antriebstechnik 9/2016

Bei Wind und Wetter

Bei Wind und Wetter Kupplungen für Windkraftanlagen sorgen für präzise Übertragung von hohen Drehmomenten Dirk Hasenstab Windkraftanlagen müssen bei Wind und Wetter zuverlässig arbeiten. Dies stellt hohe Anforderungen an die dort eingesetzten Anlagenkomponenten. So auch an Kupplungen, die in diesem Bereich gleich an mehreren Stellen zum Einsatz kommen und einen wichtigen Beitrag zu einer sicheren und effizienten Antriebstechnik leisten. Der Klingenberger Kupplungshersteller R+W verfügt über die entsprechenden Produkte. Ob für Segelschiffe oder Windmühlen: Schon seit Jahrhunderten nutzt der Mensch die Windenergie für seine Zwecke. In modernen On- und Offshore Windkraftanlagen hilft diese heute ökologisch sauberen Strom zu produzieren. Um den Prozess so effizient und kostengünstig wie möglich zu bewerkstelligen, müssen die Anlagen selbst bei extremsten Witterungsbedingungen zuverlässig funktionieren. Aufgrund ihrer schwierigen Zugänglichkeit sind Wartungs- und Reparaturarbeiten jedoch aufwendig. Daher müssen die dort verbauten Komponenten für die enormen Belastungen ausgelegt sowie für den Dauerbetrieb geeignet sein. Die R+W Antriebselemente GmbH bietet für die unterschiedlichen Anwendungen die passenden Kupplungslösungen. Effizienz durch Präzision Damit die Windkraftanlagen effizient Energie produzieren können, ist ein Betrieb mit einer konstanten und optimalen Drehzahl nötig, damit größere Schwankungen bei der Einspeisung in das Stromnetz verhindert werden können. Bei zu langsamer Rotordrehzahl wird nicht genügend Strom erzeugt. Dreht sich der Rotor zu schnell, kann dies die Anlage beschädigen. Um je nach Windrichtung und Dirk Hasenstab, ist im Vertrieb/Marketing bei der R+W Antriebselemente GmbH in Klingenberg 01 Die Sonderausführung aus der Metallbalgkupplungsbaureihe leistet in Pitch-Control- Systemen einen wichtigen Beitrag 76 antriebstechnik 9/2016

