Am 28. September hatten 35 Mitglieder und Gäste des VDE Kassel und des VDI Nordhessen als Fachbesucher die durch das Wasser- und Schifffahrtsamt Hann. Münden (WSA Hann. Münden) ermöglichte seltene Gelegenheit, die vor gut 100 Jahren errichtete Schwergewichtsmauer der Edersee-Talsperre bei Edertal-Hemfurth auch im Inneren zu besichtigen und die Erhaltungsarbeiten der vergangenen Jahre erläutert zu bekommen. In der Führung durch die Herren TRAm Jörg Böhner, Leiter des Außenbezirks Edertal, und Stefan Daude, Talsperrenwärter, sahen wir in zwei Gruppen zunächst einen Film über die in den 90-er Jahren des verg. Jahrh. durchgeführten Maßnahmen und unternahmen dann eine ausführliche Führung mit Erläuterung zahlreicher Details durch den oberen und unteren Kontrollgang der Sperrmauer sowie in das mittlerweile stillgelegte Kraftwerk Hemfurth I am rechten Edertalrand (in Fließrichtung gesehen).
Exkursion zur Edersee-Sperrmauer
Die Edertalsperre ist neben der Diemeltalsperre die einzige von der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung des Bundes betriebene Talsperre. Sie wurde aufgrund des Gesetzes des Preußischen Landtages (zur Erinnerung: Hessen war 1866 von Preußen annektiert worden!) mit dem Titel "Gesetz, betreffend die Herstellung und den Ausbau von Wasserstraßen vom 1. April 1905" errichtet, um den im Bau befindlichen Mittellandkanal ganzjährig mit Wasser zu versorgen. Heute haben sie und die etwas später errichtete Sperre am Oberlauf der Diemel im Wesentlichen die Aufgabe, die Oberweser durch Niedrigwasseraufhöhung ganzjährig schiffbar zu halten. Der Mittellandkanal wird heute durch ein Pumpwerk stromabwärts von Minden mit Wasser versorgt.
Die Edertalsperre wurde von 1908 bis 1914 in einer ca. 400 m breiten Engstelle des Edertals nordwestlich des Dorfes Hemfurth, heute Teil der Gemeinde Edertal, als gekrümmte Schwergewichtsmauer unter Nutzung von Grauwackesteinen aus benachbarten Steinbrüchen errichtet. Die Mauer hat bei einem Radius von 305 m eine Höhe von 47 m bei einer unteren Breite von 36 m und einer Kronenbreite von 5 m. Der dahinter entstandene Stausee aus dem Fluss Eder und zahlreichen Bächen angrenzender Täler hat eine Fläche von 11,5 km2 und ein Volumen von 199,3 Mio. m3.
Bei einem Luftangriff englischer Lancaster-Bomber, welche in der Nacht vom 16. auf den 17. Mai 1943 nicht nur mit drei Maschinen die Edersee-Sperrmauer, sondern mit weiteren Maschinen auch die Möhne- und die Sorpetalsperre angriffen, wurde die Mauer durch eine sogenannte Rotationsbombe schwer beschädigt, welche beim Abwurf in Drehung versetzt wie ein flacher Stein über das Wasser hüpfte. Die Rotation hatte zum Zweck, die Abwehranlagen wie z. B. die Abwehrnetze zu überspringen und dann, vor der Mauer versinkend, in einer Wassertiefe von ca. 20 m ausgelöst durch den Wasserdruck zu explodieren. Es entstand ein halbovales Loch von ca. 60 m Breite und 22 m Tiefe und ca. 12.000 m3, durch welches in den folgenden Stunden etwa vier Fünftel der knapp 200 Mio. m3 aufgestauten Wassers abflossen. Die entstandenen Verluste an Menschenleben, Tieren und Gebäuden sind dokumentiert, so u. a. durch den HNA-Redakteur Uli Klein in dessen Büchern und in der HNA selbst.
