Getriebeöle in Antrieben von...

MDA Forum Hannover Messe – 04.04.2011 Dr.-Ing. Manfred Spilker

Getriebeöle in Antrieben von Windenergieanlagen

Aktuelle Standards und ihre Umsetzung

MDA Forum Hannover Messe 04.04.2011 – Dr.-Ing. M. Spilker 1

Getriebeöle in Antrieben von WK-Anlagen

Getriebeöl - FormulationGetriebeöl – AnforderungGetriebeöl - ViskositätGetriebeöl - StandardsGetriebeöl - FeldversuchGetriebeöl - Erfahrungen


TRIBOLOGISCHES SYSTEM nach DIN 51320

Beanspruchungskollektiv

Grundkörper

GegenkörperZwischenstoff

Umgebungsmedium

Oberflächenveränderung Materialverlust

Verschleißkenngrößen


VERSCHLEIßKURVE

hv

Reibweg SR

Vers

chle

ißhö

he

stationärer Bereich

Einl

aufp

hase

Ausfall

Typische Verschleißkurve


Getriebeöl - Formulation

Jedes Getriebeöl besteht aus GRUNDÖL(EN) und einer dem geforderten Leistungsniveau entsprechenden ADDITIVIERUNG.

Einteilung/Beschreibung der Getriebeöle:

VISKOSITÄT (DIN ISO, ISO VG)ANFORDERUNG (DIN 51517, ISO 12925, …)SPEZIFIKATION (Getriebehersteller,

Anlagenhersteller)


Schmierstoff-Zusammensetzung - Formulation

G rundöle Additive+

Schm ierstoff


Welches Grundöl ? Welches Additiv?

MineralölHydrokracköl

PAOEster

PolyglycolEP-Verschleißschutz

Anti WearKorrosionsschutz

AntioxidantPourpoint-Depressant


Viskosität

Physikalische Eigenschaft: Fließwiderstandder FlüssigkeitNimmt ab wenn die Temperaturansteigt.

Angabe als :

• Kinematische Viskosität ν• Dynamische Viskosität η

ν = η/ρ


Viskosität

Widerstand, den eine Flüssigkeit einer Verschiebung entgegensetzt Innere Reibung

SAE-KlasseDie SAE-Klassen für Motoren- und Getriebeöle definieren Viskositäts-Grenzwerte für def. Temperaturen und/oder def. Belastungen bzw. Temperatur-Grenzwerte für def. Viskositäten.

ISO VGDie ISO-Viskositätsklasse definiert die Viskosität [mm²/sec] bei 40 °C

Die zugrunde liegenden Prüfverfahren sind genormt.

Die VISKOSITÄT ist eine physikalische Eigenschaft eines Schmierstoffes, kein Qualitätsmerkmal !


VT-Diagramm Industrieöle (Mineralöle VI = 100)ISO VG - Klassen


ISO – VISKOSITÄTSKLASSENBezugstemperatur: 40 °C


VT-Verhalten von Getriebeölen


GetriebeschmierungAnforderungen/Spezifikationen/Normen


DIN 51517-3 MindestanforderungenIndustrie-Getriebeöle


DIN 51517-3 MindestanforderungenIndustrie-Getriebeöle – Änderungsbeschluss vom 26.10.10


DIN 51517-3 Anwendungsbereich


ISO 12925-1 Specifications for lubricants for enclosed gear systems

CKB – mineralölbasiert, oxidations-, korrosions-, schauminhibiert

CKC = CKB + hochdruck-, verschleißschutzinhibiert

CKD = CKC mit erhöhter thermischer/oxidativer Stabilität

CKE = CKD mit niedrigem Reibungskoeffizienten

CKS = oxidations-, reibungs-, korrossionsschutzinhibiert für extrem niedrige und hohe Temperaturen, mit Reibwertserniedriger

CKT = CKS für hohe Belastungen


ISO 12925-1 Specifications for lubricants for enclosed gear systems


Getriebe für Windkraftanlagen NA 060-34-16 AA - GetriebeöleISO/TC 60/JWG 1: IEC 61400-4


