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German Pages 302 Year 2004
Gerhard Girmscheid Leistungsermittlungshandbuch für Baumaschinen und Bauprozesse
Gerhard Girmscheid
Leistungsermittlungshandbuch für Baumaschinen und Bauprozesse 3., überarbeitete Auflage
Mit 87 Abbildungen
£} Springer
V (l f
Prof. Dr. Gerhard Girmscheid ETH Zürich Institut für Bauplanung und Baubetrieb Wolfgang-Pauli-Str. 15 8093 Zürich Schweiz [email protected]
Kopublikation mit vdf Hochschulverlag Zürich 3-540-22508-0 Springer Berlin Heidelberg New York ISBN 3-7281-2977-1 vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich ISBN
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-543210
Vorwort zur dritten Auflage Der wirtschaftliche, leistungsfähige, hoch mechanisierte Baubetrieb ist durch den optimalen Einsatz der Geräte und Bauhilfsmaterialien in einer Leistungserstellungsprozesskette für die jeweilige baubetriebliche Aufgabenstellung gekennzeichnet. Die Wahl der Geräte wird sowohl durch technische Gegebenheiten wie auch durch wirtschaftliche Gesichtspunkte geprägt. Die wirtschaftlichen Aspekte ergeben sich aus der Marktlage und den strategischen Unternehmenszielen. Daraus resultieren die untemehmensspezifische Art der Gerätebereitstellung, das Service- und Bauhofkonzept sowie die Finanzierung [1]. Die Leistungsermittlung von Einzelgeräten [2], eingebettet in Teil- und Gesamtprozesse, ist die Grundlage für die Auswahl und Anzahl der Leistungsgeräte, um die projektspezifischen Leistungsziele zu erreichen, und dient zudem als unverzichtbare Basis der Termin- und Kostenplanung (Kalkulation) sowie des Controllings. Daher kommt der Leistungsermittlung als Basis einer systematischen, ergebnisorientierten Kalkulation, die in meinem neuen Buch "Risikobasierte Kostenkalkulation und Preisbildung in Bauunternehmen" ausführlich behandelt wird, grösste Bedeutung zu; sie ist somit Grundlage einer ergebnisorientierten, effizienten Baustellenvorbereitung. Dieses ursprünglich aus meinen Vorlesungen an der ETH Zürich entstandene Handbuch liegt nun, angeregt durch die grosse Resonanz auf die ersten beiden Auflagen, in der dritten, vollständig überarbeiteten und teilweise erweiterten Auflage vor. Es soll angehenden Bauingenieurinnen und -ingenieuren in der Arbeitsvorbereitung und Bauausführung sowie Maschineningenieurinnen/-ingenieuren in den Bau-/Werkhöfen als Nachschlagewerk dienen, um Leistungsermittlungen im Baubetrieb vorzunehmen. Dazu wird ein analytisches Grundkonzept zur Leistungsermittlung von Baugeräten sowie der Produktionsketten von parallelen und hintereinander geschalteten Geräten unterschiedlicher Teilprozesse vorgestellt. Gegenüber der zweiten Auflage wurde die Flüssigkeitsförderung in Kapitel 4 um eine Beispielrechnung für die Dimensionierung der Flüssigkeits-FeststoffFörderung ergänzt und das Jetgrouting in Kapitel 6 um die Berechnung der erforderlichen Pumpenleistung erweitert. In der Regel werden in diesem Buch keine "Standardwerte", sondern die elementaren analytischen Zusammenhänge angegeben. Im Anhang findet der Leser auf einer CD eine Zusammenstellung der üblichen Standardgeräte mit entsprechenden technischen Informationen, die in der Angebotsphase und zur Vorbereitung einer Baustelle meist V
ausreichend sind. Damit dient der Anhang des Buchs gleichzeitig auch als maschinentechnisches Nachschlagewerk im Baubetrieb. Er soll jedoch nicht die Baugerätelisten oder Herstellerprospekte ersetzen; für spezifische technische Informationen und bei speziellen Geräten sind in jedem Fall die neuesten entwicklungsgebundenen Daten der jeweiligen Hersteller heranzuziehen. Nichts ist perfekt - der Autor weiss, dass ein solches Handbuch weiterentwickelt werden muss und erwartet gerne konstruktive Kritik. So haben aufmerksame Leser auf Fehler in den beiden früheren Ausgaben hingewiesen, die nun berichtigt wurden. Auch bei dieser dritten Auflage möchte ich meinen Mitarbeitern am Institut für Bauplanung und Baubetrieb der ETH Zürich, insbesondere Herrn Dipl.-Ing. Thorsten Busch, danken, die mit ihrer engagierten Unterstützung dazu beigetragen haben, das Buch in dieser Qualität herzustellen.
Zürich, Januar 2004
Gerhard Girmscheid
Haftungsausschluss Die Angaben in diesem Buch wurden nach bestem Wissen und Gewissen erstellt, allerdings übernimmt der Autor keine Gewähr für die Aktualität, Korrektheit, Vollständigkeit oder sonstige Qualität der bereitgestellten Informationen. Haftungsansprüche gegen den Autor, die sich auf Schäden materieller oder ideeller Art beziehen, die durch die Nutzung oder Nichtnutzung der in diesem Buch enthaltenen Informationen bzw. durch die Nutzung fehlerhafter und/oder unvollständiger Informationen verursacht wurden, sind grundsätzlich ausgeschlossen, sofern seitens des Autors kein nachweislich vorsätzliches oder grob fahrlässiges Verschulden vorliegt.
VI
Inhaltsverzeichnis
1 1.1 1.2 1.3 1.4
LEISTUNG IM BAUBETRIEB Leistungsbegriffe Bestimmung von Leistungswerten Leistung von Produktionsketten Allgemeine Leistungsberechnung von Lösegeräten
1 2 8 10 11
2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
BAUSTELLENEINRICHTUNGEN Sozialeinrichtungen Wasserversorgung Stromversorgung Druckluftversorgung Separationsanlagen
19 20 21 27 40 47
3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5
ERDBAUGERÄTE Hydraulikbagger Radlader Laderaupe Planiergeräte Verdichtungsgeräte
53 54 60 63 66 81
4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5
TRANSPORTGERÄTE LKW; SKW; Dumper Gleisförderung Bandförderung Flüssigkeitsförderung Schneckenförderung
89 90 108 119 124 161
VII
5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5
TUNNELBAUGERÄTE Tunnelbohrmaschine Teilschnittmaschine Bohrmaschinen Bohren und Sprengen einer Ortsbrust Lüftung
169 170 177 182 185 188
6 SPEZIALTIEFBAU 6.1 Jetgrouting 6.2 Rammen
197 198 207
7 7.1 7.2 7.3
HOCHBAU Krane Betonanlagen Stahlbetonarbeiten
227 228 231 236
8
FAKTOREN
243
9
Anhang: CD
275
10 Literaturverzeichnis
281
11 Abbildungsverzeichnis
287
12 Tabellenverzeichnis
291
13 Stichwortverzeichnis
295
VIII
1
Leistung im Baubetrieb Leistungsbegriffe Bestimmung von Leistungswerten Leistung von Produktionsketten Allgemeine Leistungsberechnung von Lösegeräten
Leistung im Baubetrieb 1.1 Leistungsbegriffe Um Bauverfahren zu bewerten und anschliessend Bauzeit und Baukosten festlegen zu können, müssen Leistungswerte für einzelne Baumaschinen sowie ganze Prozessketten bekannt sein. Einheitliche und konsistente Definitionen der für die Leistungsberechnung relevanten Begriffe sind notwendig, um Angaben und Ergebnisse untereinander vergleichbar zu machen. Als Leistung bezeichnet man Arbeit pro Zeiteinheit, wobei unter Arbeit in der Regel eine hergestellte, gelieferte oder beförderte Menge verstanden wird [3]. . . . Leistung
=
hergestellte Menge — — Zeiteinheit
Der Begriff Menge [3] Im Baubetrieb häufig verwendete Mengen sind z.B. • Aushub von Bodenmasse in m3 • Herstellen von Wandschalung in m2 • Verlegen von Betonstahl in t oder bei Betrachtung einer vom Bauherrn geforderten Gesamtleistung • Herstellen einer Fertiggarage in Stück • umbauter Raum im Hochbau in m3 Da diese Mengenbegriffe nicht präzise genug sind, müssen sie in der Regel genauer definiert werden. So kann im Erdbau ein m3 bedeuten: • m3 Material in ungestörter, natürlicher Lagerung • m3 Material in aufgelockertem Zustand, z.B. auf einer LKW-Mulde • m3 Material in wieder eingebautem, verdichtetem Zustand Ein m3 Beton kann aufgefasst werden als: • m3 trockenes Gemisch aus Zuschlagstoffen und Zement • m3 unverdichteter Frischbeton • m3 verdichteter, abgebundener Beton Betongüte, Art der Zuschlagstoffe und des Zements, Wassergehalt sowie Verarbeitungsverfahren sind allerdings noch nicht präzisiert.
