Innovative Kupplungen und Bremsen für Windkraftanlagen
Während Windkraftanlagen insgesamt heute immer größer werden, geht der Trend bei den Komponenten wie zum Beispiel Motoren hin zu kompakteren Lösungen mit hoher Leistungsdichte. Daher bietet mayr® Antriebstechnik nun eine innovative, leistungsstarke Sicherheitskupplung der ROBA®-Rutschnaben-Baureihe, die direkt in den Generator der Windkraftanlage installiert werden kann und die damit Platz und Gewicht spart. Daneben setzt das Unternehmen mit dem intelligenten Überwachungsmodul ROBA®-brake-checker für Yaw- und Pitch-Bremsen neue Standards – denn auch in der Windkraft rückt das Monitoring der elektromagnetischen Sicherheitsbremsen immer mehr in den Fokus.
Nach China und den USA ist Deutschland der drittgrößte Windkraftproduzent weltweit und hat 2016 mit über 50.000 MW die größte installierte Windleistung in Europa. Insgesamt lieferten 2016 über 28.200 Windkraftanlagen an Land und auf See rund 80 Milliarden kWh Strom. Das entspricht in etwa 12 Prozent des in Deutschland erzeugten Stroms. Bei den Anlagen ist dabei ein deutlicher Trend hin zu immer größeren und leistungsstärkeren Windrädern erkennbar. So betrug im Jahr 2016 die durchschnittliche Leistung einer an Land installierten Windkraftanlage etwa 2,8 MW – das sind 4 Prozent mehr als 2015 und 155 Prozent mehr als noch im Jahr 2000. Bei den Komponenten wie z. B. Motoren geht der Trend dagegen in Richtung kleinerer, kompakterer Bauteile mit hoher Leistungsdichte – denn je weniger Gewicht die Gondel letztendlich hat, desto mehr kann an den Kosten für den Turmbau eingespart werden.
Diese Entwicklung treibt auch mayr® Antriebstechnik als einer der weltweit führenden Hersteller für Sicherheitsbremsen, Sicherheitskupplungen und Wellenkupplungen voran. Und so hat das renommierte Familienunternehmen aus dem Allgäu nun eine innovative, leistungsstarke Sicherheitskupplung der ROBA®-Rutschnaben-Baureihe entwickelt, die direkt in den Generator der Windkraftanlage installiert werden kann. Die Kupplung verbindet den Generator-Rotor mit der Generator-Welle, lagert gleichzeitig den Generator-Rotor ab und schützt das Getriebe zuverlässig vor Schäden durch Überlast. „Mit dieser integrierten Lösung sparen Anwender also neben Bauraum auch Gewicht, Material und Kosten für zusätzliche Bauelemente wie zum Beispiel eine Wellenausgleichskupplung oder Lager“, beschreibt Andreas Merz, Produktmanager bei mayr® Antriebstechnik, die Vorteile der neuen Sicherheitskupplung.
Gerüstet für schwierige Einsatzbedingungen
Die ROBA®-Rutschnaben schützen in den Windkraftanlagen das Getriebe vor generatorseitigen Lastspitzen, also zum Beispiel vor Schlägen bei Netzsynchronisation oder Generatorkurzschluss. Es handelt sich dabei um lasthaltende Überlastkupplungen, die reibschlüssig arbeiten. Sie übertragen das Drehmoment über Reibbeläge, die mit Tellerfedern vorgespannt werden. Bei Überlast rutscht der Flansch mit dem Antriebselement gegen den Widerstand der Reibbeläge durch. Das übertragbare Drehmoment verhält sich dabei proportional zur Tellerfedervorspannung: Je höher die Tellerfedervorspannung ist, desto höher ist auch das übertragbare Drehmoment. „Die Kupplungen, die wir zum Beispiel für Windkraftanlagen mit einer Leistung von 2 MW produziert haben, haben einen Drehmomentbereich von 50 bis 80 kNm. Auf einem speziell dafür entwickelten Prüfstand wurden die Kupplungen auf das geforderte Drehmoment von 65 kNm eingestellt und eingerutscht“, erläutert Andreas Merz. „Wir stellen damit sicher, dass die Kupplungen ein homogenes Verhalten haben und in der Anlage zuverlässig und präzise funktionieren.“ Die robusten ROBA®-Rutschnaben von mayr® Antriebstechnik sind perfekt auf die hohen Anforderungen und schwierigen Umgebungsbedingungen zugeschnitten und mit Korrosionsschutz C3 ausgeführt. „Generell haben wir derzeit auch Projekte mit Kupplungen bis 200 kNm – für Anlagen bis zu 5 MW“, ergänzt Andreas Merz.
