Modernisierung einer Tandem-Krananlage zum Heben gigantischer Lasten bei Revisionsarbeiten

Traglast Traglasterhöhung und Tandembetrieb im Wasserkraftwerk Jochenstein für das Heben und Transportieren kompletter Rotoren beschleunigt Inspektion und Wartung der Generatoren.

Für die Modernisierung der Krananlage im Wasserkraftwerk Jochenstein erhielt das CraneKit von STAHL CraneSystems den Zuschlag. Dessen Partner, der Kran- und Anlagenbauer Haslinger, übernahm die vollständige Planung, Fertigung, Montage und Inbetriebnahme. Mechanisch und steuerungstechnisch sind die neuen Krane eine absolute Sonderlösung. Nun können Rotoren mit einem Gewicht von 220 t ohne Demontage der Pole ausgehoben werden.

Weit im Deutschland und Österreich haben viele Gemeinsamkeiten, nicht nur hinsichtlich der Sprache und Kultur. Die Länder teilen sich mit der Zugspitze den höchsten Berg Deutschlands, doch auch der kleine Jochenstein verdient aus mehreren Gründen eine Erwähnung. Diese etwa neun Meter hohe Felseninsel befindet sich auf der deutschen Seite im Oberlauf der Donau. Um sie ranken sich so manche Legenden. Unter anderem heißt es, der Teufel habe durch eine Mauer in der Donau die österreichische Marktgemeinde Engelhartszell überfluten wollen und deshalb einen großen Stein in den Fluss geworfen. Ob diese Geschichte tatsächlich stimmt, muss noch geklärt werden. Fakt ist jedoch, dass sich genau hier ein Laufwasserkraftwerk befindet, das seinen Namen der Felseninsel Jochenstein verdankt.

Die technischen Anlagen des Wasserkraftwerks Jochenstein liegen sowohl in Niederbayern (Marktgemeinde Untergriesbach) als auch in Oberösterreich (Engelhartszell). Fußgänger und Radfahrer können seit etwa 1990 auf dem Stauwehr die Donau ganzjährig überqueren. Geplant wurde der Bau des Kraftwerks bereits Anfang der 1950er Jahre unter der Leitung der Donaukraftwerk Jochenstein AG (DKJ). Die Inbetriebnahme der ersten drei Maschinensätze erfolgte im Jahr 1955, kurze Zeit später kamen zwei weitere Maschinensätze hinzu. Im Jahr 2013 gingen die Anteile des deutschen Stromkonzerns E.ON. an die Verbund AG, Wien (Österreich), die die Anlage seither betreibt.

Das Kraftwerk Jochenstein hat eine Fallhöhe von knapp 10 m und erreicht nach offiziellen Angaben ein mittleres Jahresarbeitsvermögen von 850 Millionen kWh. Die beweglichen Elemente des Stauwehrs sind nahe dem österreichischen Ufer angeordnet. Die Schiffschleuse und die Schaltanlage liegen auf der bayerischen Seite. Das Krafthaus mit den Turbinen befindet sich in der Flussmitte auf der Felseninsel.

Regelmäßige Revisionen der Turbinen und Generatoren

Die fünf Maschinensätze verfügen über Kaplan-Turbinen mit Durchmessern von 7,4 m, die alle noch aus den 1950er Jahren stammen. Diese arbeiten mit fünf Drehstrom-Synchrongeneratoren zusammen. Die Rotoren in den Generatoren sind zwar nicht unmittelbar dem Flusswasser ausgesetzt, dennoch müssen sie in bestimmten zeitlichen Intervallen für Revisionszwecke (Inspektions- und Wartungsarbeiten) ausgehoben werden, beispielsweise um Lager, Wicklungen und andere Komponenten zu prüfen, Unwuchten zu beheben und thermisch beanspruchte Isolierungen auf Beschädigungen und Alterung zu überprüfen. Hinzu kommen Reinigungsarbeiten, denn zwischen Rotor und Stator können sich Schmutz und Ölreste ansammeln, die entfernt werden müssen, um eine optimale Leistung zu erzielen.

