Kohlemühlen-Getriebelebsdauer verlängern durch fortschrittliche Filtration und synthetische Schmierung

Ein Kohlekraftwerk im westlichen USA kämpfte mit unerwartet kurzer Getriebelebsdauer in seinen Mühleneinheiten. Nach routinemäßiger Jahresinspektion zeigte Ölanalyse, dass das vom OEM spezifizierte AGMA 6EP (ISO 320) Getriebeöl keine adäquate Schmierung bot. Berichte wiesen übermäßige Verschleißmetalle und starken Viskositätsabfall nach nur einem Jahr Betrieb auf.

Untersuchung des gebrauchten Getriebeöls offenbarte starke Anreicherung von Schmutz, Kohlenstaub und metallischen Partikeln aus Lager- und Zahnradverschleiß. Die Kontaminanten, gekoppelt mit Erschöpfung des EP-Additivpakets, schufen einen Teufelskreis beschleunigten Verschleißes.

Mühlengetriebe-Design und Instandhaltungslast

Das Mühlengetriebe der Anlage stammt aus den frühen 1960ern. Es besteht aus einem Stahl-Schneckenrad, angetrieben von einem 800 min⁻¹ Elektromotor, der direkt ein Bronze-Hauptzahnrad auf der Mahltabelle antreibt. Der Öltank fasst 255 Gallonen und nutzt einen integrierten wassergekühlten Wärmetauscher für Temperaturhaltung. Ungefiltertes ISO 320 EP-Getriebeöl ist die Herstellervorgabe für die Bronze-auf-Stahl-Verzahnung und Lager.

Trotz robustem Design untergruben Instandhaltungsanforderungen die Anlagenrentabilität:

• Ölwechsel alle 12 Monate: 5.000 $ Material/Arbeit, plus 20.000–50.000 $ Produktionsausfall.
• Nach 10 Jahren: Bronze-Hauptzahnrad gedreht für unverschlissene Zähne – 4-Wochen-Überholung à 300.000 $ pro Einheit.
• Nach 20 Jahren: Vollüberholung >450.000 $ Teile/Arbeit, plus 250.000 $ entgangener Erzeugung.

Bei 13 Mühlen wurden kumulative Ausfallzeiten und Instandhaltungskosten schnell unhaltbar.

Den Verschleißkreis durchbrechen

Initialinspektionen zeigten schweren Gleitkontakt und Spalling an der Bronzezahnradfläche. Werksmitarbeiter führten Verschleiß auf hohe Partikellast (Kohlenstaub, Schmutz) und chemische Reaktionen zwischen Getriebeöladditiven und Partikeln zurück. Das EP-Additivpaket schien auch die Bronze anzugreifen, was zu erhöhten Kupferwerten im Öl führte.

Lösung erforderte zwei Strategien: Dichtere Dichtungen gegen Kohlenstaubeintrag und robustes Filtersystem für hohe Partikellast.

Problemlösung

Nach umfangreichen Tests gelang die Partikeleindämmung durch Einbau von Trockenmittelfiltern an Getriebeentlüftungen und Verfeinerung der Mahltischdichtungen. Der ISO 4406 Reinheitscode sank von 23/21/18 auf 18/15/11 innerhalb einer Woche nach Installation eines Nierenkreislauf-Filtersystems.

Kernanforderungen an das Nierenkreislauf-System:

• Hohe Schmutzaufnahmekapazität
• Geringe Instandhaltung – Filterwechsel max. monatlich unter Normalbedingungen
• Sichtbare Ölverbesserung innerhalb einer Woche nach Wartung
• Ziel-Reinheitscode 18/15/11 (ISO 4406-1999)
• Vor- und nachfiltration Probennahmepunkte
• Skid-Montage und sichere Saug-/Druckdesign
• Volle Tankumwälzung alle 30 Minuten
• Kompakter Footprint, behindert keine Routinewartung

Filtrationstechnologie-Upgrade

Die gewählte Lösung: Offline-Nierenkreislauf-System mit hocheffizientem synthetischem Filtermedium. Zwei Filtergehäuse in Serie mit gemeinsames Element, jeweils Beta 25=200 (erste Stufe) und Beta 10=200 (zweite Stufe). Eine 10 GPM Flügelzellenpumpe zirkulierte 460 cSt (2.500 SUS) Getriebeöl, Temperaturen 65 °F (18 °C) bis 130 °F (54 °C). Saugleitung direkt vom Tankboden, Druckleitung zurück zum Tankdeckel.

