Wie magnetische Ölfiltration dazu beiträgt, dass Getriebe länger arbeiten

Von Paul Dvorak | 3. November 2016

Randy Yount/ VP of Operations / FilterMag

Randy Yount

Nach Angaben des National Renewable Energy Lab (NREL) sind Getriebeprobleme die häufigste Ursache für Turbinenausfälle. Auch wenn die Windindustrie langsam in den Griff bekommt, warum Getriebe 20 Jahre lang nicht funktionieren, ist es dennoch notwendig, sie durch Zustandsüberwachungssysteme und regelmäßige Ölanalysen genau im Auge zu behalten. Der Grund dafür, dass ein Getriebe besondere Aufmerksamkeit erfordert, ist der Ausfall von Lagern, insbesondere an der Hochgeschwindigkeitswelle. Derzeit führen die meisten Lagerausfälle letztendlich zu einem Getriebewechsel.

NREL gibt außerdem die durchschnittlichen Kosten für den Austausch eines Hochgeschwindigkeitswellenlagers im Turm mit etwa 46.000 US-Dollar an. Noch schlimmer sind die durchschnittlichen Kosten für den Austausch des Getriebes. Es sind etwa 424.000 US-Dollar.

Bei einer typischen Windkraftanlage wird ein FilterMag XT8PR um einen Getriebeölfilter gewickelt. Ein Edelstahlband befestigt die Magnete am Aluminium-Filtergehäuse. Eingefangene Partikel werden beim Filterwechsel von der Gehäuseinnenwand abgewischt.

Durch den Einsatz einer Magnetfiltration zum Auffangen der Ablagerungen aus einem defekten Lager und der Früherkennung könnte ein Betreiber jedoch mehr als 300.000 US-Dollar für den Ausfall eines einzelnen Lagers einsparen. Und wenn Getriebe in Offshore-Windkraftanlagen eingebaut werden, wie es bei manchen 8-MW-Anlagen der Fall sein wird, ist eine lange Getriebelebensdauer umso wichtiger.

Es ist allgemein anerkannt, dass es möglich ist, ein Lager auszutauschen, anstatt das Getriebe wechseln zu müssen, wenn ein defektes Lager früh genug erkannt und Schäden am restlichen Getriebe kontrolliert werden. Durch die Zustandsüberwachung mit einer frühzeitigen Endoskopbewertung kann das Lagerproblem identifiziert werden. Die schädlichsten Partikel sind kleiner als 10 µm und damit klein genug, um eine Standardfiltration zu passieren. Die Magnetfiltration kann den Kollateralschaden am restlichen Getriebe mindern, indem sie die Ablagerungen auffängt, die durch ein langsam ausfallendes Lager entstehen.

Um die magnetische Erfassung feiner Stahlpartikel im Getriebeöl zu testen, wurden drei durch Getriebeölanalyse überwachte 1,5-MW-Windkraftanlagen jeweils mit einem Paar Magnetfiltern an ihren vorhandenen Filtergehäusen ausgestattet. Bei jeder Turbine wurde eine 5-µm-Filtration von Hydac verwendet. Die Ölprobenentnahme erfolgte 1, 2 und 4 Monate nach der Magnetinstallation.

Die Analyse von Getriebeöl, das einer Magnetfiltration mit einem herkömmlichen 5-µm-Filter unterzogen wurde, ergab eine Reduzierung der Ölverschmutzung um insgesamt 78 %, was zu einer rechnerisch um 50 % längeren Lagerlebensdauer und 30 % längeren Getriebelebensdauer führt.

Der Test zeigte, dass nach vier Monaten eine Reduzierung der Gesamtpartikel um 78 % möglich war. Die durchschnittliche Partikelanzahl gemäß ISO 4406 änderte sich vom 17.19.14 auf den 15.17.12. Nach Angaben der Noria Corporation würde diese Änderung von zwei Code-Drops bedeuten, dass Lager 50 % länger und Zahnräder 30 % länger halten könnten. Noria ist ein in Tulsa ansässiges Tribologie-Beratungs- und Schulungsunternehmen.

Für die meisten vorhandenen Ölfilter sind Magnetfilter erhältlich. Der Außendurchmesser eines Ölschraubfilters oder der Außendurchmesser eines Filterbehälters bestimmt, welche Einheit für eine bestimmte Anwendung geeignet ist. Die Magnetfallen funktionieren auch an hydraulischen Systemen.

Ein typischer anschraubbarer Ölfilter, der mit einem FilterMag ausgestattet war, wurde zerlegt, um die von den Magneten eingefangenen und an Ort und Stelle gehaltenen Stahlpartikel zu zeigen. Das Bild rechts ist eine mikroskopische Ansicht der eingefangenen Partikel, die alle kleiner als 20 Mikrometer sind.

Die Magnetfilter sind wiederverwendbar und überdauern in der Regel die Geräte, auf denen sie installiert sind. Andere Arten der Magnetfiltration sind verfügbar, erfordern jedoch im Allgemeinen eine Inline-Rohrleitung.