Kupplungen im Pumpwerk Herzklappen für das Pumpwerk: Auf die Kupplung kommt es an

Autor / Redakteur: Sina Odenwald* / Dominik Stephan

Das leisten Kupplungen im größten Pumpwerk des Abwasserkanals Emscher – 2021 endet eines der spektakulärsten Projekte zur ökologischen Umgestaltung eines völlig zerstörten Flusssystems. Der Flusslauf der Emscher wird von der Emschergenossenschaft von einem offenen Abwasserkanal zu einem lebendigen Gewässer umgestaltet. Hinter dem einzigartigen Emscher-Umbauprojekt steht modernes Engineering und der feste Wille, Mensch und Natur wieder zu vereinen.

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Kann sich sehen lassen: Radweg entlang der renaturierten Emscher bei Oberhausen.
Kann sich sehen lassen: Radweg entlang der renaturierten Emscher bei Oberhausen.
(Bild: ©mitifoto - stock.adobe.com)

Die Superlative im Zusammenhang mit der Wiederbelebung der Emscher überschlagen sich: 80 Kilometer Umgestaltung von der Quelle bis zur Mündung, 30 Jahre Laufzeit, 100 Jahre Mindestnutzungsdauer, 73 Kilometer Neubau des unterirdischen Abwasserkanals Emscher, bis zu 40 Meter Tiefenlage, Abwässer von 2,2 Millionen Menschen, vier Groß-Klärwerke, drei Pumpwerke, rund fünf Milliarden Euro Investitionsvolumen – es gab weltweit nie ein vergleichbares Projekt zur ökologischen Umgestaltung eines ganzen Flusssystems.

Dafür wurde mit dem Abwasserkanal Emscher (AKE) eine gigantische unterirdische Hauptschlagader errichtet. Diese verläuft auf 51 Kilometern und unterfährt in einer Tiefe von bis zu 40 Metern Autobahnen, Straßen, den Rhein-Herne-Kanal sowie Bahntrassen und Industriegebiete. Der Kanal benötigt ein Gefälle von 1,5 Promille und startet in Dortmund in acht Metern Tiefe. Würde das Gefälle einfach fortgesetzt, käme der Kanal am Ziel in Dinslaken in 80 Metern Tiefe an, was erhebliche Kosten verursachen würde. Deshalb sind drei Groß-Pumpwerke in Gelsenkirchen, Bottrop und Oberhausen zwischengeschaltet, die das Abwasser punktuell heben und den Klärwerken zuführen. Der Hauptkanal kann somit das Gefälle halten und ist trotzdem tief genug, um das rund 400 Kilometer lange, zuführende Seitenkanalsystem im freien Gefälle zufließen zu lassen.

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Herzschlag im Pumpwerk: Hier kommt Leben in die Emscher

Die Pumpen mit einer Förderleistung bis zu 19.400 l/Sekunde befinden sich in unterirdischen Pump- werken. Das größte davon, das Pumpwerk Oberhausen, ist das letzte der drei Pumpwerke, bevor der Abwasserkanal Emscher nach weiteren 3,2 Kilometern hochliegendem Kanal in das Klärwerk Emscher-Mündung in Dinslaken fließt. Das Pumpwerk mit 44 Metern Tiefe und 50 Metern Durchmesser fungiert quasi als Herzstück der „abwassertechnischen Hauptschlagader“. Wenn man im Bild bleiben möchte, verfügen die Pumpen über Herzklappen, die für den Lebenserhalt sorgen: die Kupplungen. Diese trennen bei plötzlich auftretenden Überlastungen den Antrieb, um Turbinen und Antriebswellen vor Schaden zu bewahren. Falls Fremdkörper im Abwasser in die Laufräder der Pumpen geraten, müssen gewaltige Kräfte in Millisekunden getrennt werden, bevor ein Totalschaden entsteht. Auch kleine Teile wie Toilettenpapier, Feuchttücher oder Hygieneartikel können zu einer gefürchteten „Zopfbildung“ führen und die Pumpen lahmlegen.

