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Interessenverband Schweiz. Kleinkraftwerk-Besitzer (15KB)

Adressen Vorstand ISKB Präsident

Buntschu Dominik, Mechaniker 3178 Bösingen

031/94 78 41

Vice Präsident

Anderes Oskar, Kaufmann Grotzemühle 8840 Einsiedeln

055/53 27 63

Sekretär

Vakant

Kassier

Schär Walter, Sägerei 6146 Grossdietwil

Elektro

Kobel Hans, Elektroapparatebau 4316 Affoltern i.E. 034/75 14 13

Mech. & Bau

Rubin Rudolf, Mech. Werkstätte

Section romande

Gehring Mathias

3714 Frutigen

Ch. Ste. Apoline 18

1752 Villars-sur-Glane

063/59 11 85

033/71 37 89

037/24 92 32

Offizielles Organ des ISKB. Auflage dieser Nummer 1000

Stück, erscheint 2 mal pro Jahr. Inseratenpreise: Letzte Umschlagseite 1 Seite

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Der Vorstand

Redaktionsschluss 15. Februar und 15. August

0 R I E N T I E R U N G

6. Generalversammlung des ISKB 1988 Wann: am Freitag, den 13. Mai 1988 Wo:

Programm:

Rest. Wasserfall in Engelberg

9.00 Uhr 9.45 Uhr

ca. 10.30 Uhr

ca. 11. 15 Uhr

ca. 11.20 Uhr

12.30 Uhr 13.30 Uhr 15.00 Uhr

ca. 16.00 Uhr

Kontaktpflege der Mitglieder bei

Kaffee und Gipfeli

Vortrag von Herrn SR Dr� Piller über "Energie der Zukunft"

Vortrag von Herrn Ing. Rudolf

Arnold über "Aktivierung stillge legter Kraftwerke" (mit Dias)

kurze Pause

Diskussion. Die beid� Referenten

geben Antwort. Mittagessen

Besichtigung Kraftwerk Tagenstal

gleich neben Rest. Wasserfall

Generalversammlung

Kleiner Imbiss vom ISKB offeriert.

NB. Vom Bahnhof aus (Zug Ankunft 9.20 Uhr) besteht ein Gra tis-Autoabholdienst zum Rest. Wasserfall.

TRAKTANDENL ISTE: 1. 2.

Begrüssung durch den Präsidenten Wahl der Stimmenzähler

Protokoll der GV vom 22. Mai 87 in Neuhaus (wurde verschickt) Jahresbericht des Präsidenten

Kassa und Revisorenbericht Behandlung von Anträgen

Budget 88

7. 9.

10. 11. 12.

Jahresprogramm 19 88

Jahresbeiträge

Verbandsorgan Das Kleinkraftwerk Ersatzwahl Sekretär

Verschiedenes

In Anbetracht der Wichtigkeit der beiden Vorträge, welche

mit Dias aufgelockert werden, hoffen wir auf zahlreichen

Besuch dieser GV und Tagung. Bitte nehmen Sie Bekannte

und Interessenten und vor allem Konzessionsbesitzer von Wasserrechten mit.

FRAUENPROGRAMM: Ausflug auf den Titlis. Der ISKB hat mit der Titlisbahn einen Spezialpreis ausge

handelt, Fr. 29.-- Hin- und Rückfahrt. Auf dem Titlis be steht Gelegenheit zum Mittagessen.

Sollte der Wettergott einen Streich spielen, gibt es eine ausführliche interessante Klosterbesichtigung.

Kraftwerk Tagenstal, Engelberg Auf der Klosteralp Tagenstal sprudelt aus einem Quellgebiet

von 20-30 m reichlich Wasser. Zu diesem gesellt sich während

der Schneeschmelze des Vorsommers noch das Wasser des

Tätschbaches, welches aber mitte Sommer wieder versiegt. Das

Bachbett hinter den Quellen liegt während 2/3 des Jahres

trocken.

Im Herbst 1939, bei Kriegsbeginn, entschloss sich das Klo

ster, diese Quellen zu nutzen.

Seit Herbst 19 41 wird das Wasser in einem den Quellen anlie

genden Becken von 1500 m 3 aufgefangen. Durch eine Rohrlei tung aus Schleuderguss mit 35 cm Weite und 1300 m Länge

wird das Wasser ins 500 m tieferliegende Tal geleitet. In

der Zentrale erzeugen 2 Stromgruppen bei Vollwasser eine Leistung von 800 und 400 kW. Im Verlauf des Sommers geht

die Leistung auf 1/ 3 bis 1/5 und im Winter auf etwa 1/10 zurück.