Neben der Menge ist auch die der Berechnung zugrunde liegende Zeiteinheit des Leistungsbegriffs zu definieren. Einzelne Arbeitsabläufe einer Zeitstudie, wie z.B. das Arbeitsspiel ts eines Ladegeräts, werden in Minuten angegeben. Im Baubetrieb nutzt man als Zeiteinheiten Stunden, Tage und Monate für die summarische Arbeits-, Einsatz- und Vorhaltezeit. Es bereitet allerdings häufig Schwierigkeiten, Anfang und Ende des zu betrachtenden Zeitraums festzulegen und anzugeben. So stellt sich die Frage, ob zwischen Beginn und Ende der gesamte Zeitraum erfasst oder Teile ausgenommen werden sollen (z.B. die Aufbau-, Abbau- und Einsatzzeit oder nur die Betriebszeit des Geräts). Auf Baustellen wird in der Regel ohne Schichtbetrieb, allerdings mit Überstunden gearbeitet. Daher kann man die Arbeitszeit wie folgt ansetzen: 1 Tag = 8 - 1 0 Arbeitsstunden Im Untertagebau [2] oder bei Instandsetzungsarbeiten von Fernstrassen kommt meistens der Schichtbetrieb zum Einsatz, wobei die Schichtarbeitszeiten oben genannten Arbeitszeiten entsprechen. Zeitbegriffe für Baugeräteeinsatz und -bewertung Bei der Beurteilung von Baugerätekosten ist zwischen Betriebszeit, Einsatzzeit und Vorhaltezeit zu unterscheiden (Bild 1-1). Man definiert vereinfacht: • Betriebszeit = reine Arbeitszeiten des Geräts einschliesslich der Umsetzzeiten innerhalb des Arbeitsbereichs. • Einsatzzeit = Betriebszeit, Vorbereitungszeiten (z.B. Auslegen von Baggermatratzen) und Einarbeitungszeiten, Umsetzzeiten innerhalb der Baustelle, betrieblich bedingte Wartezeiten und Zeiten für den Abschluss der Arbeiten. • Vorhaltezeit = Einsatzzeit, Zeiten für An- und Abtransport sowie (falls erforderlich) Auf-, Um- und Abbauzeiten, Stillliegezeiten auf der Baustelle, Zeiten für Wartung, Pflege und Reparatur. Die Vorhaltezeit ist damit die Zeitspanne, in der ein Gerät einer Baustelle zur Verfügung steht und anderweitig nicht darüber verfügt werden kann [4].
Verschroltung
Anschaffung - LebensdauerNutzungsdauer Vorhaltezeit 1
Vcrha t 3zeit II
Baustelle 1
3aus e le II
/An- und Abl transport
1
/forberei ( ung/Ein \arbeitun
\uf-, Um-, Abbau
jnsafe zeit
1
Betriebszeit
Stillliegezeit
1
Umsetzen
X
Wartung / Pflege
Reparatur J
Bauh ofzeit
Vorhaltezeitlll
Ba hof
Baustelle III
^Barait( stellung/ Vj-agerunQ
Reparatur ]
1
Betrieblich AbschlussN bedingie Wartezeil derArbeiteni
Bild 1-1: Zeitbegriffe für Baugeräteeinsatz und -bewertung nach [4] Die Geräte- und Energiekosten für Bereitstellungsgeräte (z.B. Krane) berechnen sich nach der Dauer der Vorhaltezeit. Die Gerätekosten für Leistungsgeräte (z.B. Bagger) berechnet man oft nach der Dauer der Einsatz- bzw. Betriebszeit und den Energieverbrauch nach der Betriebszeit. Eine Berechnung der Gerätekosten von Leistungsgeräten über die Vorhaltezeit führt allerdings dazu, dass der Baustelleneinsatz dieser Geräte möglichst kurz gehalten wird, da in diesem Fall auch nicht arbeitende Leistungsgeräte Kosten verursachen. Somit wird die Bauleitung angehalten, die Einsätze von Leistungsgeräten effizient zu gestalten und bei beendetem Einsatz die Geräte zügig anderen Baustellen zur Verfügung zu stellen. Als Mass der Effizienz dient in diesem Fall der Quotient aus Betriebs- und Vorhaltezeit. Die Ermittlung der Arbeitsleistung einer Person oder einer Maschine und der Vergleich mit anderen Leistungen setzen voraus, dass die beeinflussenden Randbedingungen erfasst und genormt sind [3]. Die theoretische Grundleistung Qo muss aufgrund verschiedener, zum Teil interaktiver Einwirkungen auf die Nutzleistung QN abgemindert werden. Diese Reduktionsfaktoren setzen sich aus folgenden Einflussbereichen [5] zum Euler'schen Produkt zusammen: • den humanen Faktoren (Qualifikation und Motivation der Maschinisten) • den organisatorischen Faktoren (Qualifikation der Bauleitung und Arbeitsvorbereitung zur Gestaltung organisatorischer Abläufe) • den technischen Faktoren (an die Aufgaben angepasstes Gerät sowie technischer Zustand)
• den umweltbedingten Faktoren (Wetter, Temperatur, Bodenzustand etc.) Die humanen, organisatorischen und umweltbedingten Faktoren setzen sich z.B. zusammen aus: • dem Bedienungsfaktor rd [-]. Dieser reflektiert die humanen Faktoren der Ausbildung und der Qualifikation des Beschäftigten und seine Leistungsmotivation in Abhängigkeit von Lohn, Prämien und persönlichem Einsatz [3]. Tabelle 1-1: Werte für Bedienungsfaktoren T|I [-] [3]
Ausbildung und Qualifikation sehr gut (geübt) durchschnittlich sehrgut (geübt)
Leistungsmotivation
T11
sehrgut(100%) gut (90 %) ausreichend
1.00 0.80 0.75
Interpretiert man die untere Zeile der Tabelle 1-1, so führt bei einem sehr guten Baggerfahrer ein Absinken der Leistungsmotivation von „sehr gut" auf „ausreichend" zu einem Leistungseinbruch von 25 %. Es ist allerdings nicht einfach, einen allgemeingültigen Bezugswert z.B. für einen sehr gut ausgebildeten und qualifizierten sowie sehr hoch motivierten Baggerfahrer festzulegen, weshalb sich die Auswahl der passenden Beiwerte für die menschliche Arbeitsleistung in der Leistungsberechnung als schwierig erweist. • den Betriebsbedingungen ri 2 [-]. Diese reflektieren die organisatorischen und umweltbedingten Faktoren wie die Einsatzbedingungen (Wetter, Helligkeit, örtliche Gegebenheiten wie z.B. Verschlammung der Arbeitsfläche bei Radladern) sowie die Arbeitsvorbereitung der Arbeitsabläufe. Das Produkt der Faktoren r\-\ x r|2 wird auch als Betriebsbeiwert bezeichnet.
