Batterie-elektrische Betonpumpe von Schwing verspricht zuverlässige Versorgung
Pfahlbohrungen und -verfüllungen mit Beton sind mitunter ein kompliziertes Unterfangen, da technische und umweltbezogene Anforderungen berücksichtigt und baustellenbezogen individuelle Herausforderungen gemeistert werden müssen. In Zusammenarbeit mit dem niederländischen Unternehmen Imotik Engineering hat Schwing ein besonderes Forschungs- und Entwicklungs-Projekt durchgeführt, bei dem mit der CP 2800 BE eine gänzlich neue batterie-elektrische Betonpumpe auf einem Raupenfahrgestell herausgekommen ist, die nicht nur für den Einsatz bei Pfahlgründungen geeignet ist.
Hier musste sich die vollelektrische Betonpumpe CP 2800 BE erstmals beweisen – und überzeugte mit ihrer einfachen Handhabung, der fehlerfreien Vernetzung und Automation und digitalen Dokumentation sowie der zuverlässigen und umweltfreundlichen Batterielösung. (Bild: Schwing)
Bodenkonditionen und Geologie spielen in den Niederlanden bei der Erstellung von Betonfundamenten eine wichtige Rolle, da der Boden – etwa Torf, Lehm und Sand – oft wenig tragfähig ist. Man nutzt dort regelmäßig Pfahlgründungen, da die Gründungspfähle das Gewicht eines Gebäudes auf tiefere, stabilere Schichten wie Sand oder Kies übertragen und so Setzungen und ungleichmäßige Absenkungen verhindern. Sie erhöhen die Tragfähigkeit des Fundaments und gewährleisten Stabilität, selbst bei Änderungen des Grundwasserspiegels, Bodensenkungen oder Erdbeben. Sowohl die unterschiedlichen Bodenarten mit ihren jeweils verschiedenen Eigenschaften, als auch das stete Vorhandensein von Grundwasser erschweren den Bohrprozess, da gerade das Grundwasser die Stabilität der Bohrlöcher beeinträchtigt und die Verfüllung mit Beton komplizierter, dennoch aber lösbar macht.
Verhoef Funderingstechnieken aus Meerkerk ist Spezialist für die Erstellung von Bohrlöchern und ihre Verfüllung. Dessen Anforderungen – u.a. die präzise aufeinander abgestimmte automatisierte Taktung von Bohrung und Verfüllung zu klar definierten Zeitpunkten und Bohrer- sowie Pumpenzuständen – haben letztlich die Projektpartner zusammengebracht. Schwing als ein führender Hersteller von Betonpumpen bietet neben herkömmlich angetriebenen Pumpen bereits seit vielen Jahren auch elektrisch angetriebene Stationärpumpen auf Raupen- oder konventionellem Fahrgestell an und war damit als Wunschpartner im Projekt der Niederländer gesetzt.
Aufgrund strengerer Vorschriften wird in den Niederlanden immer häufiger der Einsatz von vollständig elektrisch betriebenen Baumaschinen in städtischen Gebieten gefordert. Zugleich werden bei Pfahlgründungsarbeiten – im Gegensatz zur typischen Verwendung von Betonpumpen – relativ geringe Volumen über den Tag verteilt gefördert. So übersteigen die Leerlaufzeiten pro Stunde die reinen Pumpzeiten um über 90 Prozent. Für einen rund fünf Minuten dauernden Pumpvorgang muss man also ein Aggregat mit Dieselmotor nicht dauerhaft betreiben. Dennoch muss das Pumpsystem sofort leistungsfähig starten können und so konstruiert sein, dass während des Druckhaltens des Betons das Wasser nicht aus dem Beton gepresst wird – damit hat sich eine Batterielösung abgezeichnet.
Wegen der kurzen Nutzungsdauer, hoher Spitzenbelastungen und großer Pausen war es entscheidend, das bestehende Antriebssystem neu zu konstruieren, ohne Kompromisse bei der Zuverlässigkeit und Qualität der Pumpe einzugehen. So entwickelten die Spezialisten aus Herne eine Stationärpumpe, deren Elektromotor nicht nur zum Betrieb der Betonpumpe, sondern auch zum Antrieb des Raupenfahrwerks durch einfaches Umschalten des Hydraulikkreislaufs verwendet werden kann. Je nach Anforderung ermöglicht der luftgekühlte Elektromotor einen variablen Drehzahlbereich von 0 bis 2.200 U/min, was es erlaubt, den Druck und die benötigte Fördermenge feinjustiert zu bestimmen.