DIN 51517-3 „CLP“ Vergleich „CKC“ ISO 12925-1

DIN ISO 1817Elastomerverträglichkeit

DIN 51819-3FE8-Prüfung

ISO 14635-1DIN ISO 14635-1FZG-Verschleißtest

ASTM D 2893DIN EN ISO 4263-4Oxidationsstabilität

ISO 7120DIN ISO 7120Stahlkorrosion

ISO 2160DIN EN ISO 2160Kupferkorrosion

ASTM D 2711DIN ISO 6614Demulgiervermögen

ISO 6247ISO 6247Schaumverhalten

DIN 51777-2Wassergehalt

DIN 51558-1Neutralisationszahl

ISO 3016DIN ISO 3016Pourpoint

ISO 2592DIN EN ISO 2592Flammpunkt

DIN 51757Dichte

ISO 2909DIN ISO 2909Viskositätsindex

ISO 3448DIN EN ISO 3104, ISO 3448Viskosität/Visk.-Klasse

Prüfung gem. ISO 12925-1Prüfung gem. DIN 51517-3Eigenschaft


DIN 51517-3 + Getriebe-/Anlagenhersteller

Viskosität/ISO VG DIN EN ISO 3104ISO 3448

Viskositätsindex DIN ISO 2909Dichte DIN 51757Flammpunkt DIN EN ISO 2592Pourpoint DIN ISO 3016Neutralisationszahl DIN 51558-1Wassergehalt DIN 51777-2Schaumverhalten ISO 6247 + Flender-Schaumtest

ISO 12152+ 4 vesrch. Temperaturen

Spezifikationen Getriebehersteller/Anlagenhersteller


DIN 51517-3 + Getriebe-/AnlagenherstellerDemulgiervermögen DIN ISO 6614Kupferkorrosion DIN EN ISO 2160Stahlkorrosion DIN ISO 7120Oxidationsstabilität DIN EN ISO 4263-4FZG-Verschleißtest DIN ISO 14635-1 + höhere Schadenskraftstufe (+2)FE8-WL-Prüfung DIN 51819-3 + Freigabe 2 (3) LagerherstellerElastomerverträglichkeit DIN ISO 1817 + stat. und dynamisch; 1000 h

+ 3 Hersteller+ 5 – 10 Materialien

Farbverträglichkeit Innenanstrich + versch. Farbhersteller (5 Materialien)Farbverträglichkeit Außenanstrich + versch. Farbhersteller (4 Materialien)



+ Getriebe-/Anlagenhersteller

+ Materialverträglichkeiten (sonstige) gem. Absprache

+ Filtrationsprüfung 3 Filterhersteller (vesch. Filtertypen)

+ Graufleckentragfähigkeit bei 60 u. 90 °C FVA – Verfahren

+ Feldversuch/Praxistest Abstimmung mit Hersteller2 Windsaisons/2 Jahre

Kontinuierliche Prüfungen:Physik. u. chemische Daten, Ölalterung, Schaumtest, weitere Prüfungen nach Vereinbarung

Abschluß Feldtest:Graufleckentragfähigkeit; Freßtragverhalten; Lagertests; u.a.



Feldtest – Ölprobeentnahme und Inspektion, Probenziehung

Inspektion +Frischöl + Versuchsstart1h

1 Woche2 Wochen1 Monat2 Monate4 Monate8 Monate12 Monate16 Monate20 Monate

24 Monate + Inspektion


Umsetzung in die Praxis


Ölanalyse im Feldversuch

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T6BIS T7 T8

09/10/2003 20/11/2003 06/02/2004 14/05/2004 24/03/2005 31/05/2005 18/08/2005 28/09/2005 11/04/2006

Aspect VISUAL limpid limpid limpid limpid limpid limpid dark limpid limpid

Water content mg/kg KF 125 40 64 66 95 126 <0,05 90 <0,05

Non soluble particles % NF E 48-652 0,011 <0,002 0,004 0,005 <0,002 <0,002 <0,002 <0,002 <0,03

TAN mg KOH/g ASTM D 664 0,70 1,10 0,73 0,33 0,69 0,63 0,71 0,60 0,62

Kinematic viscosity at 40°C mm²/s ASTM D 445 306,10 306,20 307,70 305,80 307,00 306,60 308,00 305,15 307,70

kinematic viscosity at 100°C mm²/s ASTM D 445 31,70 31,40 31,90 31,80 32,18 - 32,10 31,97 -

