Eine effiziente Lösung für die Schall- und Schwingungsdämmung bei Wasserkraftwerken - HBT-ISOL
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R/Stehsatz/WE/26-11-2019/HBT-ISOL_Kohrmann
Wasserkraft & Energie 1/2020 1
Dr.-Ing. Mathias Kohrmann, Bremgarten/Schweiz
Eine effiziente Lösung
für die Schall- und Schwingungsdämmung
bei Wasserkraftwerken
Die HBT-ISOL AG aus Bremgarten/Schweiz ist von 19,2 auf 22,8 GWh gesteigert [2]. Die In-
seit 35 Jahren im Bereich des Ruheschutzes vestitionskosten betrugen etwa 26 Mio.
tätig. Zu den Spezialgebieten gehören die Franken [3].
Schwingungsisolation von Maschinen, elas
tische Gebäudelagerungen zum Schutz vor
bahninduzierten Schwingungen sowie die
schalltechnische Trennung bei Mischnutzun-
gen mit Gewerberäumen innerhalb von
Wohn- oder Bürogebäuden. Darüber hinaus
entwickeln die Fachingenieure der HBT-ISOL
AG auch individuelle Lösungen und beraten
während der Planungs- und Ausführungs-
phase. Durch eigene Montageteams stellt
die HBT-ISOL AG eine qualitativ hochwertige
Ausführung sicher.
Abb. 2: Turbinenrad der alten Pelton-Turbine [4]
Die neue Anlage (Abb. 3) weist eine Ausbau-
wassermenge von 1,5 m3/s bei einer Brutto-
fallhöhe von 549 m auf. Die alte eindüsige
Pelton-Turbine (Abb. 1 und 2) wurde durch
eine zweidüsige Variante (Abb. 3 und 4) er-
Abb. 1: Die alte Anlage des Kraftwerkes Chapfen-
see-Plons in der Schweiz vor der Sanierung [4]
Kraftwerk Chapfensee-Plons
In diesem Beitrag wird die technische Lösung
der schalltechnischen Entkopplung von Was-
serkraftwerken am Beispiel der Sanierung
und Erweiterung des Kraftwerkes Chapfen-
see-Plons vorgestellt. Die in den Jahren
1947/48 errichtete Anlage (Abb. 1) wies nach
rund 70 Jahren Betrieb zunehmend altersbe-
dingte Sicherheitsmängel auf. Im Zuge der
Sanierung wurde gleichzeitig eine Erweite-
rung mit einer effizienteren Nutzung des
vorhandenen Wassers umgesetzt [1]. Die Abb. 3: 3D-Visualisierung der neuen Anlage des
durchschnittliche Jahresproduktion wurde Kraftwerkes Chapfensee-Plons
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Abb. 4: Blick in die neue Pelton-Turbine
setzt. Die übrige Elektromechanik wurde rungs- und Körperschallemission der Anlage
ebenfalls erneuert [2]. reduziert werden, sodass die Belastung der
Bewohner auf ein Minimum reduziert wird.
Hauptemissionsquellen sind die Turbine, der
Aufgabenstellung Generator, der Kugelhahn sowie der tur
bulente Bereich des Unterwasserkanales
In unmittelbarer Nähe zu dem Kraftwerk be- (UWK).
findet sich ein Wohngebäude (Abb. 5). Im
Zuge der Sanierung soll auch die Erschütte- Eine Herausforderung stellt insbesondere die
Abb. 5: Luftbild des Kraftwerkes Chapfensee-Plons mit angrenzender Bebauung
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niedrige Nenndrehzahl der Turbine mit 750 den. Diese hohen Anforderungen sind aus-
min–1 dar, was einer tiefsten Anregefrequenz schließlich durch die Verwendung hoch-
von 12,0 Hz entspricht. wertiger geschlossen-zelliger Polyurethan-
schaum-Matten vom Typ Isoldyn® zu er
reichen.
