber die Reise hat gerade erst begonnen, berichtet Catrin Jones.

Die Bauindustrie baut mutiger, höher und raffinierter als je zuvor. Der Schlüssel zum Erfolg eines Gebäudes hängt weitgehend davon ab, wie stabil die Fundamente und der Untergrund sind. Bohr- und Fundamentgeräte müssen in der Lage sein, einzigartige Herausforderungen zu bewältigen, wie zum Beispiel das Bohren durch hartes Gestein oder den Betrieb unter extremen Wetterbedingungen.

Eva-Leena Varpe, Produktmanagerin für Oberflächenbohrungen bei Sandvik, weiß, wie wichtig zuverlässige Ausrüstung ist und sagt, dass Sandvik seine Bohrer strengen Tests unterzieht, bevor sie auf den Markt kommen.

„Sowohl Werks- als auch Standorttests sind ein Standardbestandteil unserer Produktentwicklungsprojekte. Wir verfügen in der Fabrik über hervorragende Einrichtungen, in denen wir alle unsere Produkte auf Komponenten- und Produktebene testen“, sagt sie.

„In unserem Testbergwerk verfügen wir über die Möglichkeit, Komponententests durchzuführen, zum Beispiel Dauertests. Wir nutzen auch Tests von Drittanbietern, wenn uns Werkzeuge oder Testmethoden fehlen oder wenn ein Testbericht eines Drittanbieters erforderlich ist.“

Varpe fügt hinzu, dass Site-Tests in Zusammenarbeit mit den Benutzern ihrer Sites durchgeführt werden. Sandvik wählt sorgfältig Teststandorte aus, die anspruchsvolle Umgebungen für die Anlage darstellen. Die Testphase dauert mehrere Monate und umfasst das ganze Jahr über alle Jahreszeiten und Wetterbedingungen.

„Zusätzlich zu entwicklungsprojektbezogenen Tests überwachen wir unsere Bohrgeräte ständig vor Ort und sammeln Feedback. Alle unsere Bohrgeräte werden im Werk Tampere in Finnland unter realen Gesteinsbedingungen getestet, bevor sie an den Benutzer geliefert werden.“

Bohrarbeiten können erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und die umliegende Stadtlandschaft haben – sowohl Bauunternehmer als auch Gerätehersteller suchen zunehmend nach Möglichkeiten, diese zu reduzieren.

„Sandvik verfolgt die Entwicklung und Umsetzung von Umweltanforderungen genau und bewertet unsere Einhaltung dieser. Sandvik hat sich als Unternehmen der Science Based Targets-Initiative verpflichtet, die einen klar definierten Weg zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen bietet“, fügt Varpe hinzu.

„Dies hilft uns, ehrgeizige Ziele zu schaffen, die mit den neuesten wissenschaftlichen Erkenntnissen in Einklang stehen, und zu planen, was in der Zukunft geschieht. Wir sind uns bewusst, dass Nachhaltigkeit ein umfassendes Konzept ist und es viele Möglichkeiten gibt, Auswirkungen auf die Umwelt zu beeinflussen und zu minimieren.“

Für Sandvik ist der größte und offensichtlichste zu berücksichtigende Umweltfaktor der CO2-Ausstoß, der beim Betrieb der Maschine entsteht. Laut Varpe ist die Entwicklung alternativer Energiequellen eine der effizientesten Möglichkeiten zur Reduzierung der CO2-Emissionen.

„Elektrifizierung ist eine Option und ein Weg auf dem Weg zur Emissionsfreiheit. Gemäß unserer Vision wird der Geschäftsbereich Sandvik Surface bis 2030 ein komplettes Sortiment an elektrifizierten Bohrlösungen für alle Bohrlochgrößen und Bohranwendungen anbieten.“

Liebherr arbeitet auch intensiv an der Entwicklung elektrischer Lösungen – das Rammgerät LRH 100.1 des Unternehmens ist eines der neuesten Modelle der elektrisch angetriebenen Unplugged-Serie.

Ausgestattet mit einem Hammer H 6 der neuesten Generation hat das Unternehmen nach eigenen Angaben seinen ersten Einsatzort in Schweden gefunden. Das Unternehmen Hercules Grundläggning AB rammt mit diesem Modell rund 300 Betonpfähle in den Boden.

Laut Liebherr verfügt der LRH 100.1 unplugged über einen großen Arbeitsbereich mit einem Radius von bis zu 8,7 m, was für den Anwender von Vorteil ist, da die Maschine nicht ständig bewegt werden muss. Die Konstruktion des Mäklers ermöglicht Neigungen von bis zu 18° in alle Richtungen mit der Möglichkeit, den Mäkler um 4 m anzuheben oder abzusenken – und erhöht so die Flexibilität der Maschine.