Filterleistung wird durch Differenzdruckmanometer überwacht (25–28 psig); Elemente werden vor Bypassventil-Aktivierung getauscht. Vor- und nachgelagerte Probierventile ermöglichen Ölanalyse ohne Abschaltung.

Schmierstoff-Upgrade

Bei der Überholung ersetzten Werksingenieure alle Hauptrotationskomponenten außer Stahl-Schnecke und Bronze-Hauptzahnrad. Getriebe gereinigt, befüllt mit synthetischem AGMA 7 R&O (ISO 460) Getriebeöl, präzise ausgerichtet.

Warum Wechsel von AGMA 6EP zu AGMA 7 R&O? Letzteres bietet höhere Viskosität und überlegene Schmierfähigkeit, erzeugt stärkeren Film auf Bronzezahnradflächen. R&O-Additivchemie widersteht Oxidation, unterstützt höhere Betriebstemperaturen, liefert verlängerte Öllebensdauer – kritisch in stark kontaminierter Umgebung.

Hauptvorteile synthetischem ISO 460 R&O Getriebeöl:

• Verbesserte Pumpbarkeit bei niedrigen Temperaturen
• Erhöhte Oxidationsbeständigkeit und thermische Stabilität
• Höhere Tragfähigkeit über Temperaturbereiche
• Längere Lebensdauer in gefilterter, sauberer Umgebung

Betriebsergebnisse

Nach Überholung ging Getriebe mit neuem Filtersystem in Betrieb. Drei Stunden Betrieb reduzierten Partikelzahl von 23/21/18 auf 21/19/11. Nach 48 Stunden senkten Beta 5=200 Filterelemente Kontamination auf Ziel 18/15/11 innerhalb zwei Wochen.

Filtermedien übertrafen Erwartungen: Hohe Schmutzkapazität verlängerte Lebensdauer über Prognose, kontinuierliches Monitoring zeigte drastisch reduzierte Verschleißmetalle und stabile Ölreinheit.

Fazit

Implementierung von synthetischem ISO 460 R&O Getriebeöl und fortschrittlicher Filtration lieferte:

• Überlegene Zahnrad- und Lagerschmierung
• Vernachlässigbare Verschleißmetalle per Ölanalyse
• Minimaler Motorenergieeinfluss – 1 % Abfall Motorstrom aufgezeichnet
• Predictive Maintenance ermöglicht durch Partikelzahlen und Ferrographie
• Verlängerte Öllebensdauer, geringere Entsorgungskosten und Umweltbelastung
• Längere Getriebelebsdauer und reduzierte kontaminationsbedingte Ausfallzeiten
• Verlängerte Wartungsintervalle

Ermutigt durch diese Ergebnisse installierte das Werk eine zweite Einheit im Herbst 2005.

Danksagungen

• John Kinion & Instandhaltungspersonal, Pacificorp Naughton Plant, Kemmerer, WY
• Chris Tully, Project Engineer, Pacificorp Naughton Plant, Kemmerer, WY
• Ken Knochel, Technical Services, Schroeder Industries LLC, Leetsdale, PA

Referenzen

• ISO 4406:1999 – Kodierung der Verunreinigung durch Festpartikel
• ISO 16889:1999 – Mehrfachdurchlaufverfahren zur Bewertung der Filterleistung
• Sheffield, Schroeder Industries – „Changes in Filtration and Contamination – Switching Directions for the Filtration Industry“ (Machinery Lubrication Magazine, Jan 2005)

Über die Autoren

Ken Nicholas – Director of Lubrication Market Services, Schroeder Industries
Richard Winslow – Senior Lead Engineer, PacifiCorp Naughton Power Plant, Kemmerer, WY
Ted Naman – Technical Coordinator, Industrial Lubricants and Greases, ConocoPhillips