Lösungsansatz
Der gewählte Lösungsansatz sieht eine elas
tische Entkopplung der Anlage vor (Abb. 6 Ausführungsdetails
und 7). Dazu wird der Unterwasserkanal Das mit Abstand kritischste Bauteil stellt der
als zweischalige Konstruktion mit elasti- Unterwasserkanal dar. Hier bestehen für
scher Zwischenschicht (sog. „Box-in-a-Box“- beide Schalen hohe Anforderungen an die
Lösung) ausgebildet, die Turbine sitzt auf Dichtheit des Betonbauwerkes. Auf den Be-
der inneren „Box“. Zusätzlich werden die ton drückt dabei nicht nur das Wasser im Ka-
Fundamente von Generator und Kugelhahn nal von innen, sondern auch das anstehende
elastisch gelagert. Grundwasser von außen. Dringt während
Jegliche Relativbewegung der einzelnen der Nutzungsdauer Wasser in die Lager
Komponenten muss ausgeschlossen werde, ebene ein, kann die Funktion der Schwin-
weshalb die Fundamente monolithisch aus- gungsisolation oder Körperschalldämmung
geführt oder über Steifen verbunden wer- reduziert oder gar negiert werden. Auch an
den. Zusätzlich wird das Druckrohr umman- dem Übergang zum ungelagerten Bereich
telt, um eine Körperschalleinleitung bei dem muss eine elastische und dennoch dichte
Durchdringen der Gebäuderückwand zu re- Fuge ausgebildet werden. Zudem bewirkt
duzieren. Die Entkopplung endet an dem die Turbine auf dem hinteren Teil der inne-
Fixpunkt, der sich hinter dem Gebäude be- ren „UWK-Box“ eine ungleichmäßige Last-
findet. Die Körperschall-Übertragung wird verteilung.
ab hier als zu vernachlässigen angenommen.
Für diesen Fall wurde von den Fachingenieu-
Um eine ausreichende Schwingungsisolation ren der HBT-ISOL AG eine Speziallösung ent-
zu gewährleisten, muss – unter Annahme ei- wickelt. Aufgrund der fein abgestuften
nes idealen Ein-Massen-Schwinger-Systemes Drucktypen der Isoldyn®-Matten kann die
– eine Abstimmfrequenz von ≤8,0 Hz erreicht Steifigkeit der Lagerung ideal angepasst
werden. Gleichzeitig muss die Stärke der (farblich getrennt in Abb. 8a) und so eine
Dämmschicht auf 50 mm begrenzt bleiben, gleichmäßige Einsenkung der inneren „Box“
um übermäßige Verformungen zu vermei- mit aufgesetzter Turbine erreicht werden.
Abb. 6: Schnitt der Anlage mit elastischer Trennung (rot markiert)
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Abb. 7: Grundriss der Anlage mit elastischer Trennung (rot markiert)
Wasserkraft & Energie 1/2020 5 a) b) c) d) Abb. 8: „Box-in-a-Box“-Lagerung des Unterwasserkanals mit geschlossen-zelligen Polyurethan- schaum-Matten Isoldyn®, Streifenlagerung (a + b) mit verlorener Schalung (c), bojakendicht abge- deckt mit zweilagiger PE-Folie (d)
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Ein weiterer Vorteil von Isoldyn® – neben der lichen Trennebenen das gemischt-zellige
tiefen Abstimmfrequenz – besteht darin, Isolmer® eingesetzt, welches auch bei gerin-
dass das geschlossen-zellige Material kein ger Auflast eine sehr gute Dämmwirkung er-
Wasser aufnimmt. Neben der Sohllagerung zielt.
der inneren „Box“ werden (bis zur Höhe des
Grundwasserspiegels) auch die Wände mit Essentiell für die Funktion einer elastischen
Isoldyn® entkoppelt (Abb. 8b). Um Undich- Lagerung sind darüber hinaus die An-
tigkeiten schnell zu erkennen und eventuell schlussdetails, weshalb die Ingenieure der
anfallendes Wasser zuverlässig und schnell HBT-ISOL AG hierauf besondere Aufmerk-
abführen zu können, wird die Sohllagerung samkeit legen. So müssen vor allem Stellen,
als Streifenlagerung längs zur Kanalachse an denen die Lagerebene durchdrungen
ausgeführt. Eingedrungenes Wasser kann so wird, sorgfältig geplant und ausgeführt wer-
in Richtung eines Pumpensumpfes abfließen. den. Einige Beispiele werden nachfolgend
aufgeführt.