Für die Rammarbeiten hat Hercules Grundläggning AB den LRH 100.1 unplugged mit einem Liebherr-Hammer vom Typ H 6 ausgestattet. Der modulare Hammer kann je nach Anforderung mit Fallgewichten zwischen 3.000 kg und 6.000 kg eingesetzt werden.

Auf einer Baustelle im schwedischen Karlstad werden Pfähle mit einem Gewicht von 5.000 kg aus einer Fallhöhe von 40 cm in den Boden gerammt.

„Hier verwenden wir einen Freifallhammer, d. h. er wird nicht beschleunigt. Den Leistungsverlust kompensieren wir nur mit den Zylindern. Das hat vor allem beim Eintreiben von Betonpfählen den Vorteil, dass diese nicht so stark beschädigt werden wie beim mit beschleunigten Hämmern“, erklärt Liebherr-Produktmanager Michael Rajek.

Je nach Pfahllänge sind für jeden Pfahl zwischen 800 und 1.500 Hammerschläge nötig. Rajek sagt: „Die Steuerung ist so konzipiert, dass der Bediener nun die Rammenergie und die Schlagzahl unabhängig voneinander anpassen und sich so optimal an die Gegebenheiten anpassen kann.“

Der von Hercules Grundläggning AB verwendete Hammer gehört zur neuesten Generation der Liebherr-Serie. „Wir haben mehr oder weniger die gesamte Architektur des bestehenden H 6-Hammers geändert. Die neue Stahlkonstruktion ist speziell auf Steifigkeit, Langlebigkeit und Zuverlässigkeit ausgelegt“, fügt Rajek hinzu.

Durch die Neukonstruktion des Hammers soll die Geräuschemission um 35 % reduziert worden sein.

Laut Liebherr verfügt der elektrohydraulische Antrieb des LRH 100.1 unplugged über die gleichen Leistungsdaten wie die konventionelle Variante. Die Bedienung erfolgt bei beiden auf die gleiche Art und Weise, was für Maschinenbediener praktisch sein kann, wenn sie zwischen Maschinen wechseln müssen.

Da die Maschine über einen Elektroantrieb verfügt, ist sie emissionsfrei und äußerst leise und eignet sich daher für lärmsensible Regionen oder städtische Baustellen. Das Aufladen der Batterie erfolgt über eine herkömmliche Baustellenstromversorgung, der Betrieb kann jedoch während des Ladevorgangs normal weiterlaufen.

Ein weiteres Unternehmen, das seine Produkte für die Zukunft entwickelt, ist die in Deutschland ansässige Bauer Maschinen Gruppe – das Unternehmen produziert eine breite Palette von Grundbaugeräten. Dr. Rüdiger Kaub, CEO von Bauer Maschinen, glaubt, dass elektrische Energie der Schlüssel für die Zukunft der Baumaschinen ist, sagt aber, dass es mehr staatlicher Anreize bedarf, um die Branche zum Umstieg zu bewegen.

„Unsere Kunden nehmen das Thema Nachhaltigkeit sehr ernst. Das besteht kein Zweifel. Aber sie müssen ihre Projekte kalkulieren und sie müssen ihre Projekte profitabel betreiben „Eine normale Baustelle, weil sie noch relativ neu ist“, sagt Kaub.

„Ein solches Kabel auf einer normalen Baustelle zu handhaben, ist mit zusätzlichem Aufwand und damit zusätzlichen Kosten verbunden. Es gibt Unternehmen, die beim Thema Nachhaltigkeit den nächsten Schritt gehen, aber sie müssen die Vorteile sehen.“

Marcus Leü, globaler Produktmanager bei Epiroc, stimmt zu, dass Vorschriften ein wesentlicher Treiber für die Entwicklung elektrischer Lösungen sein werden. „Wir sehen sehr deutlich, dass wir heute den Lärm und den Staub reduzieren müssen, um in die Städte zu gelangen“, sagt er.

„Es gibt einige Städte, in die man ohne Lärmminderungskits nicht hinein darf. Wir haben neue Lärmminderungskits entwickelt, die leichter und stabiler sind, um den Anforderungen in diesen Städten gerecht zu werden.“

Epiroc hat kürzlich den SmartROC T25 R auf den Markt gebracht, ein funkferngesteuertes Bohrgerät, das auf einer neuen Plattform basiert. Die Maschine wird zunächst für den schwedischen und den norwegischen Markt eingeführt, es ist jedoch geplant, sie später im Jahr weltweit einzuführen, wobei der nordamerikanische Markt voraussichtlich einen großen Teil des Umsatzes ausmachen wird.

Leü erzählt International Construction, dass das Unternehmen bei der Konstruktion des Bohrgeräts vier Hauptwerte im Auge hatte: Geländegängigkeit und Stabilität; Vielseitigkeit; Digitalisierung und Umwelt.

