In den Hochdruckkraftwerken, die in unseren Breiten vor etwa 40 bis 60 Jahren errichtet wurden, sind vielerorts die Absperrorgane in die Jahre gekommen.

Die logische Konsequenz daraus: Die meisten Betreiber unterziehen diese nun einer
grundlegenden Revision und Sanierung. Schließlich stellen die Absperrorgane im Triebwasserweg die wichtigsten sicherheitsrelevanten
Instanzen eines Kraftwerkssystems dar. Was derartige Sanierungsvorhaben allerdings heute verkompliziert, ist der
Umstand, dass Ursprungshersteller teilweise nicht mehr existent sind und häufig auch alte Maschinenbaupläne nicht mehr vorliegen.
Lösungen dafür bietet der Kärntner Wasserkraftspezialist EFG, der mithilfe moderner Technologien die komplexe
Verschlussmechanik von anno dazumal in den Neu-Zustand versetzt – und dabei sämtliche Montagetätigkeiten übernimmt.

Seit Ingenieure in den Alpen Hochdruckkraftwerke
bauen, geht damit
die Frage der Sicherheit einher. Gerade
wenn man an all jene Speicher- bzw.
Pumpspeicherkraftwerke denkt, die das
Triebwasser über Hunderte von Metern
Fallhöhe zu den Turbinen leiten, kann man
erahnen, welche enormen Druckbelastungen
durch die Wassersäule auftreten. Diese
Druckbelastungen zu kontrollieren und auch
eventuellen Druckstößen bei Maschinenstillstand
standzuhalten, sind essentielle Sicherheitsvorgaben,
die nicht nur dem Schutz von
Sachwerten, sondern vor allem auch jenem
der Menschen selbst dienen.
Als unerlässliche Sicherheitseinrichtungen
wurden Absperrmöglichkeiten im Triebwasserweg
entwickelt, die eine Notschlussfunktion
sicherstellen. Zu diesem Zweck konstruierten die Wasserkraftingenieure der Vergangenheit
unterschiedliche Varianten von Absperrorganen.
Die Palette reicht grob umrissen
von Absperr- oder Rohrbruchklappen
über diverse Absperrventile bis hin zu den
gebräuchlichen Kugelschiebern, Kugelhähnen,
Keilschiebern oder Ringschiebern. Die jeweilige
Bauart und die Auslegung spiegeln natürlich
auch den Einsatzzweck dieser unterschiedlichen
Absperrorgane wider. Während
Rohrbruchklappen am Beginn einer Rohrleitung
installiert sind und dementsprechend
geringere Drücke zu bewerkstelligen haben,
kommen am Ende einer Rohrleitung – quasi
als letztes Glied in der Sicherheitskette – Turbinenabsperrorgane
zum Einsatz, die auf
deutlich höhere Drücke ausgelegt sind.
Zumeist sind diese als Kugelhähne oder
Kugelschieber ausgeführt – erstere bei kleine- ren Wasserkraftanlagen, letztere sind bei
Großkraftwerken gang und gäbe.
KNOW-HOW VERLOREN GEGANGEN
Speziell in den 1950er bis in die 1970er
Jahren wurden im Alpenraum zahlreiche
Speicher- und Pumpspeicherkraftwerke gebaut,
um dem steigenden Stromhunger Rechnung
zu tragen. Heute haben diese Anlagen
ein technisches Alter erreicht, in dem für viele
Kraftwerkskomponenten bereits ein hoher
Sanierungsbedarf besteht. Speziell trifft dies
auf die Absperrorgane zu, die zuletzt vielerorts
noch im Originalzustand ihren Dienst versehen
haben. „In der Tat stehen seit einigen
Jahren bei vielen Großkraftwerken Revi –
sionen der Verschlussorgane auf der Agenda.