Wie funktioniert eine Talsperre. Hier lässt man als Autor dieses Artikels, der nicht Wasserbau sondern Elektrotechnik studiert hat, am besten Fachleute sprechen. Und wer wäre da besser geeignet als die Fachleute des Wasser- und Schifffahrtsamtes Hann. Münden (WSA), die uns den Besuch der Sperrmauer ermöglicht haben. Wir zitieren mit Genehmigung des WSA aus der "Festschrift 100 Jahre Edersee", Seiten 9 – 10, verfasst von Dipl.-Ing. Hans-Jörg Fröbisch, zuständig für das Wasserstraßenwesen:
Talsperren sind der Versuch des Menschen, die Kräfte der Natur, in diesem Fall Wasser, das gestaut wird, für seine Zwecke zu nutzen. Sie sind in der Regel Bauwerke aus Erdstoffen, Steinen oder aus Beton oder beides gleichzeitig. Mit Hilfe dieser Baustoffe wird ein ganzer Talquerschnitt abgesperrt.
Sie können bis zu mehreren hundert Metern hoch und mehrere tausend Meter lang sein, je nach Breite des Flusstales, in dem sie errichtet werden.
Zur Talsperre als Absperrbauwerk, der sogenannten Hauptsperre, gehören das Staubecken und die Vorsperre mit zugehörigen Staubecken. Alle Bestandteile bilden die Stauanlage.
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Unabhängig davon, ob es sich um einen Damm oder eine Mauer handelt, müssen wichtige Bauwerksteile im und am eigentlichen Absperrbauwerk vorhanden sein:
Grundablass
Er hat mehrere Funktionen, wie Regulierung des Wasserstandes im Stauraum, aber auch Regulierung der Abgabe der Wassermenge an den unterhalb weiter fließenden Fluss. Erreicht wird das durch Reguliereinrichtungen im Grundablassrohr oder ein nachgeordnetes Ausgleichbecken flussabwärts. Alle Grundablassrohre sind aus Sicherheitsgründen mit zwei Absperrschiebern ausgerüstet. Zusätzlich sind am Einlauf ein Einlaufbauwerk mit einem Rechen und einem Revisionsverschluss vorhanden. Damit wird erreicht, dass keine groben Teile wie z. B. Äste in das Rohr gelangen. Der Revisionsverschluss wird immer geschlossen, wenn die Rohre von innen kontrolliert werden. Das Grundablassrohr liegt immer so, dass eine Entleerung des Stausees möglich wäre.
Große Talsperren haben mehrere Rohre, um die oft großen Zuflüsse abgeben zu können. Kann nicht mehr genug Wasser durch das Rohr fließen, muss es über eine Hochwasserentlastungsanlage abgeführt werden.
Hochwasserentlastungsanlage/Überlaufbauwerk
Wenn es nicht gelingt, bei sehr großem Hochwasser über diese Rohre den See wieder abzusenken, muss es in den meisten Fällen unkontrolliert über diese Entlastungseinrichtungen abfließen. Auf diese Weise kann die Mauer oder der Damm an einer baulich genau festgelegten Stelle das Sperrwerk überströmen und fließt in das Tosbecken.
Tosbecken
Neben dem Wasser, welches aus dem Grundablass strömt, fließt auch das überströmende Wasser in das Tosbecken. Dabei hat das Wasser eine sehr große Kraft und würde ohne dieses Becken unterhalb der Talsperre vieles zerstören. Durch verschiedene bauliche Hindernisse (Störkörper, Zahnschwellen) und die Geometrie des Tosbeckens wird diese Energie soweit reduziert, dass unterhalb der Talsperre kein Schaden entstehen kann.
Entnahmeeinrichtung
Entnahmeeinrichtungen sind oft einzeln stehende Bauwerke oder auch Teil der Talsperre, die wie die Bezeichnung andeutet, zur Entnahme von Trink- oder Brauchwasser aus dem Stausee dienen. Oft sind das sogenannte Entnahmetürme, die es ermöglichen, das Wasser aus unterschiedlichen Schichten zu entnehmen. Diese Türme können auch oder nur als Hochwasserentlastungsanlage dienen. Gibt es (wie am Edersee (wd)) keine im See stehenden Entnahmetürme, wird das Wasser über bewegliche Schwenkarme mit einer Rohrleitung an der Wasserseite der Talsperre entnommen, damit es insbesondere bei Trinkwasser bestimmte Temperaturen und Qualitätseigenschaften besitzt.