Von den Generatoren wird der Strom mit der Generatorspannung

von 6 kW ohne Transformation zur 3.5 km entfernten Trafosta

tion des Klosters geleitet. Dort kann mit 6 kV zum Arniwerk

des EWL der Stadt Luzern parallelgeschaltet werden. Durch

diese Verbindung erfolgt Abgabe und Bezug zwischen Tagenstal

und EWL. Die Leistung der Generatoren wird automatisch dem Wasserzufluss angepasst, so dass das Niveau im Staubecken stabil bleibt. Anderseits kann vom Kloster aus die Last

ferngesteuert werden, was auch das Synchronisieren aus der Ferne ermöglicht. Das Niveau im Staubecken wird auf einem

Registrierinstrument im Kloster und in der Zentrale fernge

meldet. Die Jahresproduktion beträgt rund 5 Mio Kilowatt

stunden.

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den Du schuld

Strom aus teuren Sonnenkollektoren für Billigexport. Leider muss ich immer wieder feststellen, dass sich Befür

worter von Sonnenkollektoren, Staubecken und Speicherseen

bekämpfen. Das ist eine unkluge Haltung, welche mit einem

Eigengoal verglichen werden kann. Wir brauchen dringend saubere und einheimische Energiequellen aller Art.

So wertvoll wie Sonnenkollektoren und jede andere alterna

tive Energiequellen auch sind, sie sind nur, sinnvoll, wenn

die auf diese Weise gewonnene Energie auch sinnvoll verwen

det werden kann. Die liebe Sonne meint es im Sommer gar gut

mit uns. Sie liefert uns behagliche Wärme, Warmwasser und auch Strom. Leider ist aber der Verbrauch bei uns gerade

umgekehrt. Im Sommer liefern auch die Wasserkraftwerke mehr

Strom, als wir gerade brauchen. Im Winter, wenn wir Konsu menten besonders hungrig nach Strom sind, sind die Gletscher

gefroren und geben nichts mehr her. Auch die Niederschläge sind oft spärlich.

Im Sommer produzieren die Wasserkraftwerke im Durchschnitt

53. 8% . Im Winter nur 46. 2%. Beim Stromverbrauch ist es noch

krasser, im Sommer verbrauchen wir nur 45. 5%, im Winter da gegen 5 4. 5%. Wir sehen also, die Schere klafft arg auseinan der. Im weiteren kommen hoffentlich noch viele Sonnenkollek toren und Kleinwasserkraftwerke, welche fast immer ohne Staubecken auskommen müssen, dazu.

Strom aus Sonnenkollektoren, Laufkraftwerken, Kleinkraft

werken, Biogasanlagen kann nur sinnvoll genutzt werden, wenn noch einige Pumpenspeichwerke gebaut werden. Es ist bei wei

tem nicht nur Strom aus AKW der zum pumpen gebraucht wird.

Denken wir nur an Regenzeiten, Eisschmelzen in den Hoch alpen. Die Speicherseen decken nur einen kleinen Teil ab.

Dürfen wir noch viel Regenwasser unverrichteter Dinge bach

ab laufen lassen, nur weil wir zu wenig Au�fang- und Pump speicherbecken haben? Wenn wir einem Strommanko in den kommenden 20-30 Jahren ausweichen wollen, haben wir diverse

Möglichkeiten. Rigoroses sparen, den Stromkonsum den Produk

tionsverhältnissen anpassen. Spitzenzeiten strikte vermei

den. Maschinen morgens um 2.00 Uhr laufen lassen und nicht zur Mittagszeit, wenn Industrie und Haushalt gleichzeitig

diesen begehrten "Pfus" in Anspruch nehmen. Wir alle sind uns bewusst, dass jedes Kraftwerk oder Speicherbecken einen

Eingriff in die Landschaft bewirkt. Seien wir uns im klaren,

auch Speicherseen können schön sein! Verschmutzen keine Luft

und produzieren nicht den geringsten Abfall. In den nächsten Jahrzehnten wird es nicht heissen, wieviele Milliarden kWh

die schweizerische Elektrizitätswirtschaft produzieren kann,

sondern wie kommen wir in den kalten Wintermonaten über die Runden.