Leistung im Baubetrieb
1
Neben den Leistungseinflussfaktoren, die durch den Menschen, die Organisation und die Umweltbedingungen beeinflusst werden, müssen noch die technischen Leistungseinflussfaktoren erfasst werden. Diese geben den Einfluss der realen Betriebsbedingungen gegenüber den als ideal definierten Bedingungen zur Ermittlung der Grundleistung Qo wieder. Die idealen Bedingungen, die der Ermittlung der Grundleistung zugrunde liegen, müssen den Unterlagen der Maschinenhersteller wie z.B. [6], [7] entnommen werden. Die technischen Leistungsflussfaktoren untergliedern sich in (nach [5] und [8]): • fi • f2 • f3
• f4 • f5
Abbau- bzw. Grabtiefenfaktor: Geometrische Relationen wie Abbauhöhe/Grabentiefe zu Löffelstiellänge. Schwenkwinkeleinfluss- bzw. Fahrwegfaktor: Verhältnis des idealen zum realen Schwenkwinkel bzw. Fahrweg vom Lade- zum Abladepunkt. Entleerungsgenauigkeitsfaktor: Entladen des Löffels oder der Schaufel gezielt auf ein Transportfahrzeug oder nur auf Schütthaufen oder eine Kippe. Bei Entleerung auf ein Transportgerät ist das Verhältnis von Löffel-/Schaufelinhalt zum Fassungsvermögen des Transportgeräts zu berücksichtigen. Schneiden- bzw. Zahnzustandsfaktor: Abnutzungsgrad der Schneid- bzw. Aufladewerkzeuge. Verfügbarkeits-/Gerätezustandsfaktor: Einsatzzeit, Instandhaltungszustand des Geräts.
Der Geräteausnutzungsgrad r|G [-] ergibt sich aus dem Quotienten der effektiven Betriebszeit (= Schichtzeit minus Unterbrechungs-/ Ausfallzeiten) und der Schichtzeit. Man kann diesen Faktor auch als Effektivitätsfaktor bezeichnen; er sagt aus, dass ein Gerät z.B. 50 min/h effektiv arbeitet. Diese Reduktion ergibt sich aus Umsetzzeiten bei einem Bagger während eines kontinuierlichen Aushubvorgangs (z.B. Graben) bzw. Ladevorgangs, um die optimale Geräteposition im Gerätearbeitsbereich für die Arbeit einzunehmen, oder Zigarettenpausen des Maschinenführers etc.
Leistung im Baubetrieb Tabelle der Leistungseinflussfaktoren, durch die die in den Handbüchern [6], [7] beschriebenen Idealbedingungen abgemindert werden: Tabelle 1-2: Leistungseinflussfaktoren r|-i
< 1:
Mensch: Leistungsfaktor des Geräteführers (Ausbildung, Motivation)
r\2
^ 1:
Organisation und Umwelt: Einfluss der Betriebsbedingungen auf die Leistung (Wetter, Staub, Helligkeit, Arbeitsvorbereitung, Arbeitsabläufe etc.)
f-i.. .f
5
< < 1:
Technik: Technische Einflussfaktoren Effektivzeit: Geräteausnutzungsgrad eines Geräts, z.B. bezogen auf die Schichtzeit (Schichtzeit = effektive Betriebszeit sowie Unterbrechungs- und Ausfallzeiten)
Die Faktoren für die wichtigsten Leistungsgeräte können Kapitel 8 entnommen bzw. in Analogie übertragen werden.
Leistung im Baubetrieb 1.2 Bestimmung von Leistungswerten Nachkalkulation Leistungswerte beruhen auf Erfahrung und werden normalerweise im Rahmen des technischen Controllings dokumentiert. Sie resultieren aus der Nachkalkulation bereits fertig gestellter Bauprojekte und dienen vor allem der Ermittlung der für die Ausführung geräteintensiver Arbeiten benötigten Maschinen- und Lohnstunden. Ihre Kehrwerte ergeben Aufwandswerte, die sich als Quotient aus verbrauchter Arbeitszeit und geleisteter Menge definieren. Die für die Ausführung einer Tätigkeit benötigten Arbeitsstunden werden mit Hilfe dieser Aufwandswerte für Bauwerke mit gleichen Randbedingungen herangezogen. In der Kalkulation bezeichnet man die Aufwandswerte auch häufig als Stundenansätze. l-t-LcHunq -
9eleistete M e n 9 e verbrauchte Arbeitszeit
l-t-Aufwand-wcrt
verbrauchte
Arbeitszeit geleistete Menge
1 Ist-Leistung
Durchschnittliche Leistungswerte für Bauleistungen sind in Standardbüchern [9], [10], [11], [12] zusammengestellt, werden abervon den Bauunternehmen meist anhand eigener Erfahrungen aufgestellt und auf dem neuesten Stand gehalten. Folgende Punkte sind bei der Ermittlung der Leistungswerte zu berücksichtigen: • Jede Arbeit hat zu Beginn ihrer Ausführung eine Anlaufzeit, auch Lernphase genannt, bei der aufgrund der notwendigen Einarbeitung (Lernkurve) nur eine verminderte Leistung erzielt wird. Zusätzlich schränken in der Auslaufzeit der Ausführung verminderte Arbeitsflächen und Störungen im Bauablauf durch nachfolgende Gewerke die Leistungsfähigkeit ein. Zwischen Anlauf- und Auslaufzeit liegt die Hauptleistungszeit, in der die höchste Leistung erbracht wird. Diese Hauptleistungszeit setzt sich zusammen aus der Betriebszeit, den betrieblich bedingten Wartezeiten und den Umsetzzeiten auf der Baustelle. Für die Arbeitsausführung sind nun zwei Leistungswerte ermittelbar: 8
-
-
Ein mittlerer Leistungswert, bezogen auf die Einsatzzeit, bestehend aus Zeiten für Vorbereitung/Einarbeitung, Betriebszeit, betrieblich bedingte Wartezeiten, Umsetzen innerhalb der Baustelle und Zeiten für den Abschluss der Arbeiten. Ein höherer Leistungswert, ausschliesslich auf die Betriebszeit bezogen.
• Auch während der Betriebsszeit verläuft die Leistungskurve nicht gleichmässig, sondern bewegt sich vielmehr in einer mehr oder weniger grossen Bandbreite um den Durchschnittswert. Bei der Ermittlung der Bauzeit und der Baukalkulation ist immer der mittlere auf die Einsatzzeit bezogene Leistungswert zugrunde zu legen. Die Abstimmung und Optimierung der Gerätekonfiguration erfolgt hingegen über den auf die Betriebszeit bezogenen Leistungswert. Zeitmessverfahren Das Zeitmessverfahren wird einerseits zur Bestimmung von detaillierten Arbeitsabläufen und Leistungswerten sowie andererseits zur kontinuierlichen Verbesserung sich wiederholender Arbeitsabläufe eingesetzt. Diese detaillierten Leistungswerte werden durch direkte Messungen und Beobachtungen während der Bauausführung ermittelt. Zwei Methoden bieten sich hierzu an [3]: • Die Dauer einzelner Arbeitsvorgänge wie auch der Verlustzeiten misst man mit durchlaufender Stoppuhr. • Mit Hilfe der Momentaufnahme (Zählverfahren, Multimomentverfahren) wird z.B. im Minutenabstand festgestellt und notiert, welche Tätigkeit ein einzelner Arbeiter oder die Arbeitsgruppe zu diesem Zeitpunkt gerade ausführt. Die Summe der Vielzahl solcher Beobachtungsstichproben ergibt eine Häufigkeitsstückliste. Diese enthält, bezogen auf die Gesamtbeobachtungsdauer, bestimmte Zeitanteile je Ablaufart [13]. Diese Methoden liefern bei einer genügend langen Beobachtung sowohl die Leistungswerte als auch eine gute Übersicht über schlecht funktionierende Arbeitseinsätze und ungenügende Abstimmung einzelner Produktionsketten (Verlustzeiten). Daher wird dieses Verfahren hauptsächlich zur kontinuierlichen Verbesserung von sich wiederholenden Arbeitsabläufen auf der Baustelle eingesetzt.
