Getriebeschmierung in Wasserkraftwerken

1. Einleitung
Wasserkraftanlagen sind für einen Betrieb über viele Jahrzehnte ausgelegt. Doch die Energieerzeugung mit Wasserkraft ist nur dann wirklich nachhaltig, wenn alle Komponenten eines Kraftwerks langfristig genutzt werden können. Eine zentrale Rolle spielen dabei die Getriebe der Turbinen und ihre Schmierstoffe. Mit einem entsprechend leistungsfähigen Getriebeöl lässt sich die Lebensdauer von Getriebe und Schmierstoff sowie die Menge an zu entsorgendem Altöl positiv beeinflussen. Dies schlägt sich unmittelbar auch in der Reduzierung der Betriebskosten nieder.

Immer noch werden Getriebe von Wasserkraftwerken auch mit herkömmlichen Industriegetriebeölen der Klasse CLP geschmiert. Doch diese können die extremen Anforderungen oft nicht erfüllen. Ein typisches Beispiel ist ein deutsches Wasserkraftwerk, das erst Ende der 1960er Jahre mit einer neuen Rohrturbine ausgestattet wurde. Als Getriebeöl kam ein CLP 100 zum Einsatz. Nach einem Getriebeschaden musste ein Ersatzgetriebe eingebaut werden. Wenige Monate später traten bereits wieder deutliche Verschleißspuren auf.

Die Kochendörfer Wasserkraftanlagen Turbinen-Maschinenbau e.K. aus Georgenberg in Bayern setzte daraufhin das Getriebeöl "Eco Gear" der Firma ADDINOL aus Leuna ein, um die Situation des Getriebes nachhaltig zu verbessern. Dieser Schmierstoff wird bereits seit Jahren von Betreibern von Wasserkraftwerken verwendet, die damit so gut wie keinen Getriebeverschleiß und eine deutlich bessere Kostenbilanz vorzuweisen haben.

Häufig ist gerade beim Einkauf von Schmierstoffen der Preis ein subjektives Kriterium. Manch höherwertiges Produkt lässt längere Standzeiten zu, senkt die Reibung sowie den Verschleiß und reduziert so die Kosten für Energiebedarf und Wartung. Doch über die Kenntnisse, wie stark sich durch ein besseres aber zunächst teureres Öl Kosten einsparen lassen, kann der Einkauf in der Regel nicht verfügen. Daher ist es empfehlenswert, bei der Entscheidung, welcher Schmierstoff bestellt werden soll, Spezialisten aus der Instandhaltung hinzuziehen. Sie tragen zur Wahl des langfristig technisch und ökonomisch günstigsten Schmierstoffes bei.

2. Getriebe und Öl im Härtetest
Die Komponenten eines Wasserkraftwerks sind pausenlos gefordert, denn die auf die Turbine stürzenden Wassermassen versetzen diese bekanntlich mit hohem Drehmoment in eine Drehbewegung, die über das Getriebe direkt oder indirekt an die Welle des Generators weitergeleitet wird. Und der Generator wandelt die mechanische Energie wiederum in elektrischen Strom um.

Das Getriebe ist dabei starken Vibrationen sowie extremen Drücken unterworfen. Es arbeitet quasi unter Wasser, auch wenn es durch einen stabilen und überaus sicher abgedichteten Metallmantel geschützt wird. Doch trotz aller Vorkehrungen kann auch einmal Wasser in das Aggregat eindringen, wenn z.B. eine Dichtung versagt. Dann drohen Korrosion und Verschleiß bis zum Ausfall des gesamten Getriebes. Das Getriebeöl muss daher besonders sorgfältig ausgewählt werden. Schließlich soll es nicht nur alle Komponenten des Getriebes zuverlässig schmieren, sondern außerdem noch die höheren Belastungen des Getriebes bestmöglich abfangen. Nur wenn dies gelingt, besteht das Getriebe dauerhaft den Härtetest.

