antriebstechnik 11/2023

KUPPLUNGEN UND BREMSEN

KUPPLUNGEN UND BREMSEN NICHT OHNE KUPPLUNG RÜCKENWIND FÜR DIE ENERGIEWENDE Windkrafträder müssen sich bei jedem Wetter zuverlässig drehen. Dies stellt hohe Anforderungen an die Komponenten und erfordert sorgfältige und aufwendige Testverfahren. Beim Betrieb und der Wartung der Anlagen steht der Schutz von Mensch und Maschine an erster Stelle. In all diesen Bereichen kommen Kupplungen zum Einsatz und R+W liefert passende Sonderlösungen für die Windenergie-Branche. Jan van Helt, Communications Manager R+W Antriebselemente GmbH, Wörth am Main Erneuerbare Energien spielen eine entscheidende Rolle im deutschen Strommix und sind ein Eckpfeiler der Energiewende. Dabei gewinnt die Windkraft an Bedeutung: Bis zum Jahr 2030 soll eine installierte Leistung von 30 GW Windenergie auf See und 115 GW an Land erreicht werden. Dies erfordert eine rasche Integration vieler Windkraftanlagen in das Netz. Die tatsächlich eingespeiste Leistung rückt zudem die Betriebssicherheit von Windkrafträdern in den Fokus. Um die anvisierten Ziele zu erreichen, müssen die Anlagen und alle Komponenten so ausgelegt sein, dass ein Dauerbetrieb auch unter extremen Wettersituationen aufrechterhalten wird. Auch die Stillstandzeiten bestehender Anlagen aufgrund von Schäden müssen nach Möglichkeit vermieden oder zumindest so kurz wie nötig gehalten werden. MEHR WIND ERNTEN Mit erneuerbaren Energien lässt sich nicht rund um die Uhr konstant und gleichmäßig Storm erzeugen. Von zentraler Bedeutung ist daher das Management der aktuell produzierten Energie, und zwar im Mix der regenerativen Quellen aus Sonne, Wasser und Wind. Die Effizienz einer Windkraftanlage entscheidet sich im Management der optimalen und konstanten Drehzahl des ge- samten Antriebsstranges. Wenn sich der Rotor zu langsam dreht, kann nicht genügend Energie erzeugt werden. Dreht sich der Rotor zu schnell, besteht die Gefahr eines Anlagenschadens. Um eine konstante Drehzahl zu erreichen, werden in modernen Windkraftanlagen Pitch-Control-Systeme eingesetzt. Diese messen, überwachen und regeln die Neigung und Stellung der einzelnen Rotorblätter und beeinflussen die Aerodynamik. Für einen maximalen Wirkungsgrad werden die rotatorischen Komponenten der Windkrafträder mithilfe von Sensoren exakt positioniert. Die Systeme müssen dynamisch sehr hohe Anforderungen erfüllen, je nachdem aus welcher Richtung und mit welcher Intensität der Wind gerade bläst. Um dabei einen Dauerbetrieb zu ermöglichen, stattet R+W Pitch-Control-Systeme mit spiel- und wartungsfreien Präzisions- Metallbalgkupplungen mit Klemmnaben aus. Sie sind Garant für eine sichere Drehmomentübertragung, eine präzise Positionierung und eine hohe Wiederholgenauigkeit. Für die Erzeugung von regenerativer Energie in Off-Shore Windparks kommen neben typischen Belastungen wie z. B. Temperaturschwankungen und Nässe weitere äußere Faktoren hinzu. Die Komponenten auf See müssen so gefertigt sein, dass sie extremen Temperatureinsatzbereichen von - 40 bis + 100 °C oder 20 antriebstechnik 2023/11 www.antriebstechnik.de

