antriebstechnik 8/2016

SCHIFFE UND MARITIME

SCHIFFE UND MARITIME ANWENDUNGEN I SPECIAL 03 Da permanentmagneterregte Generatoren keine Energie für Magnetisierung benötigen, haben sie über das komplette Betriebsspektrum einen höheren Wirkungsgrad nellen Energie erzeu gung auf dem Festland im Nenndrehzahlbereich können Synchrongeneratoren einen Wirkungsgrad von bis zu 98-99 % erzielen. Bei Wellengeneratoranwendungen im niedrigen Drehzahlbereich liegt ihr Wirkungsgrad jedoch nur zwischen 92 und 94 %. Beim Einsatz eines Frequenzumrichters für den Betrieb im Kombinator- Modus kann der Gesamtwirkungsgrad bei der Umwandlung von elektrischer Energie sogar bis unter 90 % sinken. Da Kraftstoffkosten kontinuierlich ansteigen, wird stets nach einer noch effektiveren Lösung geforscht. Eine der vielversprechendsten Lösungen ist, den elektrisch erregten Generator mit einem deutlich effizienteren Permanentmagnet-Generator zu ersetzen. Permanentmagneterregte Wellengeneratoren Permanentmagnet-Maschinen sind seit Jahr zehnten bekannt, typische Anwendungen für kleine elektrische Motoren sind z. B. Servo motoren. Aufgrund der Erfindung von Neodym-Magneten zu Beginn der Acht ziger jahre haben sie in den letzten zwei bis drei Jahrzehnten ebenfalls ihren Durchbruch in Hochleistungsanwendungen erzielt. Neodym-Magnete haben eine hohe Energie dichte, die es ermöglicht, hocheffiziente und leistungsstarke Generatoren und Motoren im Megawattbereich zu bauen. Heutzutage überschreiten die größten Permanentmagnet-Generatoren bereits 10 MW in Leistung und die Einsatzbereiche reichen von Windenergiegewinnung, Schiffsantrieben und Aufzügen bis zu Hybridautos und vielen anderen Anwendungen. Per ma nentmag net-Gene ra toren sind für langsam-laufende An wendun gen geeignet, bei denen Asyn chron maschinen aufgrund ihrer geringen Leistungsfähig keit und niedrigen Leistungsfaktors nicht eingesetzt werden können. Das bedeutet, dass es bisher für langsamlaufende Anwendungen nur möglich war, elektrisch erregte Synchrongenera toren einzusetzen. Dies war die Standardlösung für die Stromerzeugung auf Schiffen, einschließlich Wellengeneratoren und Ag gregaten. Die Konstruktion von elektrisch erregten Synchrongeneratoren für lang sam laufende Anwendungen wie Wellen gene ra toren führt jedoch zu einem geringen Energieumwandlungswirkungsgrad, welcher aber wegen der steigenden Kraftstoffpreise und strikterer Umweltbestimmungen immer kritischer wird. Der Betrieb bei niedriger Drehzahl führt zu einer schwachen elektro mag ne ­ tischen Induktion in den Generatorwicklungen, welche durch das Hinzufügen zahlreicher zusätz licher Spulenwindungen zur Rotorwicklung kompensiert werden muss, um eine ausreichende magnetische Induktion zu erzeugen. Eine große Anzahl von Spulenwindungen in der Rotorwicklung führt demzufolge zu einem hohen elektrischen Widerstand. Während der Strom durch die Rotorwicklungen fließt, werden große Strom-Wärme-Verluste generiert, die zu einem geringen Wirkungsgrad führen. Diese Verluste müssen ebenfalls von der Maschine abgeführt werden und dementsprechend wird eine Kühlkapazität benötigt. In einem permanentmagneterregten Generator wird das Magnetfeld schlichtweg durch am Rotor befestigte Permanentmagnete hergestellt. Das heißt, dass weder Rotor wicklungen noch Magnetisierungsvorrichtungen benötigt werden. Das Fehlen der Rotor wicklungen und der damit verbun denen Energieverluste gibt Perma nentmagnet ­ Generatoren drei entscheidende Vorteile gegenüber elektrisch erregten Synchrongeneratoren: eine deutlich einfachere Kons truktion, einen überragenden Wirkungsgrad sowie eine geringe Rotorträgheit und ein geringes Rotorgewicht. Permanentmagnet-Maschinen gelang der Durchbruch bereits in industriellen Hochleistungsanwendungen, z. B. in Pum pen, Lüftern, Förderbändern, in der dezentralen Energieerzeugung – Wind, Gezeiten, Kleinwasserkraftanlagen –, in Anwendungen mit begrenztem Platzangebot, Gewichts einschrän kungen oder beschränktem Träg heitsmoment (Aufzüge, Servomotoren, Hybridautos etc.). Während sie in Anwendungen für Schiffsantriebe bereits an Popularität gewonnen haben, ist ihnen bei der Stromerzeugung auf Schiffen jedoch erst jetzt der Durchbruch gelungen. Der Einsatz von permanentmagneterregten Wellengeneratoren mit Frequenzum rich tern garantiert eine hohe Flexibilität bei der Optimierung des Antriebs und der Propeller leistungsfähigkeit, da sowohl die Geschwindigkeit als auch der Anstellwinkel des Propellers beim drehzahlgeregelten Verstellpropeller mit dem Kombinator-Modus unabhängig variiert werden können. Die optimale Kombination von Propellergeschwindigkeit und -anstellwinkel reduziert den spezifischen Kraftstoffverbrauch auf ein Minimum. Sogar bei Navigation auf hoher See kann beim drehzahlgeregelten Verstellpropeller eine Absenkung der Motordrehzahl bei gleichzeitiger Verwendung einer geringeren Propeller steigung zu drastischen Einsparungen im Kraftstoffverbrauch führen. Foto: Aufmacher Fotolia www.theswitch.com 64 antriebstechnik 8/2016