VI - ASTM D 2270 143 143 143,6 144 145 - 145 145 -

IR Spectrum - INTERNE ok ok ok - - - - - -

Foam test Séq. 1 0/0 10/0 10/0 360/350 400-9/20 - 250-5/15 440-5/53 -

Metal Content

P 380 371 383 351 352 330 353 364 374

Zn 6 5 8 11 11 11 11 13 17

Ca 5 4 4 4 3 5 9 5 6

Na <5 <5 <5 <5 18 8 9 19 10

Si <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

Fe 4 6 17 22 41 33 33 33 42

Cr <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

Al <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

Cu <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

2.4. NORDEX N°4/8067

mg/kg ICP

CHARACTERISTICS UNITS METHODS


Ölanalyse im Feldversuch – Turbine 4Eisen u. Phosphor

DUNKERQUE WIND FARM/NORDEX 4/TOTAL CARTER SH 320

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

oct-0

3no

v-03

déc-0

3jan

v-04

févr-0

4mars

-04av

r-04

mai-04

juin-0

4jui

l-04

août-

04se

pt-04

oct-0

4no

v-04

déc-0

4jan

v-05

févr-0

5mars

-05av

r-05

mai-05

juin-0

5jui

l-05

août-

05se

pt-05

oct-0

5no

v-05

déc-0

5jan

v-06

févr-0

6mars

-06av

r-06

TIME

MET

AL

CO

NTE

NT,

mg/

kg

IRON ContentPHOSPHORUS Content


Ölanalyse im feldversuch – Turbine 4Viskosität u. TAN


100,00

150,00

200,00

250,00

300,00

350,00

400,00

oct-03

nov-03

déc-03

janv-04

févr-04

mars-04

avr-04

mai-04

juin-04

juil-04

août-04

sept-04

oct-04

nov-04

déc-04

janv-05

févr-05

mars-05

avr-05

mai-05

juin-05

juil-05

août-05

sept-05

TIME

VISC

OSI

TY a

t 40°

C, m

m²/s

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

TAN

, mg

KO

H/g

Viscosity at 40°CTAN


Ölanalyse im Feldversuch – Turbine 5

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T6BIS T7

09/10/2003 20/11/2003 06/02/2004 18/05/2004 17/02/2005 01/06/2005 18/08/2005 27/09/2005

Aspect VISUAL limpid limpid limpid limpid dark limpid dark dark

Water content mg/kg KF 52 82 76 86 16 126 <0,05 76

Non soluble particle % NF E 48-652 0,013 0,004 0,009 0,004 0,03 <0,002 0,021 <0,002

TAN mg KOH/g ASTM D 664 0,69 1,07 0,75 0,73 0,77 0,67 0,69 0,66

Kinematic viscosity at 40°C mm²/s ASTM D 445 306,3 305,2 306,8 300,8 320,6 303,9 302,1 307,8

kinematic viscosity at 100°C mm²/s ASTM D 445 31,9 31,8 31,9 31,53 33,4 - 32 32,44

VI - ASTM D 2270 144 144 143,9 144 146 - 147 146

IR Spectrum - INTERNE ok ok ok ok - - - -

Foam test Séq. 1 0/0 80/0 (2) 10/0 350/4 190-6/16 - 420-10-140 480-7/24

Metal Content

P 400 366 377 367 362 329 337 363

Zn 5 5 7 6 10 10 12 13

Ca 3 5 3 3 3 3 13 7

Na <5 <5 <5 <5 7 7 9 14

Si <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

Fe 8 7 18 26 52 40 42 37

Cr <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

Al <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

Cu <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2 <2

3.4. NORDEX N°5/8066

mg/kg ICP

CHARACTERISTICS UNITS METHODS


Ölanalyse im Feldversuch – Turbine 5 Eisen u. Phosphor


0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

oct-03

nov-03

déc-03

janv-04

févr-04

mars-04

avr-04

mai-04

juin-04

juil-04

août-04

sept-04

oct-04

nov-04

déc-04

janv-05

févr-05

mars-05

avr-05

mai-

05

juin-05

juil-05

août-05

sept-05

TIME

MET

AL

CO

NTE

NT,

mg/

kg

PHOSPHORUS ContentIRON Content


Ölanalyse im Feldversuch – Turbine 5Viskosität u. TAN


100

150

200

250

300

350

400

oct-03

nov-03

déc-03

janv-04

févr-04

mars-04

avr-04

mai-04

juin-04

juil-04

août-04

sept-04

oct-04

nov-04

déc-04

janv-05

févr-05

mars-05

avr-05

mai-05

juin-05

juil-05

août-05

sept-05

TIME

VISC

OSI

TY a

t 40°

C, m

m²/s

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

TAN

, mg

KO

H/g

Viscosity at 40°CTAN


Inspektion nach 2 Betriebsjahren


Ölanalyse nach 6 Betriebsjahren

P: 71% Restgehalt

Zn: Rohrleitungen

Na: Meereslage

Fe: normal / 6 Jahre


Ölanalyse nach 7 Betriebsjahren – 29 483 MWh


Stromerzeugung in Deutschland, aktueller Stand 2010/2011

17 % - WK-Anteil am Energiemix

In der Zukunft?

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

Kontakt: [email protected]

Windkraft-Anlagen in Deutschland

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