3. Auswahlkriterien für das Getriebeöl
Ein maximaler Schutz vor Verschleiß und Korrosion, ein ausgezeichnetes Demulgiervermögen sowie eine sehr hohe Alterungsbeständigkeit sind die entscheidenden Kriterien bei der Auswahl des Getriebeschmierstoffes.

3.1 Verschleißschutz und Wiedereinglättung
Das vielfach in Wasserkraftwerken eingesetzte Getriebeöl Eco Gear M der Firma ADDINOL basiert auf Mineralölen, Eco Gear S auf synthetischen Ölen. Beide Versionen enthalten Surftec® als Wirkstoffkombination. Dieses Material passt sich den wechselnden Belastungsverhältnissen in der Verzahnung an und geht eine Symbiose mit dem Getriebe ein. Die Schmierstoffe verhindern die Bildung von Graufleckigkeit und Pittings sowie abrasiven Verschleiß. Sie schützen sicher vor Materialabtrag und Ermüdung, der Reibwert wird gesenkt. Daraus resultiert ein herausragendes Schmierverhalten mit deutlich verbesserten Traganteilen. Selbst bereits geschädigte Oberflächen werden wieder eingeglättet. Die vorhandene Scharfkantigkeit schon bestehender Ausbrüche wird verrundet. Dies bewirkt einen wieder nahezu verschleißfreien und reibungsreduzierten Lauf. Ein progressiver Schadensverlauf wird so in einen degressiven umgewandelt.

Das Leistungsvermögen von Industriegetriebeölen wird mit international anerkannten Tests beurteilt. Eco Gear erzielte dabei sehr gute Ergebnisse, beispielsweise erreichte es die Tragfähigkeitsklasse I im Flender-Graufleckentest, erreichte Bestnoten im FE-8-Wälzlagertest und die höchste Kraftstufen bezüglich Tragfähigkeitsverhalten im FZG-Fresslasttest.

3.2 Schutz vor Korrosion
Beinahe alle modernen Schmierstoffe enthalten Additive, die vor Korrosion schützen sollen. Korrosion ist ein chemischer Angriff auf nahezu sämtliche Metalloberflächen. Sie entsteht bei der Reaktion einiger Metalle unter dem Einfluss von Wasser, Salzlösungen und Säuren. Die Korrosionsschutzadditive in den Schmierstoffen bilden einen Schutzfilm durch chemische Reaktion bzw. Anlagerung polarer Verbindungen an die Metalloberflächen. Doch konventionelle Getriebeöle weisen häufig Schwächen ihn ihrem Korrosionsschutzverhalten auf. Die in ihnen ebenfalls enthaltenen Verschleißschutzadditive lagern sich auch an den Oberflächen der Zahnflanken an. Dabei treten aber beide Wirkstofftypen häufig in Konkurrenz miteinander und die Anti-Korrosionswirkung lässt zu wünschen übrig.

Eco Gear bestand den Korrosionstest nach DIN ISO 7120 gegenüber Stahl bestens. Vor allem Buntmetalle, insbesondere Kupfer und kupferhaltige Verbindungen wie Bronze oder Messing, werden sehr leicht angegriffen. Mithilfe eines Kupferstreifentests über drei Stunden bei 100 °C nach DIN ISO 2160 wurden die Korrosionswirkung auf Kupfer geprüft und das gute Korrosionsschutzverhalten bestätigt. Während nach dem Kupferstreifentest herkömmliche Industriegetriebeöle deutliche Korrosionsspuren auf den Metallstreifen hinterlassen, zeigen sich auf dem Streifen mit Eco Gear keine Verfärbungen. Ein korrosiver Angriff auf das Material ist nicht erfolgt.