SPECIAL I WIND, SONNE, WASSER Windintensität die Flügelstellung der Windräder zu steuern, sind daher Pitch-Control-Systeme zentrale Elemente der Anlagen. Diese messen, überwachen und regeln die Neigung und Stellung der Rotorblätter, damit auch bei wechselnden Windverhältnissen eine optimale Drehzahl ermöglicht wird. Für einen maximalen Wirkungsgrad werden die rotatorischen Komponenten der Windkrafträder hierbei mithilfe von Sensoren exakt positioniert. Der Kupplungsspezialist R+W stattet die Systeme in einem Offshore- Windpark mit spiel- und wartungsfreien Metallbalgkupplungen aus, welche den dortigen hohen Anforderungen gerecht werden. Die torsionssteifen Metallbalgkupplungen garantieren neben einer sicheren Drehmomentübertragung eine präzise Positionierung und eine hohe Wiederholgenauigkeit. Über die generellen technischen Funktionen hinaus müssen die verbauten Metallbalgkupplungen den ständigen und typischen Belastungen, z. B. große Temperaturschwankungen, Nässe oder anderen Umwelteinflüssen, im Offshore Bereich trotzen. Neben dem Kontakt mit aggressiven und schmutzigen Medien, wie salzhaltige Seeluft oder Schmierstoffen, musste bei der Kupplungsauslegung daher zudem ein Temperatureinsatzbereich von - 40 bis + 100 °C berücksichtigt werden. Mit einer Sonderausführung der Präzisions-Metallbalgkupplung BK2 / 150 konnte R+W eine Kupplungslösung bereitstellen, welche den widrigen Bedingungen die Stirn bietet. Aufgrund geschweißter Nabe-Balg-Verbindungen sowie einer speziellen Oberflächenbehandlung der Stahl-Klemmnaben kann neben einer sicheren Drehmomentübertragung und einer langen Lebensdauer zudem ein gewisser Korrosionsschutz sichergestellt werden. Axiale, laterale und angulare Wellenversätze werden aufgrund des torsionssteifen Metallbalgs aus hochelastischem Edelstahl überdies kompensiert. Kupplungslösungen für unterschiedliche Anwendungen Bevor die Windräder unter Einsatzbedingungen Energie erzeugen, müssen die einzelnen Komponenten mehrere Tests durchlaufen. Spezielle Prüfstände testen die Bauteile in kontrollierter Umgebung auf ihre Belastbarkeit und strapazieren diese bis an ihre Grenzen. Prüfstände müssen verschiedene Lastszenerien erzeugen und reproduzierbare Ergebnisse erbringen können. Entsprechend hoch sind die Anforderungen, die R+W Kupplungen auf einem Großleistungsprüfstand für Windkraftgeneratoren erfüllen müssen. Der Generator und ganze Antriebselemente müssen den dortigen starken Belastungen standhalten, um in der Praxis den gewünschten technischen und wirtschaftlichen Erfolg zu liefern. Dazu braucht es dauerhafte Sicherheit und hohe Präzision während der Messungen. Die Kupplungen werden dort insbesondere an zwei Stellen benötigt. Eine torsionssteife Verbindungswelle muss Spitzendrehmomenten von bis zu 840 KNm standhalten und zudem einen Wellenab stand von über zwei Metern überbrücken. Eine Sicherheitskupplung muss das Drehmoment sicher begrenzen und bei Crash bzw. einer Drehmomentüberlast die An- und Abtriebsseite sofort trennen. Für die Entwicklung der torsionssteifen Verbindungswelle gab es genau definierte Anforderungen: So waren u. a. die Abmessungen, die zu kompensierenden Wellenversätze und die maximale Belastbarkeit von 840 KNm klar vorgegeben. Als Basis für die Sonderentwicklung dienten hierbei Industrie-Metallbalgkupplungen der Baureihe BX. Damit das Prüfstandsgetriebe vor zu hohen Drehmomenten abgesichert ist, wurde eine Überlastkupplung eingebaut. Innerhalb weniger Millisekunden muss die Kupplung bei einer Drehmomentüberlast die Verbindung von Motor und Getriebe trennen. Für diesen Zweck erwies sich ein Modell aus der Sicherheitskupplungsbaureihe ST als prädestiniert. Beim Überschreiten des eingestellten Drehmoments rastet die Sicherheitskupplung aus und schützt die komplette Anlage vor Maschinenschäden und Stillstandszeiten. Erst durch einen manuellen Eingriff und eine damit verbundene Zustandsprüfung rasten die Segmente der Kupplung wieder ein und setzen den Betrieb der Anlage fort. Industrie-Sicherheitskupplungen der Modellreihe ST finden ihren Einsatz jedoch nicht nur in Prüfstandsapplikationen für Windkraftgeneratoren sondern auch im Antriebsstrang der Windenergieanlagen selbst. Die relevanten Maschinenkomponenten einer Windkraftanlage befinden sich in der Gondel an der Spitze des Turms. Um dort den Generator vor Drehmomentüberlastungen zu schützen, begrenzen auch hier R+W Sicherheitskupplungen zwischen Getriebe und Generator sicher das Drehmoment. Hierfür entwickelten die Kupplungsspezialisten basierend auf der Baureihe ST1 der Serie 160 eine kompakte und gewichtsoptimierte Sonderlösung, die auf ein Ausrückmoment von 100 KNm voreingestellt wurde und innerhalb eines Einstellbereichs von 50 bis 110 KNm leicht an veränderte Gegebenheiten angepasst werden kann. Sonderlösungen gehören zum Standard Mit seinem großen Produktportfolio bietet R+W bereits standardmäßig für viele Anwendungen die passende Kupplungslösung. So verfügt der Hersteller und Entwickler von Präzisions- und Industriekupplungen u. a. über Sicherheitskupplungen bis 250 000 Nm, flexible Zahnkupplungen bis 2 080 000 Nm, torsionssteife Lamellenkupplungen bis 24 000 Nm, dämpfende Elastomerkupplungen bis 25 000 Nm oder torsionssteife Metallbalgkupplungen bis 100 000 Nm, welche in unterschiedlichen Ausführungen und Optionsmöglichkeiten standardisiert zur Verfügung stehen. Wie die o. g. Beispiele zeigen, gehört die Entwicklung individueller Sonderlösungen, wie Kupplungen für noch höhere Dreh momente, jedoch ebenso zum Tagesgeschäft wie der Standard. Je spezieller die Kupplungen an die jeweiligen Voraussetzungen angepasst sind, desto besser tragen sie in der Praxis zu sicheren und effizienten Prozessen bei. www.rw-kupplungen.de 02 Diese Sonderentwicklung findet in einem Prüfstand für Windkraftgeneratoren ihren Einsatz 03 Industrie-Sicherheitskupplungen schützen Maschinen und Anlagen vor Drehmomentüberlast 04 Die Maschinenkomponenten einer Windkraftanlage befinden sich in der Gondel an der Spitze des Turms antriebstechnik 9/2016 77