AICHELIN-Tochter EMA Indutec beliefert Schiffshebewerk in China

Drei-Schluchten-Staudamm: Ein deutsch-chinesisches Projekt der Superlative

Meckesheim/Wuhan (pts015/26.02.2019/10:30) – Seit mehr als zwei Jahren läuft der Probebetrieb des weltweit größten Schiffshebewerks am Jangtse-Fluss in der chinesischen Provinz Hubei. Durch dieses Vertikalhubwerk können Schiffe mit einer Verdrängung von bis zu 3.000 Tonnen den Drei-Schluchten-Staudamm binnen einer Stunde überqueren. Die AICHELIN-Tochter EMA Indutec lieferte die Härteanlagen für die gewaltig dimensionierten Zahnstangen des Schiffsaufzugs.

Der Wasserspiegel hinter dem Damm ist bis zu 113 Meter höher als der Fluss stromabwärts. Zur Überwindung dieser Höhe braucht es einen Schiffslift mit Wasserbecken (Trog) von 120 Metern Länge, 18 Metern Breite und 3,5 Metern Tiefe. Die Schiffskammer, ihre mechanischen Systeme und das Wasser wiegen insgesamt mehr als 15.500 Tonnen.

Das Schiffshebewerk wurde als Ergänzung zur fünfstöckigen Schiffsschleuse installiert, die ebenso die größte der Welt ist und seit 2003 in Betrieb steht. Seither hat sich das Frachtaufkommen über den Staudamm von knapp 35 Mio. auf über 140 Mio. Tonnen im Jahr vervierfacht. Der Anstieg ist auf den boomenden Wassertransportsektor entlang der Bergregionen der Drei Schluchten und der angrenzenden südwestlichen Region Chongqing zurückzuführen.

Früher brauchte ein Schiff etwa drei bis vier Stunden, um den Damm über die Schleuse zu passieren. Das Schiffshebewerk verkürzt diese Zeit auf etwa 40 Minuten bis zu einer Stunde. Der Antrieb des Schiffstroges erfolgt dabei über vier Zahnräder, die jeweils an einer 113 Meter hohen Zahnstange laufen. Für die Wärmebehandlung dieser riesigen Metallkonstruktionen lieferte die Meckesheimer Aichelin-Tochter EMA Indutec GmbH eine Härtemaschine, die speziell für die Zahnlückenhärtung der gewichtigen Zahnstangensegmente konzipiert wurde.

Zahnstangen statt Seilzugsystem
Das Drei-Schluchten-Projekt ist ein multifunktionelles Wasserkontrollsystem, das aus einem 2.309 Meter langen und 185 Meter hohen Staudamm, einer fünfstöckigen Schleusen-Anlage, 32 Wasserkraft-Turbogeneratoren und einem Schiffshebewerk besteht. Ursprünglich war ein Seilzug-Schiffshebewerk geplant. Die chinesischen Experten waren jedoch besorgt über das kolossale Ausmaß und entschieden dann, Zahnstangenantriebe und Schraubensicherungen aus deutscher Produktion zu verwenden. Der Bau wurde 2008 aufgenommen.

Die Erhöhung der Transportkapazitäten auf dem Jangtse, Chinas längstem Fluss, war neben Hochwasserschutz und Stromerzeugung Hauptgrund für das Drei-Schluchten-Projekt. Zuvor waren die Oberläufe des Jangtse für große Schiffe gesperrt, da der Fluss zu eng und zu flach war, während seine vielen gewundenen und turbulenten Abschnitte auch für kleinere Boote gefährlich waren. Der Damm verbesserte die Schifffahrt erheblich, da er mithilft, die Wasserstände während der Hochwasser- und Trockenzeiten besser zu regulieren.

Laut Schifffahrtsbehörde fuhren bereits 2015 täglich bis zu 150 Frachtschiffe mit über 300.000 Tonnen Gütern durch die Schleuse, mehr als acht Mal soviel als 2003, als sie eröffnet wurde. Die Nachfrage nach Flusstransporten wird noch weiter zunehmen, sind Wirtschaftsfachleute überzeugt, da China den Jangtse-Wirtschaftsgürtel zu einem Schwerpunkt seiner nationalen Entwicklungsstrategie für Flussgebiete gemacht hat.

Der Beitrag von EMA Indutec
Der Trog zur Hebung der Schiffe hängt zwischen vier Stahlbetontürmen, die eine Höhe von 169 Metern haben. Als Trogantrieb wurde eine Ritzelkonstruktion gewählt, bei der vier am Trog befestigte Zahnräder über Zahnstangen am Massivbau der Türme laufen. Für die Härtung dieser Zahnstangen hat EMA Indutec die bisher größte Ringhärtemaschine für Laufbahn- und Einzelzahnhärtung entwickelt, konstruiert und produziert.

Die einzelnen Segmente der Zahnstangen werden auf separaten Werkstückhalterungen abgelegt, die einzelnen Zähne im Einzelzahn-Zahnlückenverfahren gehärtet. Waren Größe und Gewicht eines Segments (circa 5 Meter lang x 0,8 Meter breit, Gewicht circa 12 Tonnen) für die Konstruktionsabteilung noch relativ leicht zu adaptieren, so stellte das Verzahnungsmodul von 62,7 Tonnen die Abteilung Verfahrensentwicklung der EMA Indutec vor eine große Herausforderung. Eine Verzahnungstiefe von 140 Millimetern war bisher nicht bekannt.

Da die Maschine nach der Fertigung der Zahnstangen für das Schiffshebewerk auch für andere Härteanwendungen zur Verfügung stehen sollte, wurde ein Portal mit zwei Bearbeitungsstationen gewählt. Herkömmliche Anwendungen für diese Art von Maschinen sind etwa das Laufbahnhärten von Großwälzlagern sowie Innen- und Außenverzahnungen von großen Zahnrädern. Hierfür wurden an einer massiven Werkstuckhalterung von circa 16 Tonnen Gewicht jeweils zwei Zahnstangen „aufgespannt“.

Die gesamte Beladungseinheit mit einem Gewicht von circa 34 Tonnen, bestehend aus Werkstückträger und den beiden, quasi „Rücken an Rücken“ aufgespannten Zahnstangen, wurde nun zwischen den beiden Bearbeitungsstationen auf entsprechende massive Halterungen aufgelegt und jedes Rack von den gegenüberliegenden Stationen abgearbeitet.

Für die außergewöhnliche Modulgröße 62,7 mit einer Gesamt-Zahntiefe von 140 Millimetern und die geforderte Einhärtetiefe von 6 bis 8 Millimeter war auch ein neues Induktorkonzept zu entwickeln, das auf dem Design der bekannten Einzelzahninduktoren aufbaute. Das gewünschte Verfahren war das sogenannte „Zahnlückenhärten“, bei dem der Grund umlaufend mitgehärtet wird, die Zahnspitze selbst jedoch ungehärtet bleibt. Da während der Entwicklungsphase Spannungsrisse im Zahngrund (eines der größten Risiken bei diesen großen Verzahnungen) auftraten, musste zusätzlich auch noch das Brausekonzept neu ausgearbeitet werden.

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Titelfoto: Das Schiff im Inneren des Hebewerks überwindet 113 Meter Höhe in einer Stunde. Der Antrieb des Schiffstroges erfolgt über vier Zahnräder, die an einer 113 Meter hohen Zahnstange laufen.
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