Kontrollgang
Die meisten Talsperren verfügen über einen Kontrollgang, der sich vielfach in der Talsperre nahe der Gründungssohle befindet. Bei großen Talsperren kann es auch mehrere Kontrollgänge in verschiedenen Höhen geben.
Sie dienen in erster Linie der Überwachung der Talsperre. In ihnen befinden sich vor allem wichtige Messeinrichtungen, um das Bauwerk ständig beobachten zu können. Sie dienen damit der Sicherheitsbeurteilung für die Fachleute, die bei der täglichen Beurteilung der Messwerte Verantwortung tragen.
Oft werden Kontrollgänge auch mit genutzt, um z. B. Elektro- oder Wasserleitungen dort entlang zu führen. Die Ausdehnung des Ganges erstreckt sich in der Regel über die gesamte Länge, teilweise auch quer zur Talsperre.
Die genannten Bauwerksteile sind die wichtigsten, damit eine Talsperre ihre Aufgabe erfüllen kann.
Soweit die aus der "Festschrift 100 Jahre Edersee" des WSA Hann. Münden zitierten Aussagen.
Durch die von der Wasser- und Schifffahrtsverwaltung veranlassten Untersuchungen der Talsperre konnte festgestellt werden, dass durch Sickerwasser unter und in der Mauer Auftriebskräfte wirken, welche nicht Grundlage der Planung Anfang des vergangenen Jahrhunderts waren. Zudem, und das ist das Wesentliche, erforderte die jetzt geltende DIN-Norm, welche auf langjährig gemessenen Pegeln und daraus abgeleiteter Wahrscheinlichkeitsrechnung beruht, die Annahme eines 1000-jährliches Hochwassers. Damit war die Standsicherheit der Sperrmauer nicht mehr ausreichend gegeben und der Stauspiegel wurde bis zur Wiederherstellung der geforderten Sicherheit um 1,5 m abgesenkt. Als Ergebnis der Vorplanungen stellte sich eine Lösung heraus, die eine Vorspannung der gesamten Mauer durch den vertikalen Einbau von Ankern von einem neuen Kontrollgang in der Mauerkrone vorsah. Zudem musste die Fähigkeit der Überläufe hergestellt werden, ein 1000-jährliches Hochwasser abzuführen.
Zunächst wurden mehrere Varianten durchzuführender Arbeiten untersucht, die zu der Lösung "Erhöhung der Standsicherheit der Sperrmauer durch Vorspannung" führten. Die Vorspannung sollte durch den vertikalen Ankereinbau von einem neuen Kontrollgang in der Krone der Mauer bis in den felsigen Untergrund. Zusätzliche bestand die Forderung nach schadloser Abführung eines 1000-jährlichen Hochwassers. Daraus resultierten folgende Hauptbauarbeiten, entnommen der bereits zitierten "Festschrift – 100 Jahre Edertalsperre" des WSA Hann. Münden:
- Erneuerung der Mauerkrone durch Abriss der alten Krone und Neubau einer völlig neuen Krone mit Einbau eines Kontrollganges, geometrisch neuer Überlaufkrone und abflusstechnisch optimierter neuer Pfeiler einschließlich neuer Brücke über die Hochwasserüberläufe.
- Bohr- und Ankerarbeiten für 61 und 71 m lange Felsanker zur Erhöhung des Anpressdruckes des Mauerkörpers an den Untergrund,
- Erneuerung der 80 Jahre alten Grundablassrohre,
- 1994 Umbau der Prallmauer am Mauerfuß und des anschließenden Tosbeckens.
In der Mauer existieren – wie die obenstehende große Grafik schematisch im Querschnitt zeigt – sechs Grundablässe, deren Funktion bereits beschrieben wurde. Diese hatten zur Wasserzuführung zu den Turbinen des mittlerweile stillgelegten Kraftwerks Hemfurth I Abzweigungen und wurden durch neue Rohre mit 1.250 Durchmesser zusammen mit den zwölf luft- bzw. wasserseitigen Schiebern, Einlaufrechen und Notverschluss- bzw. Revisionsklappen ersetzt. Die neuen Rohre hatten 100 mm weniger Durchmesser als die alten und wurden durch luftseitiges Einschieben mit anschließender Verpressung des Zwischenraums zu den alten Rohren montiert.