Christopher Monka, Senior Account Manager der R+W Antriebselemente, betont die Notwendigkeit dieses mechanischen Schutzes: „Die Pumpen dürfen nur bis zu einem bestimmten Drehmoment belastet werden. Kommt es zu einer Blockade, schützt die Kupplung die Pumpe, den Motor und den gesamten An- und Abtrieb vor einer Überlast.“ Dies geschieht mechanisch durch Tellerfedern, die eine axiale Kraft auf Kugeln ausüben. Die Kugel sitzt auf der Abtriebsseite in einem entsprechenden Passungssitz. Sobald die Tangentialkraft, die auf die Kugel wirkt, zu groß wird, rutscht diese in das Sicherheitssegment. Die Kupplung löst innerhalb von 10 bis 15 Millisekunden die Verbindung, und der Kraftfluss ist entkoppelt. Eine rein elektronische Überwachung ist aufgrund der Massenträgheit und der gewaltigen kinetischen Energie unge­eignet, weil sie die blitzartige Trennung der Antriebskräfte nicht sicherstellen kann, wie Monka erklärt.

Darüber hinaus hat die präzise Einstellbarkeit aus Sicht des Antriebsexperten noch weitere Vorteile: „Das federvorgespannte Kugelrastprinzip hat den Vorteil, dass das Ausrückmoment der Kupplung auf einer Einstellbandbreite sehr genau definiert ist und die Verbindungsherstellung sofort nach dem Auslösen ohne Ersatzteile erfolgen kann.“ Die für das Pumpwerk Oberhausen verwendeten Sicherheitskupplungen sind in der Freischaltausführung, d. h. das Wiedereinrücken geschieht manuell, innerhalb von Minuten. Alles, was man benötigt, ist ein Gummihammer. Das einfache Wiedereinrücken war für die Projektverantwortlichen ebenso wichtig wie die Tatsache, dass keine Ersatzteile bevorratet werden müssen. Immerhin hat der Abwasserkanal einen Betriebshorizont von 100 Jahren.

Ein Modell, viele Bereiche: Das alles können Kupplungen

Die eingebaute Sicherheitskupplung STR als Standardausführung
Die eingebaute Sicherheitskupplung STR als Standardausführung
(Bild: R+W)

In Oberhausen kommen insgesamt zehn Sicherheitskupplungen der Baureihe STR/25 zum Einsatz. Zwei der Kupplungen haben ein Ausrückmoment von 11.700 Nm, wobei die Kupplungen von 9.000 bis 18.000 Nm einstellbar sind. Die acht anderen Kupplungen haben ein Ausrückmoment von 16.000 Nm und einen Einstellbereich von 15.000 bis 25.000 Nm. Alle Kupplungen sind vom Aufbau gleich, der Einstellbereich wird über die Anzahl der Segmente definiert.

Für Christopher Monka zählt bei R+W die individuelle Projektbetreuung: „Wir klären zuerst die Grundparameter, wie die Einbausituation, Drehmoment, Drehzahlen, Einsatzbereich und die geo­metrischen Anforderungen wie Durchmesser des Wellenzapfens, Antrieb, Art des Anbauflansches und Beschaffenheit der Abtriebseite. Über 30 Jahre Erfahrung im Kupplungsbau helfen uns bei solch besonderen Anforderungen und wir stehen gerne mit Rat und Tat zur Seite.“

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In der ökologisch umgestalteten oberen Emscher haben sich bereits anspruchsvolle Fische wie Groppen wieder angesiedelt. Diese sind ebenso ein Zeichen für die gute Wasserqualität wie Eisvögel, Prachtlibellen und Forellen. Die Artenvielfalt hat sich seit Anfang der neunziger Jahre verdreifacht. Ehemalige Klärwerke wurden zu Ruheoasen und ein Radweg führt entlang eines nun malerischen Flüsschens. Menschen, Tiere und Pflanzen erobern sich den zerstörten Lebensraum dank einer einzigartigen Engineering-Leistung wieder zurück.

* * Die Autorin ist Marketing-Referentin bei der R+W Antriebselemente GmbH, Wörth a. Main.

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