Het is zo voor de hand liggend dat je er niet aan denkt dat het ook anders kan. Versnellingsbakken en soortgelijke tandwielmechanismen smeer je natuurlijk met olie. En als er water in komt, dan heb je een groot probleem. Maar wat als je gewoon water als smeermiddel gebruikt? Dat is de oplossing die de start-up Reintrieb in Wenen heeft bedacht.
Reintrieb werd in 2016 in Wenen opgericht. De onderneming houdt zich bezig met onderzoek, ontwikkeling en commerciële exploitatie van cleantech-toepassingen. De oprichters zijn de broers Dominik en Vincent Cofalka en de ingenieur Siegfried Lais. Vincent Cofalka werkte voor de Amerikaanse corporatie Carnival Inc. onder meer als kapitein van het vlaggenschip AIDAnova. Siegfried Lais was 50 jaar werkzaam in de scheepsvoortstuwingstechniek.
Het probleem bij tandwielsystemen als een versnellingsbak is dat geen enkel exemplaar honderd procent lekvrij is. De weglekkende olie is slecht voor het milieu. “Maar de mensen aanvaarden dit omdat het de stand van de techniek is”, legt Dominik Cofalka uit, CEO van Reintrieb. Hij ontwikkelde met zijn team een smeersysteem op basis van water. De technologie is 100 procent duurzaam in de zin van de Duurzame Ontwikkelingsdoelstellingen van de Verenigde Naties. De toepassingsmogelijkheden zijn legio. Je kunt het overal gebruiken waar weglekken van schadelijke smeerolie grote schade aan het milieu kan veroorzaken. Zowel op land als op zee.
Ook interessant: Bij de binnenvaart van de toekomst staan de stuurlui straks aan wal
Omgekeerd is het binnendringen van water in de smeersystemen van versnellingsbakken ook problematisch. Zelfs bij een gehalte van 0,1 procent water gaat de kwaliteit van de smeerolie al flink achteruit. Water in tandwielkastolie is de voornaamste reden voor bedrijfsstoringen in schepen, krachtcentrales en pompen in het algemeen.
Het op water gebaseerde smeersysteem van Reintrieb blijkt op laboratoriumschaal goed te werken. Dat verbaasde zelfs de werktuigbouwkundig ingenieur Karsten Stahl van de faculteit Werktuigbouwkunde van de Technische Universiteit van München, die de proof-of-concept uitvoerde. Het gezond verstand zegt dat metaal door water gaat roesten en dus snel slijt. Met het smeersysteem van Reintrieb zijn problemen zoals slijtage, tandbreuk en vastlopen echter beheersbaar. Ook al zijn er nog onbeantwoorde vragen en is er dus behoefte aan verder onderzoek, zegt Stahl.
Bij Reintrieb richtte het onderzoek zich overigens minder op het smeermiddel dan op het materiaal voor de tandwielen. De uitdaging bestond erin de drie factoren hardheid, elasticiteit en corrosie met elkaar in evenwicht te brengen. Met harde metalen -harder dan staal- en het smeermiddel water, kregen ze dat voor elkaar. Het nieuwe smeersysteem heeft dezelfde levensduur als conventionele systemen. Ook is het voordeliger in het gebruik. En dit smeersysteem koelt ook nog eens.
“Op een oppervlakte ter grootte van een vingernagel, moet een tandwielflens bij conventioneel gebruik 36 maal het gewicht van een VW Golf kunnen weerstaan. De wrijvingswarmte die daarbij vrijkomt, is tienmaal de hitte van een strijkijzer. Bij oliesmering werkt de olie als een beschermende film tussen de oppervlakken van de tandwielen die elkaar raken. Dit voorkomt overmatige verhitting. Maar als het te heet wordt, begint de olie te verdampen. Water heeft dus een nadeel ten opzichte van olie bij de smering, maar een voordeel bij koeling.”
Water heeft bij smeren een nadeel ten opzichte van olie, maar bij koelen een voordeel.
Dominik Cofalka, CEO Reintrieb
Aquaplaning-effect
Bij de smering maakt Reintrieb gebruik van een soort aquaplaning-effect. Dit gebeurt naarmate de snelheid van de tandwielen toeneemt. Dit komt omdat zich dan een film van water vormt op de tandwieloppervlakken. Daardoor gaat de hechting verloren. Dit betekent dat de tandwielen soepel lopen en tegelijkertijd worden gekoeld. De technici gebruikten drie soorten water in de proof-of-concept. Zoet water, zout water en gedestilleerd water, zoals gebruikt in radiatorsystemen. Alle soorten leverden goede resultaten op. Maar het werd duidelijk dat de waterkwaliteit een doorslaggevende invloed had op de werking en de levensduur van de tandwielkasten. Zout water is bijzonder voordelig voor de scheepvaart omdat je het smeermiddel direct uit de zee haalt. Cofalka sluit dat echter voorlopig uit omdat het zeewater sommige materialen aantast.
In de scheepvaart kan het smeersysteem voor tandwielkasten twee problemen tegelijk oplossen: Het binnendringen van water in transmissieolie en omgekeerd: lekkage van transmissieolie in het water. Een modern cruiseschip of vrachtschip verliest tussen zes en tien liter olie per dag. Tien procent van de olievervuiling in de wereld is afkomstig van versnellingsbakolie, zo weet Cofalka uit een studie van het US Environmental Protection Agency.
Het zal ongeveer een jaar duren voordat de eerste watergesmeerde versnellingsbak in de scheepvaart kan worden gebruikt. Reintrieb werkt momenteel aan de verwezenlijking van een prototype. De onderneming werkt daarbij samen met de tandwielfabrikant Heinz Ehgartner uit Leoben. De twee bedrijven bouwen momenteel een onderwaterversnellingsbak (lower gear box) voor een roerpropeller. Een eerste toepassing van de zogenaamde side-by-side aandrijving vindt plaats in samenwerking met Hydromaster in Rotterdam. Roerpropellers vereenvoudigen het manoeuvreren van schepen. Conventionele modellen bestaan uit een grote propeller. Het nieuwe model van Reintrieb bestaat uit twee kleine propellers naast elkaar in een straalpijp. Hierdoor kunnen schepen zelfs bij laag water varen, zoals in perioden van droogte. Het potentiële toepassingsgebied is in de eerste plaats de binnenvaart.
Ook interessant: Met binnenvaart kan goederenvervoer weer een stuk duurzamer worden
Het mechanisme van de roerpropellers kan worden vergeleken met een huishoudelijke blender met twee ten opzichte van elkaar draaiende schoepen. “De propellers draaien met hoge snelheid en produceren de voorwaartse stuwkracht. Maar ze hebben een groot vermogensverlies door turbulentie. De kunst is om zo weinig mogelijk turbulentie te creëren. Door fijnafstemming zijn we erin geslaagd de wervelstroom te optimaliseren”, aldus Cofalka.