Die Herstellung des oberen Kontrollgangs war, wie wir in dem zu Beginn der Exkursion gezeigten Film erkennen konnten, speziell für Besucher an den beiden Talrändern die spektakulärste Baumaßnahme. Sicherlich sind sehr viele Leser dieses Berichts schon mehrfach an der Edertalsperre gewesen und mit dem Fahrrad darüber gefahren (heute nicht mehr gestattet) oder zu Fuß auf die andere Seite geschlendert. Was man dabei kaum wegen der breiten Brüstungen richtig erkennen kann sind die Hochwasserüberläufe sowohl wasser- wie luftseitig. Sie sind wegen des hohen Wasseranfalls besonders im Frühjahr durch die Schneeschmelze mit 39 Stück zwischen den beiden Torhäusern so zahlreich, dass man nicht von einem Weg auf der eigentlichen Mauerkrone sondern korrekt von einem Weg über eine Brücke sprechen muss. Und da die Überläufe auch noch gestalterisch von Bedeutung sind hatte der Denkmalschutz ein gewichtiges Wort hinsichtlich Erhaltung der darüber angeordneten luftseitigen Bögen und der wasserseitigen Natursteinverblendung mitzureden.
Die Arbeiten umfassten im Detail das Abtragen der Brüstungen und anschließend der Brücke über die Hochwasserüberläufe, die Abtrennung des verbleibenden luftseitigen Mauerteils und damit auch Teilen der Brückenpfeiler vom abzutragenden wasserseitigen Mauerkörper oberhalb der künftigen Gründungsfläche des oberen Kontrollgangs und anschließend den eigentlichen Abbruch. Es entstand auf diese Weise eine sogenannte Linienbaustelle, welche sich durch eine große Längenausdehnung bei minimaler Querausdehnung auszeichnet. Es hätte wenig Sinn ergeben, wenn zunächst auf rund 230 m Mauerlänge zwischen den Torhäusern nur die Brüstungen abgebaut, anschließend auf der gleichen Länge die Brücke abgetragen, danach die Abtrennung des verbleibenden luftseitigen Materials usw. usw. erfolgt wäre. Der obere Kontrollgang wurde in 13 als Block von etwa 18 m Länge bezeichneten Abschnitten im Wesentlichen in vier Betonierphasen hergestellt: zunächst die Sohle, danach die luftseitige Wand, anschließend die wasserseitige Wand und abschließend die Decke mit dem neuen Überlauf.
Zwischen den beiden Torhäusern wurden 104 Felsdaueranker eingebaut. Jeder dieser Anker überträgt eine Kraft von 4.500 kN (entspr. ca. 4,5 t) auf die Gründungssohle der Talsperre und gleicht damit das fehlende Eigengewicht der Mauer zur Verhinderung des Aufschwimmens infolge Sickerwassers aus. Wir zitieren wieder aus der Festschrift:
Um die Anker einbauen zu können, mussten von der neuen Brückenplatte Bohrungen mit einem Durchmesser von 27,3 cm durch die Mauer und den Felsuntergrund hergestellt werden. Die Neigung der Anker zur Senkrechten war mit 3,2 Grad und einer zulässigen Abweichung von +/– 1 % genau einzuhalten, da im unteren Teil der Mauer, in Höhe des alten Kontrollganges, nur ein Abstand zur Wasserseite von ca. 2,5 m besteht und die Bohrung hier durchgeführt werden musste. Um die Genauigkeiten zu erreichen, wurde eine Pilotbohrung von 14,6 cm abgeteuft3. Durch die dabei erzeugte Auflockerung in der Umgebung des Bohrloches war zunächst eine Verfestigung notwendig. Dies wurde erreicht durch Einpressen einer Wasser-Zement-Mischung in das aufgelockerte Umfeld. Nach der Erhärtung des eingepressten Materials erfolgte die Aufweitung mit einem Spezialbohrkopf. Die Übertragung der Ankerkraft erfolgt im untersten Teil des Ankers auf einer Länge von 10 m, der sogenannten Haftstrecke in den Felsuntergrund. Damit diese Haftung erreicht werden kann, musste der Spalt zwischen Bohrloch und Anker mit Zementsuspension verfüllt werden.