Kontakt mit aggressiven Umwelteinflüssen wie etwa salzhaltiger Luft standhalten. Hierfür werden die Präzisions-Metallbalgkupplungen BK2 der Serie 150 mit geschweißter Nabe- Balg-Verbindung sowie mit einer speziellen Oberflächenbehandlung ausgeführt. Die oxidierten Stahl-Klemmnaben erhöhen den Schutz vor Korrosion und stellen die präzise Drehmomentübertragung sicher. TESTEN OHNE CRASHS Bevor die Windräder unter Einsatzbedingungen Energie erzeugen, sind intensive Validierungen und genaueste Prüfungen erforderlich, um die Robustheit des Antriebsstrangs in Bezug auf das dynamische Verhalten im Windturbinengenerator zu testen. Spezielle Prüfstände testen alle Komponenten in kontrollierter Umgebung auf ihre Belastbarkeit und strapazieren diese bis an ihre Grenzen. Ein mechanischer Überlastschutz zwischen An- und Abtriebsmaschine ist für einen crash-freien Betrieb des Prüfstands unabdingbar. Die R+W Sicherheitskupplungen der Baureihe ST erfüllen genau das: Mit einem breiten Einstellbereich für hohe Drehmomente von 0,2 bis 165 kNm trennen sie bei einer Schaltzeit von wenigen Millisekunden die Verbindung zwischen Motor und Getriebe. Möglich wird das durch Schaltsegmente, die gleichmäßig am Umfang verteilt sind. Sie arbeiten nach einem bewährten System mit federvorgespanntem Kugelrastprinzip und eigens dafür entwickelten Tellerfedern. Die übertragbaren Drehmomente werden durch die Anzahl und den Lochkreisdurchmesser der Schaltsegmente bestimmt. Im Falle einer Überlast bewegen sich die Kugeln axial aus den Kalotten und bewirken eine dauernde Freischaltung der An- und Abtriebsseite. Die Schwungmassen am Prüfstand laufen aus, ohne dass die Sicherheitskupplung automatisch wieder einrastet und Maschinenkomponenten unnötig belastet werden. Der Kraftfluss wird erst nach einer Zustandsprüfung durch einen manuellen Eingriff hergestellt: Das Wiedereinrasten erfolgt einfach durch axialen Druck auf den Schaltstößel. DYNAMISCH WIE DER WIND Die erheblichen Kräfte, die an diesen Prüfständen wirken, erfordern hohe und schnell wirksame Sicherheitsvorkehrungen. „Safety first“ – nicht nur zum Schutz der Anlage, sondern auch zum Schutz des Prüflings – ist die oberste Priorität bei einem gemeinsamen Projekt von R+W mit dem unabhängigen Prüflabor DMT. Um die Vorgabe einer vollständigen und unmittelbaren Lastentrennung bei Überlast einzuhalten, war Kupplungs-Know-how beim Engineering gefragt. DMT ist ein Tochterunternehmen der TÜV Nord Group und testet in Krefeld vorrangig Getriebe aus Windkraftanlagen unter realen Bedingungen. Der Prüfstand für das genormte Testverfahren ist aus einer Belastungsmaschine, zwei Getrieben und einem Generator mit Bremse aufgebaut. Die Belastungsmaschine wird allmählich von 200 min -1 auf 1.800 min -1 hochgefahren. Das erste Getriebe hat die wichtige Funktion, die Motordrehzahl auf die Eingangsdrehzahl des Windkraftgetriebes zu verringern. Dabei simuliert es den Rotor einer Windkraftanlage, sodass das Getriebe unter realistische Bedingungen geprüft werden kann. Die in der Anlage verbaute Sicherheitskupplung gehört zur Baureihe ST1-R. Wie die meisten Sicherheitskupplungen von R+W wurde diese gemäß den Anforderungen von DMT individualisiert. Sie verfügt über sechs Schaltmodule ST71 mit einem einstellbaren Ausrückmoment von 45 kNm bis 90 kNm und ist direkt zwischen den Manner-Messflansch und der Bremse installiert. Das aufwendige Prüfverfahren ist in der internationalen Norm für Windenergieanlagen IEC 61400 mit Keine Grenzen in Sicht Vision kann mehr. Hell Schnell Integriert Flexibel Synchronisiert Mehr erfahren B&R bietet ein einzigartiges Vision-System bestehend aus Kameras, Objektiven, Beleuchtung und Software. Alle Komponenten sind nahtlos in das B&R-Automatisierungssystem integriert. Durch kompromisslose Leistungsstärke und Skalierbarkeit entstehen noch nie dagewesene Fähigkeiten für Maschinen und Anlagen. br-automation.com B&R | A member of the ABB Group