Er sagt, dass das neue Modell eine bis zu dreimal größere Abdeckungsfläche als das Vorgängermodell hat und außerdem vielseitiger ist, sodass ein Bauunternehmer vom Grabenbohren zum Fundamentsprengen oder zum Straßenschneiden wechseln kann.

Auch neue Technik wurde in die Maschine integriert. „Die Maschine ist ferngesteuert; sie bietet Ihnen die volle Funktionalität der Bohrinseln. Sie haben einen Überwachungsbildschirm an Bord. Sie können alles von der Fernbedienung aus bedienen und überwachen.“

Diese Technologie ist nicht neu, aber die Datenmenge, die der Bediener überwachen kann, ist viel größer als zuvor. Lei sagte, sie hätten „die Informationen und die Kontrolle verbessert“.

Die zunehmende Digitalisierung von Bohr- und Gründungsgeräten sowie Technologien wie Fernbedienungen sowie Maschinen, die weniger Emissionen ausstoßen, wird in Zukunft nur noch zunehmen.

Eine Möglichkeit, mehr elektrische Maschinen zu fördern, besteht darin, Subventionen zu entwickeln, um die Kosten für Unternehmen zu senken, die sich dafür entscheiden, zumindest einen Prozentsatz ihrer Baumaschinen elektrifiziert zu lassen. Dennoch wird die Veränderung Zeit brauchen – sie wird nicht über Nacht geschehen.

„Es wird einige Zeit dauern, bis die Branche wirklich mehr und mehr in die Elektrifizierung einsteigt. Aber sie wird kommen, sei es Batterie, direkter Elektroantrieb oder mit Wasserstoff betriebene Brennstoffzelle. Wir werden alle möglichen Kombinationen sehen, wir werden diesen Wandel auf jeden Fall erleben.“ „Aber es wird Jahre dauern“, sagt Kaub. Er fügt hinzu, dass Maschinen jetzt „Datenwerkzeuge“ seien.

„Meine große Vision ist, dass unsere Maschinen am Ende vollständig ferngesteuert und größtenteils automatisiert arbeiten müssen“, sagt er. „Wir arbeiten an immer mehr dieser Assistenzsysteme … unsere Vision ist, dass wir den Bediener wegnehmen und er vielleicht in einem Büro sitzt und einen großen Bildschirm hat, der drei Maschinen beobachtet. Wir müssen immer noch den Menschen haben, der zuschaut.“ "

Zur technologischen Weiterentwicklung sagt Leü: „Der Trend ist klar, die Nachfrage nach mehr Bohrdaten steigt.“

Er fügt hinzu: „Wir werden in Zukunft einen wachsenden Bedarf an Automatisierung sehen. Wir sehen es bereits auf der Minenseite. Die Bauseite hinkt um Jahre hinterher, weil sie komplizierter ist, mehr Maschinen, mehr Menschen. Aber sicher wird es autonome Systeme geben.“ Bohrinseln in der Zukunft. Fünf Jahre, 10 Jahre, 20 Jahre, ich weiß es nicht. Aber wir sind bereit.“

Während sowohl Nachhaltigkeit als auch die Elektrifizierung von Baumaschinen heiße Themen in der Branche sind, wird es einige Zeit dauern, bis die Lösungen, die auf der Baustelle der Zukunft benötigt werden, vollständig entwickelt sind. Es besteht jedoch wenig Zweifel daran, dass die Veränderungen bereits im Gange sind.

Das Rammgerät installierte vier 30 Meter tiefe Pfähle im Rahmen eines Versuchs, der in Zusammenarbeit mit Skanskas Pfahl- und Bodenbauunternehmen Cementation Skanska, dem Wasserstoffbrennstoffunternehmen ULEMco und dem Business Research Establishment durchgeführt wurde.

Das durch den BEIS Phase 1 Red Diesel Replacement-Wettbewerb finanzierte Projekt nutzt ein Dual-Fuel-System, das die Mischung von Diesel und Biokraftstoffen (HVO) mit Wasserstoff ermöglicht. Dadurch wird Kraftstoff durch Wasserstoff ersetzt, was zu geringeren CO2-Emissionen und einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs führt.

HS2 meldet eine Reduzierung des herkömmlichen Kraftstoffverbrauchs um 36 % aufgrund der Wasserstoff-Dual-Brennstoff-Haufenanlage. Darüber hinaus sind 19 HS2-Standorte komplett dieselfrei geworden.

Andrea Davidson, Leiterin der Umweltwissenschaften bei HS2, sagte: „HS2 treibt weiterhin einen positiven Wandel im Bausektor voran und bietet ein wichtiges Umfeld für die Entwicklung des realen Einsatzes der Wasserstoffenergietechnologie.“

„Die Entwicklung von Dual-Fuel-Systemen, mit denen bestehende Geräte so angepasst werden können, dass sie mit saubereren, kohlenstoffarmen Energiequellen betrieben werden können, könnte im gesamten Bausektor bahnbrechend sein.“