Das ist zum einen dem Alter der Bauteile, aber
oft auch dem Sachzwang ‚Wiederverleihung des Wasserrechts‘ geschuldet. Das Problem
für die Betreiber ist dabei einerseits, dass ein
Neubau dieser Bauteile oft sehr teuer ist.
Andererseits ist das Know-how für eine professionelle
Sanierung zum Teil nicht mehr
leicht zu finden. Die Gründe dafür liegen
manchmal darin, dass der ursprüngli che
Hersteller nicht mehr am Markt existent ist,
o d er das s es keine rlei Original-Baupläne
mehr gibt, oder ein Hersteller die Produkte
nicht mehr in seinem Portfolio anbietet“,
erläuter t Werner Goldberger, Geschäftsführer
von EFG Turbinenbau aus Feldkirchen,
die Markt-Hintergründe, die sein Unternehmen
immer tiefer in diese Materie geführt
und ihn mittlerweile zu einem der führenden
Unternehmen f ü r San ierungen vo n Verschlussorganen
gemacht haben.
Der Wasserkraftspezialist, der vielen Branchenkennern
vor allem dank seiner hochwertigen
Turbinen ein Begriff ist, hatte sich in
den Jahren seines Bestehens immer wieder
auch mit Sanier ungen und Revitalisierungen
einen Namen gemacht. Dies sei – so Werner
Goldberger – im Gr unde eine zentrale Voraussetzung
dafür gewesen, dass man den
Markteinstieg in das Segment der Verschlussorgane
schaffen konnte.
ARBEITEN FÜR DIE „BIG PLAYER“
Knapp zehn Jahre ist es her, dass EFG den
ersten Auftrag über di e Sanier ung eines
Kugelschiebers erhalten hat. Ergangen von
ei ne m der größ t e n Wass e rk raftbe treiber
Österreichs, den Österreichischen Bundesbahnen
(ÖBB), die die Absperrorgane für das
Bundesbahnenkraftwerk Spullersee von Grund
auf sanierte.
Die erfolgreiche Abwicklung des Auftrags war
di e I n itialzündung für das Kärntner
Unternehmen, noch stärker i n diesem
Segment Fuß zu fassen. Die Liste der
Auftraggeber in den folgenden Jahren liest
sich wie das Who is Who der österreichischen
Wasserkraft: IKB, Verbund, Kelag und zahlreiche
Privatbetreiber. Zudem mehrten sich
auch die Anfragen aus den Nachbarländern.
Für das Feldkirchner Wasserkraftunternehmen
bedeutete dies nicht nur faktisch den
Aufbau eines zweiten wirtschaftlichen Standbeins
abseits der Turbinenproduktion, sondern
darüber hinaus auch einen äußerst wertvollen
Know-how-Zuwachs. Goldberger:
„Natürlich haben wir mit jedem dieser
Sanierungsprojekte dazugelernt. Es ist nicht
nur fachlich interessant, welche technischen
Ansätze die Maschinenbauer dieser Wasserkraftgeneration
gewählt haben. Nein, darüber
hinaus haben wir uns Wissen und Know-how
angeeignet, jede gängige Type von Absperr –
organen professionell sanieren zu können.
Das verschafft uns Vorteile am Markt. Ich
muss persönlich eingestehen, dass die Arbeit
an einem komplexen Bauteil wie einem
Kugelschieber oft anspruchsvoller und interessanter
als so manche Turbinenkon struk tion
für ein neues Kraftwerk.“
SCHRITT FÜR SCHRITT VORGEHEN
Grundsätzlich läuft eine Sanierung dieser
Maschinenbauteile in mehreren Arbeitsschritten
ab, die Matthias Viertler, erfahrener
Maschinenbauexperte bei EFG, folgendermaßen
umreißt: „Es beginnt mit der Demontage
des Absperrorgans und dem Transport in
unser Werk. Dabei gilt von Beginn an, dass
alle Arbeiten von einer lückenlosen Dokumentation
begleitet werden. Das kommt uns
ebenso zugute wie letztlich auch dem Kunden.