SPECIAL I SCHIFFE UND MARITIME ANWENDUNGEN Lagertechnik für Krane und Offshore-Gangways Großwälzlager und insbesondere Kugeldrehverbindungen aus dem Hause Rodriguez kommen in maritimen Anwendungen wie Kranen und Offshore-Gangways zum Einsatz. Die zweireihigen Kugeldrehverbindungen sorgen z. B. in Offshore- Gangways für die flexible Bewegung um die rotative Achse. Die Lager halten tiefsten Temperaturen beim Einsatz in arktischen Gewässern, einer korrosiven Salzwasserumgebung und enormen Kippmomenten bei ausgefahrener Gangway stand. Die Baugröße wird auf individuelle Anforderungen zugeschnitten. Außer Drehverbindungen sind auch Zahnkränze und individuelle Lösungen in großen Dimensionen mit einem Außendurchmesser bis 6 100 mm erhältlich. Großwälzlager mit Innen- oder Außenverzahnung bis Modul 30 sind verfügbar. Ebenfalls im Angebot sind geschliffene Verzahnungen, Zahnriemen und andere Sonderverzahnungen sowie korrosionsgeschützte Lösungen. Der Hersteller kann auch Prototypen oder baugleiche Ersatzteile kurzfristig liefern. www.rodriguez.de Router mit erweitertem Temperaturbereich Durch hohe Sicherheit sowie geringe Störaussendung eignet sich der Router FL MGuard RS4000 TX/TX VPN-M von Phoenix Contact als Security- Appliance für die Schiffsautomatisierung sowie für Onshore- und Offshore- Anlagen. Das Gerät hat alle 40.000 Nm in der Servotechnik Foto © Aleksey Stemmer – Fotolia.com Zulassungen der wichtigen Klassifizierungsgesellschaften erhalten. Ein Beispiel für den Einsatz im Schiffsbau ist das Erlangen des BSH-Zertifikats mit Bestehen des Kompasstests. Dieses Zertifikat erlaubt es, das Gerät nur wenige Zentimeter entfernt von empfindlichen Magnetregelkompassen zu installieren. Das Gerät bietet einen erweiterten Betriebstemperaturbereich von - 40 bis + 70 °C. Daher eignet sich der Router ebenfalls für den Einsatz in der rauen Umgebung von Maschinenräumen. www.phoenixcontact.com Hochwertiger Schiffbau erfordert anspruchsvolle Lösungen Die Herausforderungen für den deutschen Schiffbau sind gewaltig und die Situation erfordert wettbewerbsfähige Produkte und Verfahren. Mit der Baureihe TP + HIGH TORQUE bieten wir Ihnen Großgetriebe mit einem maximalen Beschleunigungsmoment von bis zu 40.000 Nm an. Ihre Vorteile: • höchste Positioniergenauigkeit • hohe Verdrehsteifigkeit • laufruhig und kompakt Ihr Ansprechpartner: Tel. +49 7931 493-10800 WITTENSTEIN alpha – intelligente Antriebssysteme www.wittenstein-alpha.de