Dominik Buntschu

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ter Maschinenteile durch Gleitlager

Rotierende als auch geradlinig oszillierend bewegte Maschi nenteile erfordern eine entsprechende Stützung, die als

Lager oder Führung die Belastung aufzunehmen haben. Somit handelt es sich bei der Bemessung und konstruktiven Gestal tung solcher Lager um Elemente des Maschinenbaus, die bei zweckmässiger Wahl der Werkstoffpaarung die jeweils gefor derte Kraftübertragung bei den gegebenen Geschwindigkeits

grössen mit einem Minimum an Energieaufwand bewältigen kön

nen und dabei eine weitgehende Betriebssicherheit gewähr leisten.

Die Erfüllung dieser Forderung ist beim Gleitlager überwie

gend durch die Erzeugung einer tragfähigen Schmiermittel schicht gegeben. Nach der Art der durch zähe Flüssigkeiten

zu bildenden tragfähigen Schmiermittelschicht unterscheidet man dynamischB und statische Gleitlager. Beim dynamischen Lager wird diese Tragfähigkeit erst bei Bewegung durch ge

eignete Form des Schmierspaltes (Abb. la und b) hervorgeru-

.fen. Daher ist die Reibung beim Anfahren als Festkörperrei bung gross, sie geht erst bei zunehmender Gleitgeschwindig

keit über den Zustand der Mischreibung in die niedrige Rei bung innerhalb der Schmiermittelschicht über. Somit ist die Lebensdauer dieser Lager wegen des möglichen Verschleisses

beim An- und Auslauf je nach der Art der Werkstoffpaarung begrenzt.

Das statische Gleitlager trägt die Last durch das unter

Druck von aussen mittels einer Pumpe zugeführte Schmiermit�

tel (Abb. lc und d) . Daraus ergibt sich der grosse Vorteil

reibungslosen Anlaufens aus dem Ruhezustand, ebenso rei bungslosen Auslaufens und damit ein praktisch verschleiss loser Betrieb mit unbegrenzter Lebensdauer ?es Lagers. Das

Ausmass des Energieaufwandes bei Gleitlagern ist neben der Umlaufgeschwindigkeit weitgehend vom Laufwiderstand abhän

gig.

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Abb. 1: Schmierspalt im Gleitlager bei starrer Lagerschale: dynamisch:

statisch:

b) zylindrischer Keilspalt

d) zylindrischer Keilspalt

a) ebener Keilspalt

c) ebener Keilspalt

Bei der Untersuchung, wie eine Einsparung an Verlustleistung

an _Gleitlagern möglich ist, ergibt sich, dass diese Einspa

rung nur mit dem Betriebsfluids Wasser als Schmiermittel

möglich ist. Die Verwendung von Wasser als Schmiermittel an den laufradseitigen Lagern von Francis- und Kaplanturbinen

sowie bei Pumpen und Schiffs-Propellern ist ein naheliegen

der Gedanke - nicht neu- aber trotzdem nicht selbstverständ

lich, aus unterschiedlichen Gründen.

Schon in früheren Jahren wurden verschiedene Wasserkraftan lagen mit wassergeschmierten Führungslagern ausgerüstet.

Dabei wurden Auskleidungen der Lagerschale mit Gummi- oder

Sintermetall verwendet, die sich jedoch nicht bewährt haben.

Vor allem Schmut zpartikel im Betriebswasser und Schmier wasser führten zu erhöhtem Abrieb und damit zur Vergrösse rung des Lagerspiels. Dadurch ging die hydrodynamische

Wirkung des Schmierfilmes verloren, die sich teilweise bei konstruktiv vorgegebenem zu grossen Lagerspiel gar nicht aufbauen konnte. Infolge der um den Faktor 100 kleineren kinematischen Vis

kosität des Wassers gegenüber einem Schmieröl beträgt die

kleinste Schmierfilmdecke nur etwa 1/10 derjenigen bei Oel schmierung. Das heisst, ein mit Wasser geschmiertes Gleit

lager muss unter gleichen Betriebsbedingungen ein Lagerspiel erhalten, das auch nur etwa 1/10 desjenigen für Oelschmie rung beträgt, wenn das Lager im Bereich der Flüssigkeitsrei

bung arbeiten soll. Dadurch würden an die Fertigung von Welle und Lager so hohe Anforderungen gestellt, die aus

wirtschaftlichen Gründen nicht akzeptiert werden könnten. Die erwiesene Betriebssicherheit öl- und fettgeschmierter