Hier im Werk wird der Bauteil dann zu
100 Prozent zerlegt und anschließend sandgestrahlt.
Im Anschluss daran sind die zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung und sämtliche
anderen Prüftechniken am Zug. Damit ist
man an einem Punkt angelangt, an dem man
den Kunden in die weitere Vorgehensweise
einbezieht und das weitere Programm bespricht.
Nun hat man die Möglichkeit, im
Detail den Zustand der einzelnen Bauteile zu
beurteilen. Was ist noch intakt, was defekt,
was gehört saniert und was neu hergestellt –
lauten die entscheidenden Fragen. Im Grunde
ergibt sich daraus zumeist eine Kombination
aus Schweißreparatur und dem Anfertigen
von Neuteilen. Im weiteren Arbeitsprozedere
werden dann noch die Dichtungen und der
Korrosionsschutz erneuert, gefolgt von der
Funktionsprüfung und letztlich einer intensiven
Druckprüfung. Nach der Werksabnahme
durch den Kunden ist am Ende wieder das Montageteam gefordert.“
MODERNSTE METHODEN IM EINSATZ
Dass bei jedem einzelnen dieser Arbeitsschritte
der Teufel im Detail liegt, versteht sich von
selbst. Zu zahlreich sind die Fehlerquellen,
mit denen die Spezialisten von EFG konfrontiert
sind. „Es kann durchaus vorkommen,
dass wir unzulässige Anzeigen an Bauteilen entdecken,
die man ursprünglich einfach belassen
hat. Heute nähme keine Abnahmegesellschaft
mehr einen solchen Bauteil ab, vielmehr wird
heute der Stand der Technik bei der Abnahme
von Bauteilen erwartet. Der Betreiber ist daraufhin gefordert, nachträglich sämtliche technische Dokumentationen
nachzuliefern. Gemeinsam mit zertifizierten Instituten sind wir dabei
letztlich gerne behilflich. Mittlerweile stellt es für uns auch kein allzu
großes Problem mehr dar, wenn – wie häufig schon erlebt – keine originalen
Dokumentationen und Baupläne mehr verfügbar sind. In diesem
Fall nutzen wir moderne Scannersysteme, um die Bauteile 1:1 im Ist-
Zustand zu vermessen. Danach werden diese Daten digital an die
CAD-Software übertragen und in weiterer Folge in ein 3D-Modell
zurückgeführt. Damit können wir nicht nur vergleichsweise schnell
und unkompliziert 3D-Modelle aller Einzelteile abrufen und verarbeiten,
sondern bieten dem Kunden auch eine umfassende technische
Dokumentation seines Absperrorgans an“, erklärt Daniel Zaminer.
SCHÄDEN DURCH SAND UND GESTEIN
Die auftretenden Schäden sind so vielfältig wie die Typen von Absperrorganen
selbst. „Betrachtet man einen Kugelschieber nach einem
halben Jahrhundert von innen, dann erkennt man, dass es vor allem
Sedimente, Steine, Sand und Gehölz sind, die zu mechanischen
Schäden führen. Die Riefen, die davon unter dem hohen Druck in die
Stahl-Oberflächen gefurcht werden, führen in der Folge zu einer schleichenden
Leckage eines Systems“, weiß Matthias Viertler.
Natürlich spielt auch der Verschleiß im Betrieb eine Rolle. Je mehr
Stellbewegungungen von einem Absperrorgan ausgeführt werden,
desto höher ist die Dauerbelastung auf die Dichtringe. Zudem können
auch Lagerbuchsen aufgerieben werden, wenn sie nicht regelmäßig
und akkurat geschmiert werden. Dies trifft aufgrund des einseitigen
Anpressdrucks speziell auf Kugelschieber zu.