Leistung im Baubetrieb 1.3 Leistung von Produktionsketten Häufig wird bei der Bauwerkserstellung die Produktionsleistung nicht von einer einzelnen Maschine, sondern von mehreren in einer Produktionskette zusammenarbeitenden Maschinen erbracht. Beispiele hierfür sind das Zusammenspiel • im Betonbau von Betonmischer, Betontransport, Betonpumpen und Betonverteiler; • im Erdbau von Ladegeräten, Lastkraftwagen und Planiergeräten. Die Leistung einer Produktionskette wird immer vom Leitgerät bestimmt. Beim Leitgerät handelt es sich um eine einzelne Maschine oder eine Maschinengruppe, die innerhalb der Produktionskette die kleinste Leistung erbringt. In der Regei sind das Maschinen oder Maschinengruppen, bei denen die Leistung nur sehr aufwendig, z.B. wegen sehr hoher Investitions-, Miet- und Reparaturkosten, oder überhaupt nicht, z.B. wegen räumlichen oder von Arbeitsverfahren bestimmten Begrenzungen, angepasst werden kann. Alle anderen Maschinen der Produktionskette sind dann an die Leistungsfähigkeit des Leitgeräts anzupassen [1]. Erfordert die Durchführung einer Bauaufgabe zwei parallel oder abwechselnd arbeitende Produktionsketten, so müssen diese mit dem Ziel eines möglichst kontinuierlichen Produktionsflusses in Bezug auf minimale Wartezeiten optimiert werden [3]. Auf Linienbaustellen stellt z.B. das Schalen und Betonieren eines Hochhauses mit den Bauwerksteilen Decken sowie Kern und Stützen ein Beispiel zweier parallel laufender Produktionsketten dar. Die nachfolgenden baubetrieblichen Leistungsberechnungen und vor allem die leistungsabmindernden Beiwerte beruhen auf den Untersuchungen der Firmen Liebherr [6] und Caterpillar [7] sowie der Professoren Bauer [8] und Kühn [14].
10
Leistung im Baubetrieb 1.4 Allgemeine Leistungsberechnung von Baugeräten Kurzzeitleistungen Unter dieser Leistungskategorie werden die Leistungen in der Hauptphase des Vorgangs auf die Betriebszeit bezogen definiert. Die theoretische Leistung QT [m3/h] ist abhängig von der konstruktiven Gestaltung des Geräts in Bezug auf Maschinenleistung, Technologie, Kinematik, Arbeitsgeschwindigkeit und Lade- und Transportgefässinhalt. Sie besteht unter optimalen technischen Betriebsbedingungen, aber ohne Berücksichtigung materialabhängiger, technischer, bedienungs- und betriebsbedingter Einflüsse sowie der Geräteausnutzung.
Die Grundleistung Qo [fm3/h] berücksichtigt die materialabhängigen Einflussfaktoren und erfolgt unter optimalen technischen Betriebsbedingungen, aber ohne Berücksichtigung technischer, bedienungs- und betriebsbedingter Einflüsse sowie der Geräteausnutzung.
Die technische Grundleistung QTo [fm3/h] berücksichtigt alle materialabhängigen und technischen Einflussfaktoren, ohne bedienungs- und betriebsbedingte Einflüsse sowie die Geräteausnutzung.
11
Die Nutzleistung QN [fm3/h] (Durchschnittsleistung/Dauerleistung über die Betriebszeit) berücksichtigt alle bekannten materialbedingten und technischen Leistungsfaktoren, insbesondere auch die Bedienungsund Betriebsbedingungen sowie die Geräteausnutzung. QN —
SAE
3 r fm /hl [II /i IJ
x ^fiOO x k x k x k x n
k i - = axcp
[
= f., X f2 X f3 X f4 X f5
VSAE
ts a 9 112
fi
f2 f3 f4 f5
ki
k2 k3
[
Nenninhalt Grab-/Transportgefäss gemäss SAE Spielzeit Lösefaktor Füllfaktor Bedienungsfaktor Betriebsbedingungen Abbau-/Grabtiefenfaktor Schwenkwinkel-/Fahrwegfaktor Entleerungsgenauigkeitsfaktor SchneidenVZahnzustandsfaktor Verfügbarkeits7Gerätezustandsfaktor Ladefaktor Leistungseinflussfaktor Betriebsbeiwert Geräteausnutzungsgrad
3
[m ] [ s] [ fm3/!m3] [ [ [ [ [ •] [ [ [ [ [ -] [ -] [
Die Kurzzeitleistung bezieht sich auf die Betriebszeit, d.h. auf die reine Arbeitszeit des Geräts. Bei grossen, maschinenintensiven Erdbaustellen, d.h. Baustellen mit kontinuierlichem Geräteeinsatz, entspricht sie weitgehend der durchschnittlichen Leistung des gesamten Arbeitstags QAT[fm3/h]. Bei zyklischen Arbeitsabläufen, bei denen das Gerät nur zeitweise während der Arbeitszeit in Betrieb ist, weicht die Kurzzeitleistung teilweise deutlich von der Durchschnittsleistung des Arbeitstags ab. Im Berechnungskonzept von KurzzeitVNutzleistung QN sind neben den auf die Grundleistungen Qo bezogenen technischen Reduktionsfaktoren bereits auch die Bedienungs- und Betriebsbedingungen wie Motivation, Wettereinfluss etc. sowie die Geräteausnutzung während der Betriebszeit enthalten. Berücksichtigt wird ferner, dass eine neue Maschine hö-
12
here Leistungen erbringt als eine ältere, bedingt durch Verschleiss, aber auch durch häufigere kleinere Reparaturen an z.B. Hydraulikschläuchen oder Reisszähnen. Ferner ist auch die Geräteausnutzung über einen definierten Zeitraum enthalten, da z.B. ein Baggerführer nicht ununterbrochen eine volle Stunde oder einen ganzen Tag hocheffizient unter Beibehaltung der Konzentration über die ganze Schichtzeit hinweg arbeitet. Bei diesem Geräteausnutzungsgrad ist auch z.B. das Nachrücken eines Baggers während des Aushubs oder Ladevorgangs enthalten. In der KurzzeitVNutzleistung sind die folgenden Reduktionen nicht enthalten: • Vorbereitungszeiten (z.B. Auslegen von Baggermatratzen oder das Umrüsten auf ein anderes Grabgefäss) • Unterbruchszeiten für das Umsetzen an einen neuen Standort auf der gleichen Baustelle • Betrieblich bedingte Unterbrechungen und Wartezeiten • Einarbeitungs- und Abschlusszeit mit meist geringerer Leistung (Bild 1-3), da einerseits in der Lernphase erst der optimale Ablauf in der Prozesskette gefunden werden muss und andererseits in der Abschlussphase oft schon parallele Arbeiten anderer Gewerke beginnen, die Behinderungen verursachen können, oder noch Nacharbeiten durchgeführt werden müssen. Langzeitleistung Die Langzeitleistung, auch Einsatzleistung QET genannt, bezieht sich auf die Einsatzzeit der Geräte, die sich aus der Dauer der Prozesse ergibt, und baut auf dem Konzept der Kurzzeitleistung auf. Die Kurzzeitleistung wird dazu ergänzt durch Vorbereitungs- und Einarbeitungszeiten, durch unproduktive betrieblich bedingte Wartezeiten, die Dauer des Umsetzens an einen anderen Arbeitsort auf der Baustelle sowie Zeiten für den Abschluss der Arbeiten. Beim Sprengvortrieb im Untertagebau, einem zyklisch ablaufenden Vortriebsverfahren, wird nach dem Sprengen das Haufwerk geladen. Diese Arbeiten beanspruchen nur 3 - 4 Stunden einer Schicht von 8 - 1 0 Stunden. In der restlichen Zeit werden andere Arbeiten durchgeführt. Das bedeutet, dass die effektive Nutzleistung QN [fm3/h] des Geräts wesentlich von der Durchschnittsleistung QAT [fm3/h] pro Arbeitstag abweichen kann. Das Gleiche gilt auch bei Baugruben, wenn z.B. in einer ge-
13
Leistung im Baubetrieb wissen Tiefe der Aushub unterbrochen werden muss, um Anker- oder Aussteifungsarbeiten durchzuführen. Leistung bei zyklischen Arbeiten Q [fm3/h] Schutterleistungen
[-] Zyklus [h] Tagesarbeitszeit [T] Tage Zyklus I: Zyklus II:
Sichern und Sprengen Schuttern (Laden des Vortriebs)
Bild 1-2: Darstellung der Schutterleistung in Abschlagszyklen
Daher müssen die Leistungen einerseits nach Arbeitsabläufen und andererseits nach verschiedenen Zeitabschnitten wie folgt differenziert werden: • Die Wahl der Maschinen erfolgt aufgrund der erforderlichen Nutzleistung QN bzw. Grundleistung Qo. • Die Tagesleistung QAT ist eine Durchschnittsleistung, die meist dann deutlich von QN abweicht, wenn zyklische Arbeiten durchgeführt werden, oder bei Geräteumsetzungen zu anderen Arbeitsstätten mit zyklischem Charakter.