Für das Bewegen von Lasten, speziell beim Ausheben der Rotoren aus den Generatoren und zum Abtransport entlang des Stauwehrs, war bislang eine Krananlage mit einer Tragkraft von 75.000 kg vorhanden – im Tandembetrieb konnten also 150.000 kg gehoben werden. Da jeder einzelne Rotor aber ein Gewicht von 220 t auf die Waage bringt, mussten für den Aushub jedes Mal alle Pole am Rotor demontiert werden, um das Gewicht zu reduzieren. Das nahm viel Zeit in Anspruch und führte bei der Revision zu hohen Kosten. Deshalb hat die Verbund AG nach einer Lösung zur Traglasterhöhung der Krananlage gesucht, um den kompletten Rotor ohne Demontage der Pole ausheben zum Zwischenlager transportieren zu können.

STAHL CraneSystems spielte im Entstehungsprozess der neuen Anlage und während der gesamten Projektdauer eine entscheidende Rolle. Dessen Partner, die Haslinger Metallbau + Krantechnik in Alderbach, übernahm die vollständige Planung, Fertigung, Montage und realisierte die termingerechte Inbetriebnahme im Herbst 2024. In der Schweißtechnik spielt die Haslinger Gruppe längst in der obersten Liga. Für den Kranbau bietet das Unternehmen komplette Paketlösungen aus einer Hand – von der Planung über den Stahlbau bis hin zur Montage. Als zertifizierter Partner kann Haslinger bei allen Aufgabe- oder Fragestellungen sowie bei der SPS-Programmierung auf das Know-how des STAHL CraneSystems Engineering-Teams zugreifen.

Unveränderte Kranbahn durch lastabhängige Positionierung

Die Herausforderung im Kraftwerk Jochenstein bestand darin, bei gleichbleibenden Radlasten die Traglast auf 120.000 kg pro Kran zu erhöhen. Zudem sollten die Anfahrmaße, die durch die alte Krananlage vorgegeben waren, eingehalten werden. Außerdem ändert sich beim Fahrwechsel vom geraden Bahnbereich in das Bogenstück die Spannweite der Kranbahn. Daher hat der Kopfträger, der den Kranträger mit den Laufwerken verbindet, eine Konstruktion mit speziellen Rädern.

In der Mitte der Kranbrücke hat die Laufkatze einen Verfahrbereich von 5470 mm. Der Bereich wurde exakt so definiert, dass er den Aushub des Rotors ermöglicht. Die Seiltrommel mit einem Durchmesser von 800 mm besteht nun aus Blech anstatt aus dem serienmäßigen Rundrohr mit 610 mm. Um die Last gleichmäßig zu verteilen, kommen Traversen zum Einsatz. Die Radlasten bleiben durch ein Eingrenzen der Maximallast auf die Mitte der Kranbrücke unverändert. Hierzu wurde eine spezielle Betriebsart eingerichtet, die per Sicherheitsschaltung eine Fahrt mit 120.000 kg nur in diesem Mittenbereich erlaubt. Somit konnte die alte Kranbahn ohne aufwändige Änderungen genutzt werden, obwohl der Kran nun deutlich höhere Lasten transportieren kann. Anstatt klassischer Fahrendschalter erkennen Sicherheitsdrehgeber die Positionen der Hubwerke. Durch diese wurde zusätzlich eine positionsabhängige Überlasterkennung realisiert, wodurch ein Performance Level PLd erreicht werden konnte.

Nun können Rotoren mit 220 t ohne Demontage der Pole ausgehoben werden. Das spart erheblich Zeit und senkt die Kosten bei der Inspektion und Wartung der fünf Maschinensätze. Nach dem Aushub wird der Rotor auf die gegenüberliegende Donauseite transportiert und dort für den Zeitraum der Revision zwischengelagert. Die Gesamtkranbahnlänge vom Krafthaus bis hin zum österreichischen Ufer beträgt etwa 250 m. Der gelegentliche Betrieb im Freien erforderte eine Spezifizierung der Anlage für einen Umgebungstemperaturbereich von -10 °C bis 40 °C.