„Auch Zahnstange und Ritzel im Antrieb der Kugelschieber hatten wir
schon stark sanierungsbedürftig vorgefunden. Zur Funktionserklärung:
Durch die Zähne des Ritzels wird die Zahnstange bewegt, wodurch der
68 Februar 2013
Drehkörper in die Schließposition gedreht wird und anschließend die
druckbeaufschlagte Schieberplatte für die Dichtfunktion sorgt. Wenn
es zu massiven Schäden an den Zähnen kommt, kann durch Neuanfertigung
des Ritzels und der Nacharbeit an der Zahnstange das entsprechende
Flankenspiel durch Profilverschiebung der Zähne wieder
hergestellt werden. Auch wenn es wenig spektakulär klingt: die vollständige
Erneuerung der Zähne ist aufwändig“, erklärt Viertler.
Was das Schadensbild angeht, spielt natürlich gerade bei den Turbinenabsperrorganen
die Druckstufe eine entscheidende Rolle. „Ein hoher
Druck jenseits von 70 oder 80 bar, wie er vielerorts auftritt, kann sogar
große Stahlbauteile verformen. Aus diesem Grund sitzen etwa die
Schraubverbindungen in der Teilungsebene eines Kugelschiebers
äußerst dicht aneinander und sind zudem wegen der großen Vorspannkräfte
hydraulisch vorgespannt. Sowohl das Lösen als auch das Anziehen
einer solchen Blockflanschverbindung erfordert eine sehr gewissenhafte
Vorgehensweise, will man Verformungsfehler und damit ein mögliches
Klemmen der Lagerzapfen vermeiden“, so der Fachmann.
HOCHPRÄZISE FERTIGUNG ALS VORAUSSETZUNG
Die Herausforderungen für die Sanierer gestalten sich dementsprechend
auch sehr vielfältig und zum Teil sehr anspruchsvoll. „Gerade die
Details haben es manchmal wahrlich in sich. Nehmen wir nur das
Beispiel, wenn es gilt, eine Kugelkalotte in den Dichtsitz einzuschleifen:
Um ein absolut dichtes System, wo Metall auf Metall 1/100 Millimeter
aufeinandertrifft, zu schaffen, ist nicht nur handwerkliches Geschick
gefragt, sondern auch eine hochpräzise Fertigung. Hinzu kommt,
dass auch ein perfekt geformter Drehkörper nicht ausreicht, um den
Verschluss zu 100 % dicht zu machen, wenn die Axialabstände von
Kugelkörper und Gehäuse voneinander abweichen“, erklärt „EFGRefurbishment-
Spezialist“ Ernst Eberhard, um daran einen echten Leitsatz für diese Tätigkeit zu knüpfen: „Der
Beginn eines Kompromisses ist der Beginn
eines Fehlers – und Fehler sind zu vermeiden.“
Eine nicht unwesentliche Rolle kommt auch
den zahlreichen Randkomponenten, wie etwa
dem Bypass-System mit den Fülldüsen, zu.
Auch dabei gilt es durchaus eine Vielzahl an
technischen Lösungen zu beherrschen und
vielfältige Herausforderungen zu bewältigen.
Hinzu kommen natürlich auch die individuellen
Wünsche und Vorstellungen der Betrei –
ber. Das könne sich – meint Matthias Viertler
– zum Beispiel auf die Rauigkeit beim
Sandstrahlen oder auch auf die Art und die
Aufbringung des Korrosionsschutzes beziehen.
„Wir müssen eben gemeinsam mit dem
Kunden das durchaus hoch gestellte An for –
derungsprofil erfüllen“, stellt er klar.

ZEITVORGABEN ALS ECHTER PRÜFSTEIN

Im Rückblick auf die letzten zehn Jahre, in
denen sich EFG intensiv dem Thema Sanierung
von Absperrorganen verschrieben hat,
kann der Geschäftsführer auf einige besondere
Referenzanlagen verweisen. Unter anderem
wurden die Kugelschieber des Kraftwerks
Untere Sill der IKB, oder der Kraftwerke
Uttendorf und Schneiderau der ÖBB, sowie
mehrere Kugelschieber der Kraftwerksgruppe
Fragant/Kelag in den Neuzustand zurück versetzt
– allesamt komplexe, schwere Bauteile
mit ausgefeilter Technologie.