Gleitlager an vertikalen oder horizontalen Wellen des lauf

rad- oder propellerseitigen Wellenlagers an Kühlwasserpum pen (Axial- oder Halbaxialpumpen) sowie an Francis- und

Kaplanturbinen als auch an Propellerwellen für Schiffe und Botte ist ein gewichtiges Argument bei hohen Anforderungen

an die Gleitlager. Theoretisch abgesicherte Werte für sta

tionär und instationär belastete Gleitlager mit minerali

schen Schmierstoffen lassen diese Lager a priori als erste

Wahl bei der Auslegung von Pumpen und Turbinen erscheinen.

Bis vor kurzem galt ihr wesentlicher Nachteil, der hohe Ver

brauch an Schmiermitteln, als vernachlässigbare Grösse.

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Abb. 2: Francisturbine mit vertikaler Welle in offener Kam

mer; unteres Führungslager mit Tropföl oder Fett geschmiert, Lagerschale mit konischem Aussendurchmesser im Turbinendek

kel eingesetzt.

Mit zunehmender Sensibilisierung der Oeffentlichkeit für den

Umweltschutz kann die Gewässerbelastung mit biologisch nicht

abbaubaren mineralischen Schmierstoffen kaum mehr Rechtfer

tigung finden. Der Gesetzgeber trägt dem Rechnung durch Ver

schärfung der Gesetze und Vorschriften über die Reinhaltung der Gewässer.

Wegen der bereits erwähnten niedrigen Viskosität des Schmier

mittels Wasser sowie unter Vernachlässigung der ebenfalls bereits erwähnten hohen Anforderung der Bearbeitung von Welle und Lagerschale, können starre Lagerschalen nicht mehr verwendet werden, wenn eine hydrodynamische Vollschmierung 15

und damit ein verschleissfreier Betrieb des Gleitlagers ge währleistet sein sollen. Diese Probleme können nur durch

Verwendung von Lagerschalen mit nachgiebig vorgespannter Gummi-Auskleidung umgangen werden. Durch di�se stellt sich in Belastungsrichtung ein engerer Schmierspalt mit ent

sprechender hydrodynamischer Druckverteilung ein. Trotz der

Lagerschalen-Elastizität soll die Wellenverlagerung unter

Last für einen störungsfreien Turbinenbetrieb gering blei ben.

Richtig ausgelegte Radiallager mit Wasserschmierung erfül

len diese Forderungen. Darüberhinaus ergeben sich, wie

Versuchsmessungen gezeigt haben, in Abhängigkeit von Bela stung und Umfangsgeschwindigkeit sehr niedrige Reibungs

werte, wassergeschmierte Gleitlager sind daher energetisch

vorteilhaft.

Um den Einsatz wassergeschmierter Gleitlager bei Verwendung

in Wasserturbinen und für Propellerwellen für Schiffe und Botte zu überprüfen, wurde an der Universität Stuttgart im

Abb. 4: Längsschnitt durch Lagerschale und Welle auf dem Prüfstand. 1 = Welle, 4 = Lagerschalengehäuse, 10 = Abstandstaster,

13 = Druckaufnehmer, 14 = Spalthöhenaufnehmer, 15 = Ring nut, 16 = Trigger 16

Institut für Hydraulische Strömungsmaschinen unter Direktor

Prof. Dr.-Ing. G. Lein auf einem dafür speziell gebauten

Prüfstand eine Versuchsserie mit verschiedenen Lagertypen

in praxisnaher Ausführung durchgeführt.

Aufgabenstellung für die Untersuchung und die daraus re

sultierende Dissertation von Dr.-Ing. Thomas Kächele am

Beispiel des vorderen Führungslagers einer horizontalen Kaplanturbine für die Konstruktionsdaten H = 9. 3m, N

1740 kW, n = 200 U/min, Belastung an der Lagerstelle

12000 kg, Lagerdurchmesser mm:

450 mm, Lagerbreite

375

1. hohe Tragfähigkeit bei hydrodynamischer Schmierung, die spezifische Lagerbelastung sollte bei einer Wellendrehzahl

von n = 200 U/min grösser als 6 bar sein, um ausreichend kleine Lagerabmessungen zu ermöglichen. 2.

kleine Lagerverformung.