Der Anker besteht aus der Haftstrecke und dem flexiblen Teil, dieser wiederum aus 55 einzelnen Stahl-Litzen. Sie sind von einem Polyethylen Hüllrohr geschützt. Jeder einzelne Anker wurde auf der Baustelle zusammengebaut und mit einem Kran über bauzeitliche Öffnungen in der Brückenplatte und Kontrollgangdecke in die Bohrung abgelassen. Dabei mussten jeweils der 3,6 t schwere Anker horizontal zur Einbaustelle transportiert und vertikal mit einem Kran eingebaut werden.
Nach dem Einbau und der Verfüllung erfolgte in mehreren Stufen, nach Aushärtung der Verfüllsuspension, das Spannen jedes einzelnen Ankers zunächst auf die Prüflast von 6 750 KN in mehreren Spannstufen (mit Ent- und Wiederbelastungen) bis die Gebrauchslast von 4 500 KN erreicht war. Besondere Sorgfalt wurde auf den Korrosionsschutz im und am Kopf des Ankers im neuen Kontrollgang nach Abschluss der Spannarbeiten gelegt. Dieser Schutz am Kopf wird heute in regelmäßigen Abständen durch das Wasser- und Schifffahrtsamt kontrolliert.
Die aufwändigen Vorarbeiten wie Vorversuche, Eignungsprüfungen für Daueranker und schließlich die Zustimmung im Einzelfall für den Anker, das Kontrollverfahren zur präzisen Bohrung, die umfangreichen Injektions- und Verfüllarbeiten, der Bau von Spannpressen eigens für diese Anforderungen, die Herstellung von Probeankern an der Luftseite der Talsperre und andere Sonderlösungen wie z. B. die Vorrichtung zum Einbau der Anker sollen hier nur beispielhaft erwähnt werden. Die Zustimmung im Einzelfall, d. h. nur für diese einmalige technische Konstruktion, durch die WSV als Bauaufsichtsbehörde war erforderlich, da für einen Anker dieser Größe, Länge und auszulegenden Zugkraft keine Zulassung bestand. Voraussetzung waren umfangreiche Nachweise zur statischen Belastbarkeit des für den Spezialanker verwendeten Materials.
Soweit das Zitat zum Einbau der Anker.
Neben den bisher beschriebenen Arbeiten wurden auch neue Antriebe für die Zwischenauslässe eingebaut, das Tosbecken verstärkt und die messtechnische Überwachung der Talsperre in großen Teilen erneuert.
Nun wären wir als Mitglieder und eingeführte Gäste des VDE Kassel aber uninteressierte "Elektriker", um nicht zu sagen "erinnerungslose Gesellen", wenn wir uns nicht für das stillgelegte Kraftwerk Hemfurth I der ehemaligen PreußenElektra begeistern würden, zumal einige von uns Mitglieder und der Unterzeichner sogar Gründungsmitglied des TMK Technik-Museum Kassel e.V. sind. Und den Besuch des alten Kraftwerks im weitgehend erhaltenen Originalzustand hatten wir daher auch extra mit Herrn Böhner vom WSA Hann. Münden vereinbart.
