Bürstenlos-Umbau modernisiert Generatoren im Kraftwerk Steyrdurchbruch

Dem gesamten Erscheinungsbild des vielleicht schönsten österreichischen Wasserkraftwerks entsprechend beeindruckte bis zuletzt auch die Optik der historischen Generatortechnik. Doch über ein Manko konnte die Maschinenästhetik der vier installierten Generatoren im Jugendstil-Kraftwerk Steyrdurchbruch nicht hinwegtäuschen: Ihre Erregung erfolgte immer noch über Kohlebürsten – ein Umstand, der unweigerlich zu einer fortschreitenden Verschmutzung in der Maschine und ohne aufwändige Wartung letztlich zu einem Wicklungsschaden führt. Daher beauftragte die Energie AG als Betreiberin des Kraftwerks den Linzer Branchenspezialisten R. Riegler mit dem Umbau der über 100 Jahre alten Maschinen auf Bürstenlos. Mit Erfolg: Nach sechs Monaten Umbauzeit konnte das modernisierte Generatoren-Quartett wieder den Regelbetrieb aufnehmen.

Moderne Erregertechnik macht historische Generatoren zukunftssicher

Kohlebürsten in den Erregersystemen von Generatoren gehören im Grunde der Vergangenheit an. Die Wasserkraft-Generatoren der Neuzeit arbeiten in der Regel mit einer bürstenlosen Erregermaschine, wobei die Erregerenergie über mitrotierende Siliziumdioden direkt in das Polrad eingeleitet wird. Diese Bauweise bringt nur Vorteile für den Betrieb mit sich, da der Wartungsaufwand minimiert und die Betriebssicherheit maximiert wird. Neben der modernen bürstenlosen Variante findet man heute Generatoren mit statischer Erregung, bei denen die Erregerenergie über Kohlebürsten und Schleifringe ins Polrad des Generators geführt wird. Zusätzlich existieren noch zahlreiche alte Generatoren mit Gleichstromerregermaschinen. Bei diesem Bautyp wird die Erregerenergie über Kohlebürsten am Kollektor abgenommen und über weitere Kohlebürsten und Schleifringe ins Polrad eingebracht. Beide Maschinenvarianten haben den gravierenden Nachteil, dass durch den Verschleiß der eingesetzten Kohlebürsten feiner Kohlestaub in der Maschine anfällt – der mittel- bis langfristig zum Problem für den Generator wird.

Kohlestaub erhöht das Schadensrisiko für Generatoren

Kupfer, Eisen, Isolationsmaterial: In einem Generator treffen unterschiedliche Materialien aufeinander, die unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Das bedeutet, dass es durch Temperaturschwankungen (z.B. wegen schwankender Leistung, Außentemperatur, Start – Stop Betrieb) zu Relativbewegungen zwischen den Materialien kommt, die letztlich zu feinen Rissen in der Isolation führen. Wenn sich nun der Kohlestaub – der eine hohe elektrische Leitfähigkeit besitzt – in diesen Rissen ablagert, sinken die Isolationswiderstände der Wicklungen. Damit steigt das Schadensrisiko, und im Ex­tremfall steht am Ende dieses Verlaufs der Wicklungsschaden. Wenn bei diesem Schaden elektrische Lichtbögen auftreten, kann sogar ein Maschinenbrand entstehen. „Dem kann im Prinzip nur mit regelmäßiger Reinigung und zustandsverbessernden Maßnahmen, wie etwa dem Nachimprägnieren von Wicklungen mit Kunstharz – damit sich die Isolationsrisse wieder schließen und ein neuer Abnutzungsvorrat entsteht–, begegnet werden. Das bedeutet einen großen Aufwand. Bei einer bürstenlosen Maschine fallen derartige leitfähige und somit potenziell gefährliche Verschmutzungen gar nicht erst an. Damit werden erheblich längere Wartungsintervalle möglich“, erklärt dazu DI Ernst Jessl, ein erfahrener Fachmann in Sachen Generatoren, der seit Jahrzehnten für den Linzer Branchenspezialisten R. Riegler tätig ist. Kaum ein anderes Unternehmen in Österreich gilt als derart hochqualifiziert, wenn es um die Wartung, Servicierung oder die Reparatur von Wasserkraftgeneratoren geht, oder wenn ein Umbau auf ein bürstenloses Erregersystem geplant ist – wie zuletzt im österreichweit bekannten Traditionskraftwerk Steyrdurchbruch. Die Energie AG Oberösterreich als Betreiberin hatte das Problem mit dem Kohlestaub schon länger erkannt – nun war es an der Zeit, diesem effektiv zu begegnen. Die Firma R. Riegler sollte sich dafür als perfekter Partner herausstellen.

Gleichstromwicklung bleibt bei Umbau erhalten

Konkret ging das Team um Ernst Jessl daran, die drei baugleichen Siemens Schuckert Generatoren – alle über 100 Jahre alt – sowie den vierten, etwas moderneren Generator von ELIN auf ein bürstenloses Erregersystem umzurüsten. Das Quartett war bislang jeweils mit einer Gleichstromerregermaschine und den dazugehörigen Kohlebürsten und Schleifringen ausgestattet. Nun galt es, den Umbau so zu bewerkstelligen, dass unter Beibehaltung der Gleichstromerreger-Maschinenwicklung der integrierte Aufbau eines rotierenden Diodengleichrichters umgesetzt wird. Grob umrissen: Der mechanische Gleichrichter, also der Kollektor, wird durch mitrotierende Dioden ersetzt. Ernst Jessl: „Bei Gleichstromerregermaschinen zapfen wir im Grunde die Gleichstromwicklung an den passenden Stellen an und realisieren auf diese Art den Umbau auf Bürstenlos. Grundsätzlich könnte man auch die Erregermaschine neu wickeln und sie damit auf Drehstrom umstellen, aber wenn man die intakte Rotorwicklung einer Gleichstromerregermaschine weiterverwendet, stellt das die weitaus günstigere Option ohne technische Abstriche dar. Daher haben wir die Generatoren im Kraftwerk Steyrdurchbruch auch auf diese Weise optimiert.“