14
Leistung im Baubetrieb
1
• Die Einsatzleistung QET über die gesamte Einsatzzeit ist meist für kalkulatorische Zwecke erforderlich und beinhaltet neben der Nutzleistung QN bzw. Tagesleistung QAT die Reduktion durch die Vorbereitungszeit, Einarbeitungs- und Abschlussphase sowie betrieblich bedingte Unterbrechungen. Allgemeiner Leistungsverlauf während der Vorhaltezeit Q [fm3/h]
Bild 1-3: Leistungsverlauf QN QAT QET Tjransp TEin TB Ty T Rep Tscmuss TE Tv d
NutzVDauerleistung des Geräts A Leistung bezogen auf die Betriebszeit Tagesdurchschnittsleistung des Geräts A Leistung bezogen auf die Tagesarbeitszeit mittlere Einsatzleistung des Geräts 4 Leistung bezogen auf die Einsatzzeit Zeit für den Transport Einarbeitungszeit Betriebszeit des Geräts pro Arbeitstag Zeit für betrieblich bedingte Unterbrechungen Zeit für Wartungen und Reparaturen Dauer der Schlussphase E i n satzze it de r G e räte Vorhaltezeit Vorgangsdauer - mögliche Betriebs- bzw. Arbeitstage gemäss Terminplan (Einsatzzeit)
15
[fm3/h] [fm3/h] [fm3/h] [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h];
[AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT]
Leistung im Baubetrieb Die effektive Leistung, bezogen auf die Arbeitszeit Q A T [fm3/h] bzw. die Einsatzzeit QET [fm3/h], ergibt sich zu: Arbeitszeit:
[fm3/h]
Q A T = Q N x —— TAT
Einsatzzeit:
Q ET = Q A T x —— = Q N x —5'ET
QAT QET QN TB TAT TET
[fm3/h]
TET
Tagesdurchschnittsleistung des Geräts mittlere Einsatzleistung des Geräts NutzVDauerleistung des Geräts Betriebszeit des Geräts pro Arbeitstag Arbeitsstunden pro Arbeitstag Einsatzstunden pro Arbeitstag
[fm3/h] [fm3/h] [fm3/h] [h/AT] [h/AT] [h/AT]
Die erforderliche durchschnittliche Leistung, bezogen auf die Einsatzzeit QET-erf. [fm3/h], ergibt sich zu:
V TAT d
Gesamtaushub (Arbeit) Arbeitsstunden pro Arbeitstag Vorgangsdauer-mögliche Betriebs- bzw. Arbeitstage gemäss Terminplan (Einsatzzeit)
[fm3] [h/AT] [AT]
Anzahl der Losegeräte n [-] QET n
"
ert
M L J
QET T
rfm 3 /hl
TET QET TB TET
mittlere Einsatzleistung eines Geräts Betriebszeit des Geräts pro Arbeitstag Einsatzstunden pro Arbeitstag
16
[fm3/h] [h/AT] [h/AT]
Leistung im Baubetrieb Die Leistung Q A T in der Arbeitszeit TAT entspricht weitgehend der Nutz-/Dauerleistung QN, wenn keine zusätzlichen Zeitaufwendungen notwendig werden, die über die in den Gerätezustandsfaktoren, z.B. für tägliche Routinewartung, sowie im Geräteausnutzungsfaktor für kleinere Umsetzungsarbeiten und Erholungspausen schon enthaltenen Zeitaufwendungen hinausgehen. Die Arbeitszeit T A T [h/AT] ergibt sich aus: [h/AT]
Die Arbeitszeit pro Tag TATsetzt sich zusammen aus: • der Betriebszeit des Geräts TB • den möglichen gewollten und ungewollten Unterbrechungen j
z.B. durch Umsetzen der Maschinen, Unterbruch in der Versorgung, kleine Wartungsarbeiten, zyklische Arbeiten Die Arbeitszeit T A T entspricht normalerweise der Regelarbeitszeit auf der Baustelle. Man kann davon ausgehen, dass die Nutzleistung über Stunden und Tage bei gleicher Arbeit aufrechterhalten werden kann. Muss jedoch das Gerät umgesetzt oder müssen z.B. in einer Baugrube zuerst die Anker gesetzt werden, bevor mit dem Aushub fortgefahren werden kann, dann entspricht die Nettoarbeitszeit des Geräts oder der Prozesskette nicht der Arbeitszeit, der Einsatzzeit und vor allem nicht der Vorhaltezeit. Unter der Einsatzzeit TET werden alle Zeiten zusammengefasst, an denen das Gerät in Betrieb ist. Dazu gehören: • • • • • •
Vorbereitungszeiten Einarbeitungszeit Betriebszeit Umsetzen auf der Baustelle Baubetrieblich bedingte Wartezeit Schlussphase
In dieser Zeit ist das Gerät ohne Unterbrechung durch Wartungen, Reparaturen oder Stillstandstage in Betrieb.
17
Leistung im Baubetrieb
1 l^ 1 TTI 1 1 i
Damit ergibt sich die Einsatzzeit TET zu: "1"ET
T Vor T E in
TB Ty TUm
=
"^"vor + "^Ein + T B + T j + T U m + T S c h | u s s
Vorbereitungszeiten Einarbeitungszeit Betriebszeit Zeit für betrieblich bedingte Unterbrechungen Umsetzzeiten auf der Baustelle Dauer der Schlussphase
[h] [AT] [h]; [hj; [hj; [hj; [hj; [hj;
[AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT]
Die Vorhaltezeit T V T umfasst die Einsatzzeit und d a s Einrichten sowie die Auf-, U m - und A b b a u der Geräte mit d e n d a z u g e h ö r i g e n Transportzeiten, die Stillliegezeit auf der Baustelle und die Zeiten für Wartung/Pflege u n d Reparatur. Damit ergibt sich die Vorhaltezeit T V T Z U :
Rep
Zeiten für A n - und Abtransport Zeiten für d e n Aufbau Reparaturzeiten W a r t u n g s - und Pflegezeiten Stillliegezeiten Umbauzeiten Abbauzeiten
[h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h]; [h];
[AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT] [AT]
Es ist d a h e r sehr wichtig, dass bei L e i s t u n g s a n g a b e n der B e z u g s z e i t r a h m e n g e n a u a n g e g e b e n wird.
18
2 Baustelleneinrichtungen Sozialeinrichtungen Wasserversorgung Stromversorgung Druckluftversorgung Separationsanlagen
t
Sozialeinrichtungen
rnr
2.1 Sozialeinrichtungen [15], [16] Die hier angegebenen Werte dienen nur zur Vordimensionierung der Sozialeinrichtungen. In jedem Land müssen die speziellen Vorschriften der Arbeitsstättenverordnung beachtet werden. Tabelle 2-1: Richtwerte der Sozialeinrichtungen Nr. Sozialräume 1 2 3
Tagesunterkünfte Schlaf-/Wohnunterkunft Kantine (mit Küche und Magazin)
4
WC
5
Waschraum
7
Duschen bei mehr als 10 Arbeitern und Baustellendauer > 2 Wochen Mindestraumhöhen
8
Fensterfläche
6
m2/ m3/ Andere Arbeiter Arbeiter 1 >6
>10
2.5 1/Baustelle bzw. 1/(15 Arbeiter) 1 Waschraumplatz/ Baustelle bzw. 1 Waschraumplatz/ (5 Arbeiter) 1 Dusche/ (20 Arbeiter) 2.3 m 1/10derGrundfläche
Zudem sind spezifische Anforderungen hinsichtlich Tischen, Stühlen, Schränken und anderer Einrichtungsgegenstände zu beachten.