In der schon mehrmals zitierten "Festschrift ... ..." des WSA Hann. Münden schreibt der ehemalige Redakteur Uli Klein der HNA Hessische Allgemeine von der Redaktion in Bad Wildungen (uns seit längerem bekannt von den Nachforschungen zu den Nachfahren unseres vor 60 Jahren verstorbenen Mitglieds Max Buchholz, Erfinder des nach ihm benannten Trafo-Schutzes) einen Artikel hierüber, den wir unseren Lesern nicht vorenthalten wollen:
Die Fertigstellung und Vollendung des letzten großen Bauwerks der Kaiserzeit im Jahr 1914 bedeutete längst noch nicht das Ende der Bauaktivitäten unterhalb der Edertalsperre. Der Bedarf an elektrischer Energie war hoch. Darum wurde die Stromproduktion und der damit verbundene Bau unterschiedlicher Wasserkraftwerkstypen in den Folgejahren zwischen den damals selbstständigen Gemeinden Edersee und Affoldern vorangetrieben und realisiert. Im Zuge der Errichtung der Edertalsperre entstand an der linken (in Fließrichtung gesehen rechten [VDE Kassel {wd}]) Talseite das Speicherkraftwerk Hemfurth I. Nur ein Jahr nach Fertigstellung der Sperrmauer ging das Wasserkraftwerk im Jahr 1915 ans Netz. Zuvor wurden in das Maschinenhaus sechs Turbinen samt Generatoren eingebaut, die bei Volllastbetrieb 15 MW produzierten. Das Wasser rauschte dabei durch sechs Turbinenrohre mit einem jeweiligen Durchmesser von 1,50 m. Bei Vollstau des Sees flossen bis zu 54 m3/s durch die Turbinenrohre.
Zunächst wurde das Kraftwerk an der Edertalsperre von verschiedenen Unternehmen betrieben, aus denen 1927 die Preußische Elektrizitäts-Aktiengesellschaft (einem Vorläufer der heutigen E.ON) entstand. Das Kraftwerk Hemfurth II verdankt seine Inbetriebnahme dem weiterhin rapide steigenden Bedarf an elektrischer Energie. In der an der rechten (in Fließrichtung gesehen linken [VDE Kassel {wd}]) – der Gemeinde und dem Dorf Edersee zugewandten – Talseite gelegenen Kraftwerkshalle begann im Jahr 1926 die Installation von drei Maschinensätzen auf die während der Errichtung der Talsperre eingebauten sechs Grundablassrohre. Durch diese Rohre konnten bei einem voll angestauten See etwa 180 m3/s abgelassen werden. Zwei Jahre später wurde Hemfurth II, ausgestattet mit einer Leistung von 16 MW, am Fuße der Sperrmauer in Betrieb genommen.
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Nach 77 Jahren Laufzeit hatten die Maschinen des Kraftwerks Hemfurth I an der Sperrmauer ausgedient. Sie wurden am 11. Mai 1992 abgeschaltet. Jeder der sechs Maschinensätze brachte es in den zurückliegenden Jahrzehnten auf rund 200 000 Betriebsstunden. Wegen Veränderungen auf dem Strommarkt und wegen ebenfalls veränderter Spitzenlastdeckung nahm die PreussenElektra auch das Speicherkraftwerk Hemfurth II im Jahr 1992 vom Netz. Bis zum Frühjahr 1995 wurde die Anlage zwar noch betriebsbereit gehalten, aber nach der erfolgreichen Inbetriebnahme des zwischenzeitlich erneuerten Kraftwerks Hemfurth II wurde Hemfurth I endgültig stillgelegt. Seither produzieren zwei Francis-Spiralturbinen unter dem Dach des Kraftwerks Hemfurth II sogar acht Gigawattstunden mehr als die ehemals neun Maschinen zusammen. Im Krafthaus Hemfurth II erinnert heute ein stillgelegter Maschinensatz an die Wasserspeicher-Kraftwerkstechnik zu Beginn des 20. Jahrhunderts.
Soweit der bis auf den Abschnitt "Laufwasserkraftwerk Affolderner See" weitestgehend wiedergegebene Artikel von Herrn Uli Klein.
Und mit diesem Absatz wollen wir es bei diesem Bericht über die am 28.09.2016 stattgefundene Exkursion auch bewenden lassen. Nachfolgend haben wir Ihnen nur noch einige der in den vorangegangenen Abschnitten nicht verwendeten Bilder zusammengestellt. Alle haben eine Größe von i. d. R. 24 x 16 cm bei einer Auflösung von 300 dpi und können durch Download auf Ihrem Rechner abgespeichert und bei Bedarf auch ausgedruckt werden. Das unterscheidet unseren neuen Internetauftritt Web+ von den früheren Versionen. Bei den historischen Aufnahmen bitten wir für deren geringere Auflösung um Verständnis dafür, dass keine besseren zur Verfügung standen.
Wolfgang Dünkel
Öffentlichkeitsarbeit
(last update 10.02.2021)