Die Streifenlagerung wird mit einer verlore-
nen Schalung in Form von Stahlblechen ab- Abb. 11 zeigt die Einmündung des Bypass-
gedeckt (Abb. 8c). Rohres. Dieses führt seitlich am gelagerten
Bereich vorbei und durchdringt die Lager
Vor dem Bewehren und dem Betonieren ebene seitlich hinter der Turbine. Andere
wird die gesamte Lagerfläche mit zwei La- Leitungen kommen aus dem gelagerten und
gen PE-Folie abgedeckt, welche sorgfältig führen in den ungelagerten Bereich.
bojakendicht abgeklebt wird (Abb. 8d). So
stellen die Monteure der HBT-ISOL AG sicher, Wie aus Abb. 12 ersichtlich, müssen auch
dass beim Betonieren keine Körperschall- diese Leitungskanäle – falls keine ent
brücken erzeugt werden. Fehlstellen, welche sprechenden Kompensatoren vorgesehen
durch unsachgemäße Montage entstanden sind – auf der gesamten Länge entkoppelt
sind, können meist im Nachhinein nicht werden.
mehr geortet und in den seltensten Fällen
korrigiert werden. Die dichte und elastische Fuge am Übergang
zum ungelagerten Bereich im Unterwasser-
In ähnlicher Weise wird bei den Lagerebe- kanal wird wiederum mit Isoldyn® ausgebil-
nen für die Fundamente von Kugelhahn det und mit einer Speziallösung der HBT-
(Abb. 9) und Generator (Abb. 10) vorgegan- ISOL AG gegen mechanische Einwirkung ge-
gen. In diesen Bereichen wird für die seit schützt.
Abb. 9: Lagerebene Kugelhahn: Isoldyn® (grün und gelb) sowie Isolmer® (rot und orange)
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Abb. 10: Lagerebene Generator-Fundament, abgedeckt mit zwei Lagen PE-Folie
Zusammenfassung schaum Isoldyn® wird zudem eine hohe
Dämmwirkung erzielt. Speziell geschulte
Bei dem Wasserkraftwerk Chapfensee Plons/ und erfahrene Monteure und Ingenieure
Schweiz wurde im Rahmen der Sanierung stellen zudem eine technisch einwandfreie
eine schwingungs- und schalltechnische Ent- Ausführung unter Berücksichtigung kleinster
kopplung vorgesehen. Die HBT-ISOL AG hat Details sicher.
dazu eine technische Lösung entwickelt und
angewandt, um unabhängig von der Dicht- Gedankt sei an dieser Stelle für die hervor
heit des Betonbauwerkes die Funktion der ragende und kollegiale Zusammenarbeit mit
Dämmung sicherzustellen. Durch den Ein- der Emch+Berger AG sowie im Speziellen
satz von geschlossen-zelligem Polyurethan- Olivier Sarrasin für die Bereitstellung des Fo-
Abb. 11: Bypass-Rohr
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Abb. 12: Leitungskanäle
tomaterials. Dank gilt auch Erich Riget, Ge- 2. EW Mels – Kraftwerke erstrahlen im neuen
schäftsleiter des Elektrizitäts- und Wasser- Glanz. – www.kekgmbh.ch/content/aktuell/w7e3
werk Mels, für das Redigieren des Textes. 4040e1e1b000315e607715fc134e (abgerufen am
29.7.2019)
3. Kraftwerk Chapfensee wird saniert. – www.tag
blatt.ch/ostschweiz/kraftwerk-chapfensee-wird-sa
Referenzen niert-ld.994506 (abgerufen am 29.7. 2019)
1. Sanierung und Erweiterung Kraftwerk Chapfen- 4. Fotogalerie Stromproduktion. – www.ewmels.
see-Plons. – www.mels.ch/dl.php/de/562880c5681 ch/de/vorstellung/fotoalbum/welcome.php?action
db/Gutachten_Kraftwerk_Chapfensee-Plons.pdf =showgallery&galid=3148 (abgerufen am 29.7.
(abgerufen am 29.7.2019) 2019)
Abb. 13: Abdichtung des Unterwasserkanales
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