20
Wasserversorgung
93
2.2 Wasserversorgung [17] Begriffsbestimmung und Berechnungsvorgang • Wasserbedarfsermittlung: Die Wasserbedarfsermittlung ist notwendig zur Dimensionierung der Versorgungsquelle, der Versorgungsleitungen und eventueller Zusatzeinrichtungen wie Pumpanlagen. Ermittlung anhand von Richtgrössen: a) Arbeitnehmer Trink- und Brauchwasserbedarf der Arbeitnehmer (AN) am Arbeitstag (AT) [I/AN und AT] Anzahl AN x Richtwert [m3/AN und AT]
=
[m3/AT]
=
[m3/AT]
Leistung Anlage [m3/AT] x Richtwert [m3/m3]
=
[m3/AT]
Zwischensumme 1
=
[m3/AT]
b) Aufbereitungsanlagen Beton- und [m3/m3]
Mörtelanmachwasserbedarf
Leistung Anlage [m3/AT] x Richtwert [m3/m3] c) Sonstige Anlagen Sonstiger Brauchwasserbedarf für Wasch-, Sieb- oder Trennanlagen für Zuschlagstoffe [m3/m3]
21
Wasserversorgung d) Zuschlag für Betonnachbehandlung usw. Pauschaler Zuschlag auf den ermittelten Wasserbedarf für weiteres Brauchwasser zur Nachbehandlung von Beton, zum Feuchthalten der Schalung, zur Reinigung von Geräten und Fahrzeugen [%] Zuschlag x Zwischensumme 1 [m3/AT] Zwischensumme 2
[m3/AT] [m3/AT]
e) Zuschlag für Verluste in prov. Leitungen Pauschaler Zuschlag auf den ermittelten Wasserbedarf für Verluste in provisorischen Leitungen [%] Zuschlag x Zwischensumme 2 [m3/AT] Gesamtwasserbedarf Qc
[m3/AT] [m3/AT]
Dimensionierung der Rohrleitung a) Maximaler stündlicher Wasserbedarf Q [l/s] Wassermenge für allgemeinen Gebrauch Q^ax [l/s] Der maximale stündliche Wasserbedarf (Q1max) ergibt sich aus dem 1.5fachen des durchschnittlichen täglichen Gesamtbedarfs (s.o.)-
Q1
max
A
"TAT
X
M
[l/s]
3.6
Q1
maximaler stündlicher Wasserbedarf der Baustelle
[l/s]
Q0 TAT
durchschnittl. tägl. Gesamtwasserbedarf tägliche Arbeitszeit
[m3/AT] [h/AT]
22
Wasserversorgung Wassermenge für Betonmischer Q^a Für die Dimensionierung der Leitung zum Betonmischer muss gewährleistet sein, dass eine Wassermenge von einem Fünftel des Nenninhalts des Mischers innerhalb von z.B. 20 Sekunden gleichmässig zugegeben werden kann. [17]
Q2 Vmisch At
maximaler stündlicher Wasserbedarf zur Betonherstellung Nenninhalt des Mischers 20 Sekunden Zulauf für Betonmischer
[ I] [s]
Bei grossem Wasserbedarf für den Mischer empfiehlt sich die Anordnung eines Zwischenspeichers. Maximaler stündlicher Wasserbedarf Q [l/s] Q = max{Q 1 max ;c4 x }
[l/s]
b) Durchmesser der Rohrleitung d [dm] Der Durchmesser der Rohrleitung d [dm] ergibt sich aus dem maximalen stündlichen Wasserbedarf Q [l/s]:
Q
Fördermenge bzw. max. Wasserbedarf
[l/s]
d v
lichter Durchmesser der Rohrleitung Wassergeschwindigkeit in der Rohrleitung, meist 5 bis 8 dm/s
[dm] [dm/s]
23
Wasserversorgung Richtgrössen für den Wasserbedarf Tabelle 2-2: Wasserbedarf [17]
Trinkwasser und Waschen
20
- 30
I/(AN und AT)
40
Duschen
I/(AN und AT)
Trinkwasser, Waschen und Duschen
40
- 70
I/(AN und AT)
Trink- und Brauchwasserbedarf bei Tagesunterkünften
20
- 30
I/(AN und AT)
Trink- und Brauchwasserbedarf bei Wohn- und Schlafunterkünften
50
- 100
I/(AN und AT)
Betonanmachwasser
0.1 -
0.2 m3/m 3Beton
Mörtelanmachwasser
0.2-
0.25 m3/m 3Mörtel
Brauchwasser für Kiesaufbereitung
1.0-
3 3.0 m /m 3Kies
Zuschlag für weiteres Brauchwasser
20
- 25
%
Wasserverluste bei provisorischen Leitungen
10
- 20
%
24
Wasserversorgung Beispiel zur Ermittlung des Gesamtwasserbedarfs einer Bürogebäude-Baustelle • Ausgangsdaten max. Anzahl Arbeitnehmer (AN) Betonarbeit davon in Wohnunterkünften in Tagesunterkünften max. Betonierleistung
15 5 10 180 0 .15 25 15
Betonanmachwasser Zuschlag weiteres Brauchwasser Zuschlag für Verluste
AN AN AN m
Beton/A1
m3/m
Beton
% %
• Wasserbedarf der AN 10 AN x 0.05 m3/(AT und AN) 5 AN x 0.03 m3/(AT und AN)
3 0 .5 m /AT 3 0 .15 m /AT
Der maximale Bedarf ergibt sich meist, wenn im letzten Geschoss noch die Rohbauarbeiten laufen und in den Untergeschossen schon der Ausbau beginnt (hier 20 AN für den Ausbau). 20 AN x 0.03 m3/AT und AN
=
6.0
m3/AT
• Wasserbedarf Betonherstellung 180 m^eton /AT x 0.15 m3/m^eton
=
27.00 m3/AT
Zwischensumme 1
=
33.65 m3/AT
Nachbehandeln des Betons und Gerätereinigung 25 % von 33.65
=
8.41 m3/AT
Zwischensumme 2
=
42.06 m3/AT
=
6.31 m3/AT
=
48.37 m3/AT
Sonstiges
Leitungsverluste
15 % von 42.06
Gesamtwasserbedarf
25
Wasserversorgung Beispiel zur Dimensionierung der Rohrleitung • Ausgangsdaten Wasserbedarf Fliessgeschwindigkeit Anzahl Arbeitsstunden pro Arbeitstag Faktor für stündlichen Spitzenbedarf Zwangsmischergrösse Wasserzugabezeit in den Mischer
= 48.37 = 0.8 = 9 = 1.5 = 1250 = 20
m3/AT m/s h/AT
8 dm/s
I s
• Max. Wasserbedarf pro Stunde aus Gesamtwasserbedarf Qi
_ 48,37
15
_
Qmax
"
3.6
"
9
aus Betonmischergrösse 2
_ 0-2x1250 «
_
Qmax
Es empfiehlt sich die Anordnung eines Zwischenspeichers, da ansonsten die Leitungsdimensionierung zu einem unwirtschaftlichen Durchmesser führt. Für die Dimensionierung ist dann Q ^ massgebend.
