Was vor knapp einhundert Jahren als Puffer zwischen Eisenbahnwaggons begann, hat sich heutzutage als universell einsetzbares Dämpfungselement für nahezu alle Industriebereiche entwickelt – so auch als Schutzelement gegen potenzielle Schäden an Gebäuden und Industrieanlagen durch Erdbeben.
Die Anfänge im Erdbebenschutz
Die erste Reibungsfeder-Anwendung in dem Segment Erdbebenschutz liegt bereits mehr als 25 Jahre zurück: Hierbei handelte es sich um eine Zug-Druckeinrichtung zum Schutz von Hochspannungsschaltern. Anfangs beschränkte sich die Anwendung von RINGFEDER® Reibungsfedern für den Erdbebenschutz auf diesen Bereich, aber schon seit 2007 werden sie zunehmend auch für Wohngebäude mit Stahltragrahmen verwendet. Nach wie vor ist jedoch der Energiesektor das Hauptanwendungsgebiet für unsere Reibungsfedern im Erdbebenschutz.
Denn es ist sehr wichtig, dass ein Stromnetz auch direkt nach einem Erdbeben weiterhin nutzbar ist: Vor allem durch die zunehmende Abhängigkeit unserer Gesellschaft von beispielsweise Computern oder elektronischen Steuerungen in nahezu allen Lebensbereichen, wie z.B. der Wasserversorgung, ist es erforderlich, dass mögliche Schäden z.B. an Umspannwerken und den zugehörigen Apparaturen minimiert werden.
Das Projekt
Auf Initiative von RINGFEDER Power Transmission kam vor einigen Jahren der erste Kontakt zum "Seismic Engineering Team" der SIEMENS AG Power Transmission Division zustande. Nur kurz darauf fand das erste Treffen statt, bei dem SIEMENS seine Designphilosophie in Bezug auf die Sicherung der Energieanlagen gegen durch Erdbeben verursachte Schäden vorstellte. Es dauerte dann etwas, bis sich ein geeignetes Projekt ergab:
Im Mai 2016 erhielt RINGFEDER die Anfrage zur Vorklärung für ein Projekt im Bereich der 800 kV Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitung (HGÜ) in China:
Die Übertragungsleitung zwischen den Stationen Xinsong (Provinz Yunnan) und Dongfang (Provinz Guangdong), die den industriell entwickelten Großraum von Guangzhou mit Strom versorgt, hat eine Gesamtlänge von 1.923 km und wird von der chinesischen Elektrizitätsgesellschaft China Southern Power Grid betrieben.
Die Anforderung
Die gestellte Anforderung war hier, die Wanddurchführung in einem in die Gebäudewand integrierten Stahlrahmen erdbebensicher aufzuhängen.
Die Wanddurchführung (Länge ca. 20 m, Gewicht ca. 10 t) ist über eine mittig angebrachte Stahlplatte mit Hilfe der RINGFEDER® Zug-Druck Einrichtungen flexibel mit dem Stahlrahmen verbunden und unter einem bestimmten Winkel in der Ventilhalle montiert. Die Wanddurchführung dient dazu, den Gleichstrom von außen ins Innere der Ventilhalle mit den Converterventilen zu transportieren.
Die Lösung – RINGFEDER® Zug-Druck Dämpfer
Die Zug-Druck Einrichtungen mussten so konzipiert sein, dass sie zum einen das Eigengewicht der Wanddurchführung halten und zum anderen auch unter starker Windlast nicht reagieren. Rahmen und Wanddurchführung sind so steif konstruiert, dass die Energieabsorption nicht durch eine Verformung dieser Komponenten zu Stande kommt, sondern von den eingesetzten Dämpfern übernommen wird.
Zu Beginn war der Einsatz einer Zug-Druckeinrichtung mit dem Feder-Typ 20000 mit einer Kapazität von 50.000 Joule bei einer Dämpfung von 66% angedacht, welche die bei einem Erdbebenereignis auftretenden eingeleiteten Kräfte und Energien aufnehmen sollte:
Ursprüngliche Auslegung des Dämpfers
Zusätzlich war auch die Einhaltung einer vorgegebenen Federsteifigkeit erforderlich, um den oben beschriebenen Vorgang der Energieaufnahme durch die Dämpfer sowie eine Anbindung an den Stahlrahmen, die einen Winkelversatz zwischen dem Dämpfer und der Wanddurchführung zulässt, zu gewährleisten.
Nach mehreren Iterationsschleifen konnten die Anforderungen erfüllt bzw. die ausgelegten Dämpfer so weit optimiert werden, dass statt der anfangs projektierten 10 nur noch 8 Einheiten benötigt wurden. Außerdem wurde statt der ursprünglichen Einzelfeder vom Typ 20000 eine kleinere Doppelfeder, bestehend aus den Typen 16600 und 12400 verwendet:
Finale Auslegung des Dämpfers
Dadurch konnte auch der benötigte Einbauraum verringert werden. Der somit speziell für diese Anwendung entwickelte Zug-Druck Dämpfer hat dabei eine Länge von 932 mm bei einem Gewicht von 145 kg.
RINGFEDER® Zug-Druck-Dämpfer Typ 16600
Die Anbindung der Einheiten wurde durch die Verwendung von Gelenkaugen, die einen Bolzendurchmesser von 70 mm aufnehmen, realisiert. Nach der Fertigstellung der Dämpfer wurden diese im April 2017 zum Testen nach Peking gesendet.
RINGFEDER® Zug-Druck-Dämpfer Typ 16600
Test erfolgreich bestanden
Der Versuch wurde von SIEMENS in Zusammenarbeit mit einem Anwendungstechniker von RINGFEDER vor Ort überwacht. Beim Test wurde ein Erdbeben der Stärke 0,4g simuliert. Nach der Durchführung wurde die Unversehrtheit der mechanischen Konstruktion geprüft.
Wanddurchführung (Wall Bushing)
Hierbei stellte eine vor und nach dem Test vorgenommene elektrische und mechanische Prüfung der Wanddurchführung sicher, dass deren Funktion durch den Test nicht beeinträchtigt wurde und alle Komponenten unverändert einwandfrei arbeiten: Entsprechend war der Test erfolgreich und der ausreichende Erdbebenschutz durch die eingesetzten RINGFEDER® Reibungsfedern nachgewiesen.
Weitere Informationen zu Reibungsfedern im Erdbebenschutz.
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