Imotik Engineering konnte hier durch Integration spezieller Messeinrichtungen eine Automationslösung programmieren, sodass die Pfahlbohrmaschine selbstständig den für ihr jeweiliges Bohrloch erforderlichen Betonbedarf von der Crawlerpumpe abfordert. In Verbindung mit einer leistungsstarken NMC-Batterie und einem intelligenten Ladesystem sind so viele individuelle Pumpzyklen über einen sehr langen Zeitraum möglich. Durch eine entsprechende Dimensionierung des Akkus kann über das 700-V-System eine hohe Leistung abgerufen werden, ohne die Batterie zu überfordern. Der zertifizierte Akku ist mit einer soliden und isolierten Zellstruktur ausgestattet, bei der das Wassersystem vom elektrischen Teil getrennt ist.
Martijn Tielemans, Geschäftsführer der Imotik Engineering, beschreibt den Vorgang des vernetzt-automatisierten Bohr- und Pumpvorgangs: „Nach dem Bohren des Gründungspfahls und dem Anbringen der Stahlbewehrung gibt das System des Gründungskrans der Betonpumpe ferngesteuert das Signal, Beton zu liefern. Diese Anforderung erfolgt in mehreren Stufen. Während des Befüllens und Ausbohrens des Gründungspfahls sorgt das System für einen ordnungsgemäßen Füllvorgang. Dank des vollelektrischen Antriebs der Betonpumpe arbeitet diese nur bei Bedarf. Ein Warmlaufen des Motors, eine Regeneration des Abgassystems oder ähnliche Vorgänge sind nicht erforderlich. Die maximale Leistung und das maximale Drehmoment stehen nahezu sofort zur Verfügung. Da die Betonpumpe intermittierend arbeitet, ist die Leistung des Betonpumpenelements und seines Antriebs entscheidend für die Mobilisierung von leicht angetrocknetem Beton, besonders etwa an warmen Sommertagen.“
Die durchschnittliche Schlauchlänge liegt bei etwa 75 bis 100 m, was es bei der Dimensionierung der Pumpe zu berücksichtigen gilt. Darüber hinaus muss sie den Beton auf eine Höhe von etwa 35 m fördern. Während des Pumpvorgangs zeichnet die Betonpumpe die gepumpte Menge exakt auf. Dadurch wird sichergestellt, dass der Gründungspfahl korrekt befüllt wird, zugleich werden die Arbeiten digital belegt dokumentiert. Auch diese Kommunikation erfolgt drahtlos. Natürlich sind die batterie-elektrischen Geräte auch deutlich leiser als ihre dieselbetriebenen Schwestern.
Umgebungen, in denen der Einsatz von batteriebetriebenen Lösungen erfolgen sollte, liegen idealerweise in einem positiven Temperaturumfeld von rund 25 °C, da sich bei niedrigen Temperaturen die elektrochemischen Reaktionen innerhalb der Batterie verlangsamen. Dann kann die Batterie weniger Energie speichern und abgeben, Kapazität und Leistung werden reduziert. Ladezyklen dauern länger, und durch temperatur- bedingtes Ablagern des metallischen Lithiums an der Anode besteht die Gefahr des sogenannten Lithium-Platings, das die Batterie dauerhaft schädigen und die Sicherheit gefährden kann. Energieverluste, kürzere Entladezyklen, eine beschleunigte Alterung und dauerhafte Kapazitätsverluste wären die Folge.
Daher war es wichtig, Maßnahmen zur Minimierung der temperaturbedingten Auswirkungen zu treffen. Durch Integration eines leistungsstarken Heizsystems und mit soliden Isolierungen wurde ein effizientes Temperaturmanagement gleich beim Batteriedesign berücksichtigt, um die Batterie stets auf einer optimalen Betriebstemperatur zu halten. Spezielle Ladeprofile, gerade auch für kalte Bedingungen, helfen, Lithium-Plating zu vermeiden und die Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Sicherheit der Batterie zu gewährleisten. Ebenso hält die CP 2800 BE auch hohen Temperaturen stand: Eine leistungsstarke Kühl-Lösung gewährleistet ihren Betrieb in Regionen mit Außentemperaturen bis zu 40°C.
Sollte dennoch einmal ein Austausch der Batterie erforderlich sein, so ist dies durch die Positionierung im oberen Teil der Pumpe jederzeit möglich. Ebenso wie die Ergänzung einer zweiten Batterie, welche die Ausgangskapazität und damit die Laufzeit der Pumpe verdoppelt. Geladen wird die Batterie beispielsweise nach Abschluss der Tagesarbeiten mittels 63-A-Anschluss; ein gleichzeitiger Lade- und Bezugsbetrieb ist durchaus möglich. Die neue Maschine wurde an der Universität Dortmund umfassend auf elektromagnetische Verträglichkeit (EMC) getestet und absolvierte zudem zahlreiche interne Teststunden, um die Zuverlässigkeit und Abstimmung zu optimieren. Laut Schwing hat die CP 2800 BE Serienreife erreicht und kann in großen Stückzahlen produziert werden.
Bauma: FS.1005/2