Maßgeschneiderte Lösungen für die Generatormodernisierung

Grundsätzlich stellt das vorhandene Raumangebot bei alten Bestandsgeneratoren kein Hindernis für den Einbau der mitrotierenden Dioden in das Polrad dar. Für die Branchenspezialisten von R. Riegler ist das überhaupt kein Thema. „Der dafür benötigte Raumbedarf ist sehr gering. Wir haben dafür unterschiedliche bauliche Varianten entwickelt, die je nach Aufbau der Erregermaschine zum Einsatz kommen“, so Jessl. Entscheidend ist für den Umbau vielmehr, dass es möglich sein muss, den Ausgang des rotierenden Gleichrichters mit der Polradwicklung zu verbinden. Zu diesem Zweck ist es manchmal unumgänglich, die Generatorwelle vor Ort zu durchbohren, um mit der Erregerleitung durch das Lager bis zur Polradwicklung zu gelangen. So wurde es letztlich auch bei den Generatoren im Traditionskraftwerk Steyrdurchbruch gemacht, wobei dies im Übrigen die größte technische Herausforderung für das äußerst erfahrene Team von R. Riegler darstellte.
Abgerundet wurde der Umbau durch den Einbau neuer, moderner Spannungs- und cos-Phi-Regler. Darüber hinaus konnte der Regler an das Kraftwerksleitsystem angebunden werden. Eine Zusatzoption, die im Zuge von Bürstenlos-Umbauten durchaus gerne in Anspruch genommen wird, wie Jessl betont.
Er verweist auch darauf, dass man bei R. Riegler Generatoren mit statischer Erregung ebenfalls auf Bürstenlos umbauen kann. Derartige Typen verfügen zwar nicht über eine Erregermaschine, aber es ist möglich, dafür eine neue Erregermaschine elektrisch und mechanisch auszulegen und zu fertigen. Auf diese Weise wird auch ein Generator mit statischer Erregung bürstenlos gemacht. Bei R. Riegler verweist man auf sehr gute Erfahrungen, die man diesbezüglich gesammelt habe.

Modernisierung reduziert Wartungsaufwand und Betriebskosten

Gerade einmal sechs Monate nahm der komplette Umbau auf Bürstenlos aller vier Generatoren im Kraftwerk Steyrdurchbruch in Anspruch. Je nach Maschinengröße kalkuliert man bei R. Riegler in der Regel mit einer Dauer von 1 bis 3 Monaten für eine derartige Modifizierung. Die Investition und die damit verbundene Stillstandszeit rechnen sich zweifellos – davon sind die Linzer Branchenspezialisten überzeugt. Die Kosten für den Umbau auf Bürstenlos liegen dabei in der Größenordnung einer Komplettrevision (das sind etwa 10 bis 20 Prozent der Kosten für eine neue Maschine). „Die Generatoren in Steyrdurchbruch wurden für eine niedrige Nenndrehzahl ausgelegt. Dieser Kennwert einer rotierenden Maschine bedeutet immer wenig Verschleiß und lange Lebensdauer. Die aktuelle Standardlösung – also ein schnelllaufender Generator mit Getriebe – wäre technisch gesehen im Vergleich dazu ein Rückschritt“, erklärt Ernst Jessl. Er verweist darauf, dass generell noch sehr viele alte Generatoren im Einsatz sind. Diese Maschinen sind meist langsam laufend und mit sehr vielen Reserven ausgelegt, sodass sie thermisch nicht voll ausgelastet werden. „Ein derartiger Qualitätslevel wird von den heute angebotenen Maschinen in der Regel nicht mehr erreicht bzw. von den Kunden auch nicht mehr bezahlt. Es gibt viele Generatoren, die seit über 100 Jahren in Betrieb sind. Ich halte es für unwahrscheinlich, dass derart lange Laufzeiten mit aktuell gefertigten Generatoren erreicht werden können“, so Jessl.

Bürstenlose Erregersysteme sichern den langfristigen Kraftwerksbetrieb

Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass der Umbau bestehender, langsam laufender Generatoren auf ein bürstenloses Erregersystem in Kombination mit Revision, Zustandsverbesserung und AVR-Nachrüstung eine technisch wie wirtschaftlich äußerst sinnvolle Investition darstellt. Anstatt bewährte Maschinen durch moderne, schnelldrehende Generatoren mit Getriebe zu ersetzen – was einem klaren technischen Downgrade gleichkommt – wird die vorhandene Substanz nachhaltig aufgewertet. Insbesondere der Bürstenlosumbau überzeugt durch den Wegfall verschleißanfälliger Komponenten, deutlich reduzierte Wartungs- und Kontrollaufwände sowie ein erheblich geringeres Schadensrisiko durch Verschmutzung. Die Verwendung robuster, standardisierter Industriebauteile wie Siliziumdioden und Überspannungsableiter gewährleistet zudem langfristige Verfügbarkeit und Versorgungssicherheit. Insgesamt entsteht so ein zuverlässiges, wartungsarmes und zukunftssicheres Erregersystem, das den Betrieb alter Generatoren dauerhaft stabilisiert und ihren technischen Wert nachhaltig steigert.

Erschienen in zek HYDRO, Ausgabe 1/2026