Passt auf Anhieb

Der deutsche Strom­mix set­zt sich zu 29,5 % aus erneuer­baren Energien und zu 70,5 % aus kon­ven­tionellen Energi­eträgern zusam­men. Seit Jahren ver­schiebt sich der Mix zugun­sten der Erneuer­baren. Wasserkraftsch­neck­en liefern hier nur einen recht gerin­gen Beitrag, obwohl sie mit Tur­binen­wirkungs­graden zwis­chen 80 und 90 % betrieben wer­den und viele Vorteile bieten. Sie sind effizient, robust und umwelt­fre­undlich und zeigen ihre Stärken im kleinen und mit­tleren Durch­fluss­bere­ich sowie kleinen Fall­höhen. Die Anla­gen weisen ein gutes Teil­lastver­hal­ten auf. Die baulichen und tech­nis­chen Größen­be­gren­zun­gen von Wasserkraftsch­neck­en geben den Ein­satz im Bere­ich der Klein- und Kle­inst­wasserkraft vor.

Im Jahr 2001 wur­den die ersten bei­den kom­merziellen Anla­gen in Betrieb genom­men. Es waren die Röder­müh­le mit 7,5 kW an der Fränkischen Saale in Diebach bei Ham­mel­burg und eine Anlage mit 18,5 kW an der Nethe in Höx­ter-Godel­heim. Heute sind in Europa mehr als 300 Anla­gen in Betrieb, jedes Jahr kom­men ca. 40 neue hinzu. Die Tech­nolo­gie hat sich mit­tler­weile bewährt. Daher wer­den nun­mehr haupt­säch­lich größere Anla­gen gebaut, von denen sich viele im Bere­ich von 140 kW bis über 200 kW Leis­tung bewe­gen. Eine der größten Wasserkraftsch­neck­en ste­ht im öster­re­ichis­chen Kindberg.

Zen­trales Bauteil ein­er Wasserkraftsch­necke ist der Läufer, der jew­eils am oberen und unteren Ende an ein­er Tra­verse gelagert ist. Nach der Über­set­zung durch ein Getriebe wird mit höher­er Drehzahl ein elek­trisch­er Gen­er­a­tor zur Stromerzeu­gung angetrieben. Dieser ist meist hochwasser­sich­er am oberen Ende der Vor­rich­tung mon­tiert. Während das obere Ende in der offe­nen Bauweise trock­en gelagert ist, befind­et sich die untere Lagerung ständig unter Wass­er. Um die Rei­bungs- und Impulsver­luste bei der Energieumwand­lung ger­ing zu hal­ten, dreht sich die Sch­necke mit nur max­i­mal 20 bis 60 Umdrehun­gen pro Minute ver­hält­nis­mäßig langsam. Das hohe Eigengewicht des Läufers muss von den Lagern aufgenom­men wer­den. Hinzu kommt noch das Gewicht des Trieb­wassers, das sich in den Kam­mern zwis­chen den Gewindegän­gen herun­ter­be­wegt und dadurch den Läufer in eine Drehbe­we­gung versetzt.

Wasserkraftsch­neck­en sind unempfind­lich gegenüber Wasser­men­gen­schwankun­gen und kön­nen an Stan­dorten mit geringem Nutzge­fälle wirtschaftlich betrieben wer­den. Dazu wird die gesamte Vor­rich­tung um ca. 20 bis 30 Grad geneigt zwis­chen dem Ober- und Unter­wass­er der Kraftwerk­san­lage einge­baut. Für die Lagerun­gen entste­ht hier­aus eine Kom­bi­na­tion aus hohen Axi­al- und Radi­al­las­ten. Eine zusät­zliche Belas­tung für die Lagerun­gen beste­ht in rhyth­mis­chen Schwingun­gen, die das beschle­u­nigte Ablaufen des Wassers aus dem let­zten Sch­neck­en­gang verursacht.

Anforderungsprofil für das Schmierfett

Ein führen­der Her­steller in Süd­deutsch­land suchte ein Spezialschmier­fett für die Lager sein­er Wasserkraftsch­neck­en, das ein sehr anspruchsvolles Anforderung­spro­fil erfüllen musste. Das Unternehmen baut Anla­gen mit ein­er Leis­tung bis 500 kW und einem Wirkungs­grad bis 92 %. Diese wer­den bei einem Wasser­strom bis 10 m³/s und Fall­höhen bis 10 m betrieben.

Die obere Lagerung der Wasserkraftsch­neck­en, die einen Durchmess­er bis zu 5 m haben, beste­ht aus einem Ril­lenkugel­lager oder Ton­nen­lager, die untere Lagerung aus einem Gleit­lager oder Kegel­rol­len­lager. Die 10 bis 18 m lan­gen Sch­neck­en drehen sich mit 1 bis 2, max­i­mal 30 Umdrehun­gen pro Minute. Für die Grundölviskosität des Schmier­fettes war daher eine hohe Viskosität von min­destens 100 mm²/s, bess­er 1000 mm²/s bei 40 °C gefordert. Das Schmier­fett musste zudem eine extrem hohe Wasserbeständigkeit und einen sehr guten Kor­ro­sion­ss­chutz aufweisen. Aus diesen Grün­den waren Pro­duk­te mit einem Cal­ci­um-Sul­fonatkom­plex-Verdick­er bevorzugt. Diese zeich­nen sich zudem durch eine sehr gute mech­a­nis­che Beständigkeit und hohe Last­trage­fähigkeit, auch unter Schock­be­las­tun­gen, aus.