Durchmesser Gesamtzuleitung ? ?4 J4x8x/z-
=
26
0.60 dm
= 60 mm
2.3 Stromversorgung [17], [18], [19] Begriffsbestimmung und Berechnungsvorgang • Leistungsbedarf Der Bedarf der elektrotechnischen Einrichtungselemente der Baustelle zur Bestimmung der elektrischen Energie wird nach Einphasen- und Dreiphasenverbrauchern getrennt zusammengestellt. Die Richtwerte für die Anschlusswerte der Verbraucher können den Handbüchern der Gerätehersteller sowie [4] bzw. den nachfolgenden Seiten entnommen werden. a) Leistungswerte der Verbraucher Zusammenstellung der Leistungswerte der einzelnen Verbraucher getrennt nach: • Einphasenwechselstrom (230 V) Die Angabe der wirksamen Leistung in [kW] von Verbrauchern wie z.B. Beleuchtung, Wasserkocher entspricht dem Anschlusswert. Stück
Verbraucher
2
Kranleuchten
Wirkleistun g[kW] einzeln Gesamt 40 80
Dreiphasenwechselstrom (400 V) Angabe der mechanischen wirksamen Leistung an der Antriebswelle von motorgetriebenen Verbrauchern in [kW]; dies kann dem Typenschild oder der BGL [4] entnommen werden. Diese Werte sind nicht dem Anschlusswert gleichzusetzen. Stück
Verbraucher
2
Turmdrehkran
27
Motorleistur lg [kW] einzeln gesamt 40 80
Stromversorgung b) Leistungsaufnahme der Verbraucher Die Leistungsaufnahme der Verbraucher bestimmt sich aus der dem Verbraucher zuzuführenden Leistung Pzu in [kW] unter Berücksichtigung der Ernergieausnutzung (Wirkungsgrad) des Verbrauchers. Die Leistung Pzu wird aus dem Wirkungsgrad r| ermittelt:
H r\ Pab Pzu
Wirkungsgrad vom Verbraucher abgegebene Leistung dem Verbraucher zugeführte Leistung
[-] [kW] [kW]
Für einzelne Motoren entspricht Pab der Motorleistung in [kW],*der Wirkungsgrad kann mit 0.6 - 0.9 angenommen werden. Werden verschiedene Verbraucher zusammengefasst, d.h. ist Pab die Summe aller erfassten Gerätewerte in [kW], so kann der Wirkungsgrad mit 0.8 - 0.85 angenommen werden. Danach bestimmt sich die dem Verbraucher zuzuführende Leistung Pzu [kW] zu P2U = ^ *1
[kW]
c) Leistungsbereitstellung des Netzes Die Leistungsbereitstellung des Netzes bestimmt sich aus der gemessenen Spannung und Stromstärke im Netz unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung von Spannung und Stromstärke in Wechselstromkreisen mit induktivem Widerstand (Motor). Die sich daraus ergebende Scheinleistung P s setzt sich zusammen aus einer Wirkleistung Pw [kW] Pw = U x l w =Uxlxcoscp Pw U 1 Iw coscp
[kW]
Wirkleistung Spannung Scheinstrom Wirkstrom Leistungsfaktor für den Wirkstrom 28
[kW] [V] [A] [A] [-]
Stromversorgung und einer senkrecht dazu stehenden Blindleistung PB [kVA] PB=UxlB=Uxlxsin(p PB
U 1 IB
sinm
[kVA]
Blindleistung Spannung Scheinstrom Blindstrom Leistungsfaktor für den Blindstrom
[kVA] [V] [A] [A] [-]
Das Verhältnis von tatsächlich aus dem Netz entnommener Leistung in [kW] zu im Netz gemessener Leistung in [kVA] ist der Leistungsfaktor coscp [-]. [-] Ps Pw cosekannt Dreiphasen-
V3xl L xl
V3xl, xl
wechselstrom
XxA
%xAU
Leistung P\N bekannt 'L X P W
AU
XxAxU
u
Spannung Spannungsabfall Stromstärke Wirkleistung bzw. Anschlusswert PAW Leitungslänge II A Leitungsquerschnitt Leitfähigkeit X cos cp Leistungsfaktor AU 1 Pw
32
A
'L X PW
XxAUxU [V] [V] [A] [W] [m] [mm2] [m/Qr
Die Stromstärke I [A] ergibt sich • für Einphasenwechselstrom aus: 1 = Pw U x coscp für Dreiphasenwechselstrom aus:
V3xUxcoscp
b) Nach der zulässigen thermischen Belastung Durch die Verlustleistung wird im Kabel Wärme erzeugt, die über die Oberfläche abgeleitet werden muss. Die Temperatur ist vom Isolierstoff abhängig. Sie begrenzt die maximal zulässige Stromstärke. Für kurze Leitungen ist fast immer die thermische Belastbarkeit massgebend. Wurde der erforderliche Leitungsquerschnitt Aerf bestimmt, kann die vorhandene Stromstärke lvorh ermittelt werden. Im Anschluss muss dieser Wert mit der zulässigen thermischen Dauerbelastbarkeit IZU| der Leitung überprüft werden. Die zulässige Dauerbelastungen in [A] und die Leitungsschutzsicherungen sind in Tabelle 23 aufgeführt.
33
Tabelle 2-4: Zulässige Dauerbelastung und Zuordnung von ÜberstromSchutzorganen für isolierte Leitungen [20] Grup pe1
Nennquerschnitt
Ku Dfer
Grup pe3
Gruf>pe2
Frei in Luft verlegte ein adrige Leitu ngen, wobei Rohr drähte, Feu ;htraumleitu ngen, dieLe tungen mit äMSChenra mvon Stegleitun en, frei in Luft verlegte Tiehradrige mindeslens Leitungsdurchmesser erfegt sind, Leitungen und mehr idrige Leiturigen zum Ar schluss ortveränderlicf ler und ein adrige Leitu lgen zum Aiischluss Stromve toraucher ortsveränderficher Stromverbr aucher (ei lschliessl. Leitungstross en)
Bi 3 zu 3 Leiturgen in Roh en
Ku Dfer
Alum nium
miTi
Belastbarkeit inA
Höchstzulässiger Nemstrom der Stromsicherung inA
Belastbarteit inA
Höchstzulässiger Nennstrom der Stromsicherung in A
0.75
—
—
—
—
1
12
10
—
—
1.5
16
15
—
—
2.5
21
20
16
4
27
25
6
35
10
Alum nium
Höchstzulässiger Nennstrom der Stromsicherung inA
Belastbarkeit inA
Höchstzulässiger Nennstrom der Stramsicherung in A
13
10
—
—
16
15
—
—
20
20
—
—
15
27
25
21
21
20
36
35
35
27
25
47
48
50
38
35
16
65
60
51
25
88
80
69
35
110
100
50
140
125
70
—
—
—
Alurr nium
Kupfer Höchstzulässiger Nennstrom der Stromsicherung inA
Belastbarkeit inA
Höchstzulässiger Nennstrom der Stronv sicherung inA
16
15
—
—
20
20
—
—
25
25
—
—
20
34
35
27
25
29
25
45
50
35
35
50
37
35
57
60
45
50
65
60
51
50
78
80
61
60
50
87
80
68
60
104
100
82
80
60
115
100
90
80
137
125
107
100
86
80
143
125
112
100
168
160
132
125
110
100
178
160
140
125
210
200
165
160
—
220
225
173
160
260
260
205
200
Belastbarkeit inA
Belastbarkeit inA
95
—
—
—
—
265
260
210
200
310
300
245
225
120
—
—
—
—
310
300
245
225
365
350
285