3.3 Demulgiervermögen
Dringt Wasser in den Ölkreislauf ein, weil eventuell Dichtungen defekt sind oder eine Leckage besteht, ist immer Gefahr im Verzug. Wasser und Öl vermischen sich zu einer Emulsion. Stabilisiert sich diese Emulsion, nimmt die Schmierleistung dramatisch ab und fördert die Korrosion der Metalle. Ein Hochleistungs-Getriebeöl muss daher über ein exzellentes Demulgiervermögen verfügen. Nur so lässt sich das Wasser möglichst schnell separieren, damit es keine weiteren Schäden anrichten kann. Kleinere Wassermengen setzen sich im Ölsumpf ab und verhalten sich unschädlich, größere Mengen können an geeigneter Stelle abgezogen werden. Bei einigen älteren Wasserkraftwerken werden spezielle Wasserzentrifugen im Bypass betrieben. Steigt der Wasseranteil jedoch überproportional an, muss selbst das beste Hochleistungs-Getriebeöl gewechselt werden.

Für die Prüfung des Demulgiervermögens wurden jeweils 40 ml destilliertes Wasser und 40 ml von zwei Industriegetriebeölen sowie Eco Gear in einem Wärmebad auf 50 °C erhitzt. Mit einem Rührblatt wurden Wasser und Öl für fünf Minuten bei 1500 Umdrehungen vermischt. Während sich das hochwertige Getriebeöl bereits nach 30 Minuten klar vom Wasser abschied, war bei den beiden anderen Ölen auch nach 60 Minuten noch eine stabile Emulsion bzw. keine deutliche Trennung vom Wasser zu erkennen.

3.4 Ölalterung
Sämtliche Schmierstoffe altern während ihrer Einsatzzeit, dabei "oxidieren" sie mit Sauerstoff. Hohe Temperaturen, lange Standzeiten, Verschleißpartikel und etwaige Verunreinigungen wie Wasser oder Staub beschleunigen diesen Prozess. Um ihn möglichst lange hinauszuzögern, enthalten moderne Schmierstoffe Antioxidantien.

Die Alterungsbeständigkeit kann außerdem noch durch die spezielle Wirkstoffkombination Surftec® und den daraus resultierenden verschleißfreieren Lauf der Getriebe wesentlich verbessert werden.
Der DKA Oxidationstest nach DIN EN ISO 13438 setzt Öle einem beschleunigten Alterungsprozess aus. Über 192 Stunden werden sie auf 130 °C erhitzt. Während Eco Gear  nur minimale Ablagerungen bildete, zeigten sich bei den anderen Industriegetriebeölen lackartige Verhärtungen.

Für "Eco Gear" wird bei einem Einsatz in allen Industriebereichen eine Standzeit von vier Jahren in Industriegetrieben, ohne dass das Öl gewechselt werden muss, garantiert. Der Einsatz wird während der gesamten Garantiezeit durch Ölanalysen in zeitlichen Abständen überwacht. Treten trotz aller Erwartungen Probleme auf, die nachweislich auf das Öl zurückzuführen sind, wird kostenloser Ersatz für die im Getriebe befindliche Ölfüllmenge geliefert.

Der Einsatz der Getriebeöle wird von Ölanalysen begleitet. Die Regeln sind eindeutig und ohne großen Aufwand einzuhalten.

Mit einem Hochleistungs-Getriebeöl und der zusätzlichen Langzeitgarantie ist eine Betriebssicherheit auf lange Sicht gegeben. Die Betriebs- und Instandhaltungskosten sinken signifikant dank der längeren Ölwechselintervalle, des reduzierten Wartungsaufwandes und der optimierten Lebensdauer der Getriebe.

Artikel erschienen in Wasserkraft & Energie 4/2010 (November) (für Artikel hier klicken)

GE Jenbacher Freigabe für ADDINOL Eco Gas 4000 XD

ADDINOL Eco Gas 4000 XD ist gezielt zugeschnitten auf die gestiegenen Anforderungen an Gasmotorenöle, die beim Betrieb mit sauberen Brenngasen eingesetzt werden. In zahlreichen Feldtests international anerkannter Motorenhersteller, wie MAN, MWM, MTU Onsite Energy, Caterpillar oder Tedom erzielte ADDINOL Eco Gas 4000 XD bereits hervorragende...