Als besonderes Highlight ist dem Geschäftsführer
der Auftrag für die Sanierung der vier
Rohrbruchklappen inklusive Be- und Entlüftungsventilen
des Verbund-Kraftwerks Hieflau
in Erinnerung. Das lag zum einen an der
außergewöhnlichen Größe der Bauteile, die
immerhin einen Durchmesser von 3 m aufwiesen.
Zum anderen aber auch am engen
Terminkorsett, das auf drei Monate „geschnürt“
war. „Gerade bei größeren Kraftwerken
wird ein Tausch oder eine Sanierung von
langer Hand geplant, und die Stillsetzung der
Anlage folgt einem minutiösen Timing. Das
ist verständlich, weil damit ja auch beträchtliche
Ertragseinbußen für den Betreiber einhergehen.
Für uns als Auftragnehmer bedeutet
dies natürlich einen immensen Zeitdruck.
Speziell der Auftrag für die vier Klappen
brachte uns damals an die Leistungsgrenzen,
wurde aber dennoch erfolgreich, termingerecht
abgewickelt“, so der Geschäftsführer.
ERFAHRUNG MIT KOMPLEXEN SYSTEMEN
Je komplexer und schwieriger ein Absperrorgan
zu sanieren war, desto mehr Erfahrung
und Know-how sammelte sich in dem Kärntner
Wasserkraftunternehmen. Inzwischen
gibt es kaum mehr einen der gängigen Typen von Absperrorganen, mit denen man es nicht zu tun hatte. Sogar die extrem hochwertigen
Von Roll-Systeme, die vor allem in Hochdruckanlagen
in der Schweiz und Westösterreich
anzutreffen sind, hat man bereits auf der
langen Referenzliste. Diese gelten nicht nur
als teuer und hochqualitativ, sondern auch als
technische Herausforderung. „Die Ver stell –
ung des Drehkörpers erfolgt in diesem Fall
über zwei rotationssymmetrisch angeordnete
kreisbogenförmige Hydraulikzylinder.
Meiner Ansicht nach ist das die sauberste und
konstruktiv am besten durchdachte Lösung
für ein Absperrorgan, das erfahrungsgemäß
auch sehr gute Wartungseigenschaften hat.
Allerdings ist dieses System nicht einfach zu
reparieren, ihre innere Konstruktion ist beinah
eine ‚eigene Welt‘. Daher werden diese
Systeme heute auch manchmal einfach durch
gerade Zylinder und das Zahnstan-genprinzip
ersetzt – es fehlt einfach das Know-how am
Markt. Für uns ist jedes zu sanierende Von
Roll-System eine spannende, aber lohnenswerte Herausforderung, der wir uns gerne
stellen“, erklärt zu diesem Punkt Armin Pretis
von der Abteilung Forschung und Ent –
wicklung bei EFG.
Werner Goldberger ist Turbinenbauer aus
Leidenschaft, doch mittlerweile gilt seine
Begeisterung auch den unterschiedlichen
Formen von Absperrorganen, die in den
Hochdruck-Kraftwerken der Alpen installiert
wurden. Dank des großen Engagements und
des beachtlichen Know-hows ist dieses Segment
zu einem wichtigen wirtschaftlichen
Standbein für das mittelständische Unternehmen
in Feldkirchen geworden. Der Themenbereich
ist dabei durchaus ein sehr heikler, da
es im Kern um die wesentlichen Sicherheitsaspekte
eines Kraftwerksbetriebes geht. Dass
heute die renommierten Wasserkraftbetreiber
diese Sicherheitsfragen gerne in die Hände
von EFG legen, kann getrost als Vertrauensbeweis
und Qualitätsurteil erster Güte angesehen
werden.