Da Wasserkraftsch­neck­en häu­fig auch in Gewässern mit Fis­chfau­na betrieben wer­den, musste das Schmier­fett eine gute biol­o­gis­che Abbaubarkeit besitzen und toxikol­o­gisch unbe­den­klich sein. Zudem sollte es für die Nach­schmierung prob­lem­los über Pumpen förder­bar sein. Bevorzugt war daher eine weiche Kon­sis­tenz in der NLGI-Klasse 1.

LUBCON Grizzlygrease Bio 1–1000

Der Spezialschmier­stoff-Her­steller Lubri­cant Con­sult GmbH (LUBCON) mit Sitz im hes­sis­chen Main­tal bietet mit LUBCON Griz­zly­grease Bio 1–1000 ein Pro­dukt an, das dieses anspruchsvolle Anforderung­spro­fil voll­ständig erfüllt. Das im Markt einzi­gar­tige Pro­dukt wurde ursprünglich für die Schmierung der Zahn­stan­gengetriebe an den Säulen von Hub­schif­f­en entwick­elt, die im Off­shore-Bere­ich die Instal­la­tion und Main­te­nance von Bohrin­seln und Wind­kraftan­la­gen durch­führen. Neben der nachgewiese­nen tech­nis­chen Leis­tungs­fähigkeit besitzt das Schmier­fett die OCNS-Freiga­be des Cefas (Cen­tre for Envi­ron­ment Fish­eries and Aqua­cul­ture Sci­ences) und ist in die HOC­NF-Kat­e­gorie „Yel­low“ eingestuft. Dieser Far­b­code für Off­shore-Chemikalien (Black, Red, Green und Yel­low) entstammt dem nor­wegis­chen Regel­w­erk für die Petro­le­u­min­dus­trie zum Schutz der nor­wegis­chen Küste. Dadurch ist die in unab­hängi­gen, akkred­i­tierten Laboren gemessene biol­o­gis­che Abbaubarkeit von 80 % nach OECD 301 D und die toxikol­o­gis­che Unbe­den­klichkeit durch einen EC50-Wert von > 100 mg/l (Daphnien‑, Algen- und Fis­chtox­iz­ität) bestätigt. Diese Zer­ti­fizierun­gen sind unab­d­ing­bar für den uneingeschränk­ten Ein­satz von Chemikalien (darunter fall­en auch Schmier­stoffe) in der Nord­see und dem Nordostatlantik.

Das Cal­ci­um-Sul­fonatkom­plex-Fett in der NLGI-Klasse 1, auf Basis eines Grundöls mit der Viskosität 1000 mm²/s bei 40 °C, besitzt einen her­vor­ra­gen­den Kor­ro­sion­ss­chutz auch gegenüber Meer­wass­er (SKF-EMCOR Test mit 2 % NaCl: Note 0/0). Die sehr hohe Last­trage­fähigkeit wird durch eine Schweißkraft von > 6000 N bei der Prü­fung im Shell-Vierkugel-Appa­rat (VKA) ein­drucksvoll nachgewiesen. Die prob­lem­lose Förder­fähigkeit von LUBCON Griz­zly­grease Bio 1–1000 wurde in umfan­gre­ichen Pumptests eines namhaften Her­stellers von Nach­schmier­an­la­gen bestätigt.

Deutliche Vorteile im Betrieb

Der Her­steller der Wasserkraftsch­neck­en hat auf­grund dieses äußerst aus­sage­fähi­gen „Steck­briefs“ ohne umfan­gre­iche Ver­suche sofort die Freiga­be für das Spezialschmier­fett von LUBCON erteilt und auf dieses Pro­dukt umgestellt. Alle Neuan­la­gen wer­den nun mit diesem Schmier­fett aus­gerüstet, das auch bei den Förder­sch­neck­en des Her­stellers in der Abwassertech­nik zum Ein­satz kommt.

Die Anla­gen­be­treiber prof­i­tieren damit nicht nur von der sig­nifikan­ten Erhöhung der Betrieb­ssicher­heit ihrer Wasserkraftsch­neck­en im Hin­blick auf den Gewässer­schutz. Mit dem Ein­satz von LUBCON Griz­zly­grease Bio 1–1000 ver­längern sich auch die Lager­standzeit­en. Dies führt zu reduziertem Wartungs- und Reparat­u­raufwand sowie ein­er höheren Anla­gen­ver­füg­barkeit. Die daraus entste­hen­den Kosten­vorteile sind enorm.