Doppelte Last im Tandembetrieb

Im Tandembetrieb können doppelte Lasten gehoben werden, nun also 240 t – das ist ausreichend für die Rotoren einschließlich ihrer Pole. Der Tandembetrieb ermöglicht ein effizientes Handling der Rotoren und ihren sicheren Transport aus der Krafthalle und über das Stauwehr. Früher waren für den Tandembetrieb zwei erfahrene Kranführer erforderlich, die in enger Abstimmung zusammenarbeiten mussten, um die schweren bzw. sperrigen Lasten sicher und präzise zu navigieren. Heute werden für den Tandembetrieb zunehmend Funksteuerungen genutzt, um die Bewegungen der Krane und Katzfahrwerke zu koordinieren, wobei verschiedene Betriebsarten ausgewählt werden können. Die Funkfernsteuerung ist im Datenbus des Kranes eingebunden. Beide Krane kommunizieren über ein Industrie-WLAN miteinander und ermöglichen so den Tandembetrieb.

Die Krane verfügen über ein Hilfshubwerk mit einer Tragkraft von 16.000 kg, das ergänzend zum Haupthubwerk eingesetzt und gemeinsam mit diesem im Katz-Tandembetrieb gesteuert wird. Das Hilfshubwerk dient vor allem dazu, Lasten bei empfindlichen Hebevorgängen oder Montagearbeiten im Doppellastbetrieb präzise zu bewegen. Es ermöglicht flexibles Arbeiten, spart Zeit und erhöht die Effizienz des gesamten Kransystems. Als sogenannte Bergewinde hat es auch eine Zulassung für den Personentransport. Der Hilfshub hat zwei Lastmesssysteme: eines für die regulären Lasten und eines für den Betrieb des Arbeitskorbes. Je nach Betriebsart werden die Signale in der Steuerung (SPS) verarbeitet.

Mechanische und programmiertechnische Sonderlösung

Das Hubwerk verfügt über Last- und Drehzahlsensoren, Endschalter und Aktoren, die (abgesehen vom Drehzahlsensor) alle im Datenbus des Kranes eingebunden sind. Anstelle einer fest verdrahteten Steuerung kommt eine programmierbare Komplettsteuerung KSK-S zum Einsatz. Das System ist modular erweiterbar und es ergeben sich Möglichkeiten zur Teilautomatisierung. Das Monitoring beim Verfahren des Krans oder des Lastaufnahmemittels wird verbessert. Fehlermeldungen und Betriebszustände werden über eine eigens programmierte Benutzerschnittstelle (Human Machine Interface) ausgegeben und im Display grafisch dargestellt.

Fazit

Die neue Krananlage im Wasserkraftwerk Jochenstein ist seit Herbst 2024 in Betrieb. Der neue Kran wird nun für viele Schwerlast-Transporte im Wasser-kraftwerk Jochenstein verwendet. Mechanisch und programmiertechnisch handelt es sich um eine Sonderlösung, die für die Verbund AG maßgeschneidert wurde. Ein besonderer Vorteil des STAHL CraneKits liegt in seiner Flexibilität, mit der es sich leicht an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen lässt. Der Aushub des gesamten Rotors wurde erstmals Ende November 2024 erfolgreich durchgeführt. Aufgrund der hervorragenden Resultate sind bereits weitere Projekte mit der Verbund AG geplant.

Autoren

Heike Metzger ist Senior Specialist Sales Enablement bei STAHL CraneSystems
in Künzelsau in Zusammenarbeit mit Karl Haslinger, Geschäftsführer der Haslinger GmbH Metallbau in Uttigkofen.

Bilder und Bildunterschriften

Tandem-Krananlage im Kraftwerk Jochenstein für große Lasten.

Die Krananlage befördert verschiedene Lasten im Innen- und Außenbereich.

Sonderkonstruktion: 800-mm-Seiltrommel aus Blech anstatt serienmäßigem Rundrohr.

Das Hilfshubwerk für den Katz-Tandembetrieb hat eine Zulassung für den Personentransport.

Steuerungsschrank (rechts) im Bedienfeld zur komfortablen Auswahl der Betriebsarten.

Krafthaus mit fünf Maschinensätzen, die schon seit den 1950er Jahren im Betrieb sind.

Die Generatoren im Krafthaus haben einen Durchmesser von über 7 m.

Aushub des Rotors aus dem Generator ohne Ausbau einzelner Pole.

Weitertransport des Rotors zur österreichischen Seite.

Zwischenlagerung des Rotors während der Revision.