3. hohe Verschleissfestigkeit. Im Gleitlager-Versuchsstand wurden sechs handelsübliche

Lagerschalen untersucht. Die Lagerschalen unterschieden sich im Werkstoff, im Lagerspiel und in der Ausführung (mit und ohne Schmiernuten). Bei der Auswahl der zu wählenden Lagerwerkstoffe wurde das Elastizitätsmodul der elastomeren

Werkstoffe zu Grunde gelegt. Begonnen wurde die Versuchs serie mit einer Weichgummi-Lagerschale mit

Längsnuten und einem Elastizitätsmodul von E = 100 N/mm . Der härteste 2

Lagerschalenwerkstoff bestand aus Asbestgewebe, das mit

Phenolharz getränkt war (Elastizitätsmodul E = 9�00 N/mm 2 ). Die Versuchsserie mit den sechs Lagerschalen hat gezeigt,

dass ein richtig ausgelegtes Radiallager die vorgenannten

Forderungen mit Wasserschmierung erfüllen kann. Darüber hinaus ergeben sich bei der Wasserschmierung - wie die Mes sungen gezeigt haben - in Abhängigkeit von Belastung und Gleitgeschwindigkeit sehr niedrige Reibungswerte.

1eo•

Abb. 5: Die Lagerschale mit den besten Versuchsergebnissen

war eine Weichgummi-Lagerschale ohne Schmiernuten. Die 1 2 mm

dicke Gummierungsschicht wurde in eine Stahl-Stützschale einvulkanisiert. Die Gummierung besteht aus einer Mischung

von Nitril-Butadien-Kautschuk und PTFE. Das Elastizitätsmo 2 dul der Lagerschalenauskleidung beträgt E = 1500 N/mm . Die Messung des Reibungsverlustes ergab 160 Watt.

Pilot-Anlagen sollen nunmehr zur Erprobung in den Anlagen

dienen, womit die Betriebssicherheit dieser Lager und ihrer

Komponenten bestätigt werden kann.

Abb. 6: Ausführungsvorschlag für ein wassergeschmiertes unteres Führungslager zum Einbau in vertikale Francis- oder Kaplan-Turbinen. 19

Einen Ausführungsvorschlag für ein wassergeschmiertes un teres Führungslager zum Einbau in vertikale Francis-oder

Kaplan-Turbinen zeigt Abb. 6. Das vorgeschlagene Elastomer lager lässt sich problemlos im Einbauraum des öl- oder fettgeschmierten Lagers unterbringen. Die zweiteilige Lagerbüchse aus Bronze oder Kunststoff hat aussen einen

konischen Sitz. Die Lagerbohrung in der Gummiauskleidung

ist etwas kleiner als der Aussendurchmesser der Welle. Beim Einbau der beiden Lagerschalenhälften wird über dem konisch en Sitz die Gummiauskleidung gegen die Welle gepresst und

vorgespannt. Die radikale Vorspannung der Gummierung gegen die Welle ist nicht einstellbar, sondern wird bei der Her

stellung festge�egt. Die Führungslager mit aussen konischen

Büchsen sind von 80 mm bis 400 mm Wellendurchmesser standar disiert.

Für die selbsttätige Regulierung des Schmierwassers ist an

der oberen und unteren Seite der Lagerschale der Einbau von Drosselringen durch Lippendichtungen vorgesehen, die in

zweiteiliger Ausführung aus einer Mischung von PTFE und

Graphit hergestellt und in die Lagerschalenhälften einge klebt werden. Die Lippendichtungen verhindern auch ein Ein dringen von Schmutzwasser und Fremdkörpern in der Lager.

Für die einwandfreie Funktion eines wassergeschrnierten La

gers und damit eine hydrodynamische Vollschmierung erreicht

wird, muss die Gummi-Auskleidung mit einer glatten Ober

fläche ausgeführt werden und für die Ausbildung eines· gleichmässigen Schmierwasserfilms weich sein. Andererseits muss die Gummi-Auskleidung aber auch so hart sein, damit

die erforderliche Lagersteifigkeit gegen radiale Betriebs kräfte erreicht wird. Sie wird mit unterschiedlichen Dicken ausgeführt, an der dünnen Stelle ist die Gummi-Auskleidung weniger nachgiebig als an der dicken.

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