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Verpumpen von Schmutzwasser: Mehr Leistung durch Reihenschaltung

(10.11.2006) Je spektakulärer das Bauprojekt, desto schwieriger die Wasserhaltung. Wird die zu überbrückende Distanz zu groß, empfehlen Experten die Reihenschaltung der Schmutzwasserpumpen. Ehrgeizige Tunnelbauten beweisen die Machbarkeit.

Zwei wesentliche Faktoren bestimmen die Leistung einer Pumpe: Die maximale Fördermenge gibt den höchstmöglichen Durchsatz unter Idealbedingungen an. Meist sind 15 Grad Außentemperatur, ein homogenes Medium und absolut horizontales Verpumpen definiert. Was bereits den zweiten Faktor beschreibt, die maximale Förderhöhe: Je größer Steigung bzw. Strecke, je höher der Kraftaufwand. Soll senkrecht verpumpt werden, muss die Pumpe nicht nur das Gewicht der Wassersäule "stemmen", sondern darüber hinaus noch Fließgeschwindigkeit generieren, damit sich der Pumpensumpf leert. Zudem spielen das spezifische Gewicht des Fördermediums sowie dessen Viskosität eine Rolle bei der Auswahl der geeigneten Pumpe.

120 Meter Steigleitung

Manchmal fordern Bauprojekte jedoch ein Leistungsspektrum, das keine Pumpe erfüllt. Ein Beispiel ist der Koralmtunnel in Österreich, der mit einer Länge von 32,8 km der längste Eisenbahntunnel des Landes werden soll. Er wird die Städte Klagenfurt und Graz zeitsparend verbinden, und stellt eine geotechnische Herausforderung dar. Um die Machbarkeit der Streckenführung in Tiefen bis 1.200 Metern zu evaluieren, werden derzeit Erkundungstunnel angelegt. Als ausführende Firmen sind die Max Bögl Bauunternehmung und die Swietelsky Baugesellschaft vor Ort tätig. Ausgehend vom Westportal nähert sich bereits der 2,6 km lange Abschnitt Mitterpichling seiner Fertigstellung. Auch im 6 km langen Anschlusstunnel Paierdorf hat der Vortrieb begonnen. Über den Versorgungsschacht muss das Grundwasser nach oben befördert werden - ein Kraftakt angesichts der senkrecht zu überwindenden Höhendistanz von 120 Metern, für die sich keine Pumpe als singuläre Lösung zu vertretbaren Kosten finden ließ. Experten des Pumpenherstellers Tsurumi realisierten daher eine Kaskadenschaltung:


Steigleitungen im Versorgungschacht

Im Schacht laufen zwei Steigleitungen, in die kleine Pumpen im Abstand von 40 Metern integriert sind. Die Aggregate sind mit einem Druckentlastungsventil ausgestattet, damit das gestaute Wasser die Gleitringdichtung nicht zerstört. An der Schachtbasis wird das abrasive Grundwasser aus einem Behälter zugeführt, in den die untersten Pumpen eintauchen (Bild). Diese Lösung hat sich nach Aussagen der Betreiber bewährt, so dass mittlerweile 17 Pumpen in dem 145 Millionen Euro teuren Projekt eingesetzt werden. Sie stammen aus der KTZ-Baureihe des japanischen Herstellers (Bild rechts oben). Die Vielzweckpumpe für harte Einsätze sei ein Bestseller des Herstellers, dessen Produktprogramm rund 250 Modelle für Fördermengen bis 50 m³/min bzw. 170 m Förderhöhe umfasst. Das verwendete Modell verfügt über 11 KW Motorleistung und ist mit einem 4 Zoll Druckstutzen ausgestattet, über den bis zu 1440 l/min gefördert werden können.

Trockenlauf ohne Ausfall

Bei der KTZ sind viele Komponenten aus speziellem Gußeisen gefertigt, um die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Von größter Bedeutung sei die Trockenlauffähigkeit des Aggregats: Kommt es demnach zu Unterbrechungen in der Wasserförderung, weil der Pegelstand im Ansaugbecken gegen Null tendiert, darf die Pumpe durch die ausbleibende Kühlung vom Fördermedium nicht den Hitzetod sterben. Diese Problematik ist insbesondere bei der Reihenschaltung prekär, zumal die Pumpen verfahrensbedingt meist unzugänglich platziert sind. Käme es zu Defekten, wären die wirtschaftlichen Konsequenzen groß. Dem Ausfallrisiko beugt Tsurumi mit einer Konstruktion aus doppelt innenliegender Gleitringdichtung und patentiertem Ölheber vor. Gleichzeitig hält eine Wellenschutzhülse mit Dichtungsring das Fördermedium von der Welle fern, um deren mechanische Abnutzung schon im Ansatz zu vermeiden. So geschützt könne die Pumpe sogar im Dauerbetrieb unter Volllast laufen, was viele Betreiber bestätigen.

Horizontales Verpumpen

Den sprichwörtlich gegensätzlichen Weg wählte man Bau des 8,3 km langen Bahntunnels Bleßberg für die neue Schnellfahrstrecke zwischen Nürnberg und Erfurt. Hier galt es seitens der federführenden Bickhardt Bau AG, eine Entwässerung über 930 Metern in der Horizontalen zu bewerkstelligen. Tsurumi-Ingenieure verwendeten auch hier die KTZ-Pumpen, griffen jedoch auf das kleinere Modell KTZ 35.5 zurück. Das 5,5 KW Aggregat ist zwar nur mit einem 3 Zoll-Druckstutzen ausgestattet, bietet mit 1100 l/min aber ausreichend Förderleistung in diesem Projekt: Zwischen Ortsbrust und Tunneleingang sind lediglich zehn Prozent Niveauunterschied zu überwinden. Die Pumpen sind im Abstand von 150 Metern montiert und dienen als Booster im Förderstrom.


Beide Beispiele belegen aus Sicht von Tsurumi, dass selbst schwieriges Terrain keine extrem leistungsstarke und damit teure Pumpentechnik erfordern würden. Kleine, mobile und nach Beendigung der Aufgabe flexibel an anderer Stelle im Projekt einsetzbare Vielzweckpumpen taugen für die Entwässerung gleichermaßen. Die Pumpen sollten allerdings trockenlaufsicher sein, denn Schlürfbetrieb sie erfahrungsgemäß bei jedem Projekt zu erwarten.

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