260
150
—
—
—
—
355
350
280
260
415
430
330
300
185
—
—
—
—
405
350
320
300
475
430
375
350
240
—
—
—
—
480
430
380
350
560
500
440
430
300
—
—
—
—
555
—
435
—
645
—-
510
—
400
—
—
—
—
—
—
—
—
770
—
605
—
500
—
—
—
—
—
—
—
880
—
690
—
34
Stromversorgung Dreiphasenverbraucher-Richtgrössen für die Motorenleistung von elektrisch betriebenen Baumaschinen Tabelle 2-5: Motorleistung von Baumaschinen [4] Baumaschine
Kenngrösse
Motorleistung
Turmkran fahrbar stationär
Nennlastmoment 7 - 450 tm 32-1250tm
15.0-330.0 kW 20.0-145.0 kW
Aufzug Schnellbauaufzug Aufzug mit Fahrkorb
Traglast 0.2-1.0t 0.5-3.2 t
Betonmischmaschine Trommelmischer
Mischgefässinhalt 1 0 0 - 250 I 250-1500 1 1 5 0 - 240 I 750 - 4500 I
0.2 0.9 kW 2 . 0 - 15.0 kW 3.0 8.0 kW 19.0-110.0 kW
Betonmischanlage Trommelmischer Trog- / Tellermischer
Mischgefässinhalt 500 - 2000 I 375-1500 1
10.020.0-
Kompressor Kleinkompressor Kolbenkompressor Schraubenkompressor
Volumenstrom 0.04 - 1.65 m3/min 2.0 - 9.0 m3/min 3.0 -19.0m 3 /min
0 . 4 - 15.0 kW 1 5 . 0 - 65.0 kW 20.0-130.0 kW
Kreissäge Tischkreissäge Handkreissäge
Sägeblattdurchmesser 350 - 550 mm 170-550 mm
2.0 - 9.0 kW 0.6 - 4.0 kW
Förderband 400 mm Gurtbreite 600 mm Gurtbreite
Achsabstand 4.0-15.0 m 8.0-20.0 m
1.0 - 2.0 kW 2.0 - 6.0 kW
Trog- / Tellermischer
Rüttler Aussenrüttler Innenrüttler
Fliehkraft 1.0-25.0 kN Flaschendurchmesser 17.0-60.0 mm 35
2.08.0-
10.0 kW 30.0 kW
40.0 kW 50.0 kW
0.1 - 3 . 0 kW 0.6 - 3.0 kW
Stromversorgung Zwei- und Dreiphasenverbraucher-Richtgrössen für die Anschlusswerte von Elektrogeräten und Beleuchtung Tabelle 2-6: Anschlusswerte diverser Elektrogeräte [17] Elektrogerät Elektroherd Kaffeemaschine Wasserkocher Duschspeicher 30 I Boiler80 I Durchlauferhitzer Waschmaschine Wäschetrockner Händetrockner Kühlschrank Geschirrspüler Heizlüfter
Wechselstrom
Drehstrom
Anschlusswert
X
8 . 0 - 14.0 kW 1.0 kW 1.0 kW 6.0 kW 6.0 kW 10.0-30.0 kW 3.0 kW 3.0 kW 2.0 kW 0.2 kW 3.5 kW 2.0 kW
X X X X X X X X X X X
Tabelle 2-7: Anschlusswerte verschiedener Beleuchtungskörper [17] Beleuchtung
Anschlusswert
Glühlampe Flutlichtlampen Tiefstrahler Kranleuchten
0.025-0.1 kW 0.2 kW 1.0 kW 1.0 kW
36
Stromversorgung Beispiel zur Ermittlung des Anschlusswerts einer Baustelle Zusammenstellung der eingesetzten Baumaschinen Tabelle 2-8: Moto rleistung diverser Baumasc hinen nach [4] Stück Baumaschine Motorleistu ng [kWl Gesamt Einzeln 1 2 1 1 1 2 1 2
Turmkran Kompressor Trommelmischer Förderband Tischkreissäge Handkreissäge Aussenrüttler Innenrüttler Gesamt
20.0 40.0 15.0 15.0 4.0 1.7 0.5 1.2
20.0 80.0 15.0 15.0 4.0 3.4 0.5 2.4 140.3 kW
=
Zusammenstellung der eingesetzten Elektrogeräte Tabelle 2-9: Anschlusswerte diverser Elektrogeräte nach [4] Stück 2 1 1 2
I
Elektrogerät
Anschlussw rert [kW] Einzeln Gesamt
Kaffeemaschine Wasserkocher Kühlschrank Heizlüfter Gesamt
1.0 2.0 0.2 2.0 =
37
2.0 2.0 0.2 4.0 8.2 kW
Stromversorgung Zusammenstellung der eingesetzten Beleuchtung Tabelle2-10: Ber«jchnungsbeispiel der eingesetzten Beleuc fitungen [4] Anschlus swert [kW] Stück Beleuchtung Einzeln Gesamt 1.0 1.0 1.0
4 Flutlichtlampe 4 Tiefstrahler 1 Kranleuchte 100 m'-Un terkünfte; 2 1 GlühIam|:De je 5 m
0.06
Gesamt
=
4.0 4.0 1.0 100/5x0.06 = 1.2 10.2 kW
Weitere Ausgangsdaten
= 0.85 = 0.6 =xp = 53.1 = 0.6
Motorwirkungsgrad r\ Leistungsfaktor cos
sin
«erfj
F v z ; < F v z erf A 00, > coerf;i oder Fvz,i < Fvz,erf A cii < co ert ;
oder
FVZi > FVZerf A cOj < coerf; dann nächste Iteration i=i+1 Letzte Iteration i=k falls:
FVZ]k > FVZi6rf A coj > coerfj
221
"VZ.erf
I
k Mstat.i
Erforderliche Fliehkraft der Vibrationsramme, um das Rammgut in die spezifischen Böden einzubringen (s. Bild 6-5) Eigenfrequenzbereiche der Böden bzw. erforderlicher Kreisfrequenzbereich der Vibrationsramme (s. Tabelle 6-6) Iterationsschritt Letzter Iterationsschritt Statisches Moment der Vibrationsramme i Maximale Eigenfrequenz der Vibrationsramme i (Eigenfrequenzbereich)
[kN] [min"1] [-] [-] [tm] [mirf1]
Für einen optimalen Rammvorgang sollte die Frequenz der Vibrationsramme im Bereich nahe der Eigenfrequenz des Bodens gewählt werden.
222
Rammen Fliehkraft VZ.erf [kN] OOOOO
ooooo 1 O O
5-
-1.0
10-
-2.0
15-
\
\
\ \
\
0
"©
25
\
-3.0
\
-4.0 -5.0
\
\
\
H
Cü
\
E 30H
\
\ \ \
\ LÜ
\
\
\ \
40-
\ \ IV
E E
-7.0
cc
ns
-8.0
\ \
\ \
50-
\
\
\
45-
\
6.0
\
\
-9.0
\ -10.0 -11.0
\ -12.0
Legende: Rammbarkeit
Sand- und Kieslagerung
bindige und schluffige Böden
I
leicht
locker
weich
II
mittelschwer
mittel
plastisch
III
schwer
dicht
hart
IV
sehr schwer
sehr dicht
sehr hart
Kurve
Bild 6-6: Diagramm zur Bestimmung der erforderlichen Fliehkraft Fvz.ert [61]
223
Rammen Tabelle 6-4: Eigenfrequtänzen ausgesuchter Bodenartesn nach [59 f c0 Bodenart [Hz] [mi n"1] Moorboden
10-13
3800-
4900
Mittelsand
15-18
5650-
6800
Lehmiger Boden
21 -23
7900-
8700
Lehm feucht
19-20
7150-
7550
Lehm trocken
20-22
7550-
8300
Sand fest
26-28
9 8 0 0 - 10550
Schluffsand
19-20
7200-
7550
Löss trocken
23-24
8700-
9050
Funktionsweise von Vibrationsrammen: Herkömmliche und Vibrationsrammen mit variabler, computergesteuerter Fliehkraft. „Vlmn/8]
Bild 6-7: Herkömmliche Vibrationsrammen
J [mm/s]
t
r
tb
o • ^
TG
taus *•
Bild 6-8: Vibrationsrammen mit variabler Fliehkraft 224
Rammen
II» F=0%
_. - ^ _ l _ ^ . .
F v =50%
Bild 6-9: Variable Fliehkraft - Prinzip der Unwuchtstellung Legende zu Bild 6-7, Bild 6-8 und Bild 6-9: tan - Anlaufphase taus - Auslaufphase
tb - Betriebsphase; TG - Gesamtbetriebszeit
225
7 Hochbau Krane Betonanlagen Stahlbetonarbeiten
Krane 7.1 Krane Theoretische Leistung QT [t/h] und Nutzleistung QN [t/h] von Kranen Q
_( m max
1
-m o )x36OO
QN=QTxh 1
2
3
rt/hi [i/rij [t/h]
"HG
M