Bremsentechnologie 4.0
Neben der innovativen Sicherheitskupplung setzt mayr® Antriebstechnik jetzt auch mit intelligenten Überwachungsmodulen für seine Yaw- und Pitchbremsen neue Standards. Denn auch in der Windkraft rückt das Monitoring von elektromagnetischen Bremsen immer mehr in den Fokus. Das neue, intelligente Modul ROBA®-brake-checker arbeitet ohne Sensoren. Stattdessen erkennt es durch die Analyse von Strom und Spannung die Bewegung der Ankerscheibe und weiß zu jedem Zeitpunkt, in welchem Zustand sich die Bremse befindet. Es überwacht neben Schaltzustand, Temperatur und Verschleiß auch auf Zugweg- oder Zugkraftreserve, also ob der Magnet noch in der Lage ist, die Ankerscheibe anzuziehen. Mit dem neuen Modul werden somit jetzt bei der Überwachung deutlich mehr Prozesse als mit konventionellen Mikroschaltern und Initiatoren abgebildet. Bei Erreichen der Zugkraftreserve sendet der ROBA®-brake-checker so frühzeitig ein Warnsignal, dass noch eine bestimmte Betriebszeit der Bremse möglich ist. In dieser Zeit kann der Windkraftanlagenbetreiber bzw. -hersteller die Wartung gezielt – abgestimmt auf seinen Arbeitsprozess – vornehmen. Daneben übernimmt das Modul gleichzeitig auch die Ansteuerung der Bremse und ersetzt damit einen Gleichrichter. Schaltzustandsüberwachung und Bremsenansteuerung sind also in einem Gerät kombiniert.
Zustandsüberwachung ohne Schalter
Dadurch dass der ROBA®-brake-checker sensorlos arbeitet, also kein Mikroschalter bzw. Näherungsinitiator zur Schaltzustandsüberwachung außen an der Bremse angebracht werden muss, können Sicherheitsbremsen in Grundbauform eingesetzt werden. Zudem entfallen die zusätzliche Verkabelung und die – je nach Schutzart – eventuell nötige Abdichtung der Schalter und Initiatoren. Anders als bei der Lösung mit Schaltern und Initiatoren, die aufgrund ihrer Einbausituation an der Bremse Stößen und Vibrationen ausgesetzt sind, erfolgt die Überwachung mit dem ROBA®-brake-checker vom Schaltschrank aus, d. h. in geschützter Umgebung. Ausfälle durch Vereisen und Fehlsignale durch Schmutz wie zum Beispiel Reibstaub sind damit ausgeschlossen. Durch das elektrische Schalten des ROBA®-brake-checkers kann zudem die Anlagenverfügbarkeit erhöht werden. Denn es entsteht keine kritische Funkenbildung mehr am Schaltschütz, die bei üblicher Beschaltung zum Verkleben der Kontakte führen kann.
Qualität, auf die Verlass ist
Als weltweit führender Hersteller für Windkraftbremsen bietet mayr® Antriebstechnik mit den ROBA-stop®-M Bremsen speziell für Yaw- und Pitchantriebe entwickelte und getestete Sicherheitsbremsen. „Alle Bremsenbauteile sind sicher dimensioniert und nur aus hochwertigen, geprüften und bewährten Werkstoffen gefertigt“, erklärt Andreas Merz. „Unsere Bremsen sind so ausgelegt, dass sie das spezifizierte Bremsmoment unter allen auftretenden Betriebsbedingungen, unabhängig z. B. von Luftfeuchtigkeit oder je nach Region auch Umgebungstemperatur, zuverlässig erreichen.“ Und das bestätigt auch der Germanische Lloyd (GL), der die Cold Climate Version der ROBA-stop®-M Bremse für den Tieftemperatureinsatz bis -40°C zertifiziert hat. Generell achtet das Unternehmen auf eine sorgfältige Qualitätskontrolle: Dazu gehören qualitätssichernde Maßnahmen während des Konstruktionsprozesses sowie eine umfassende Endprüfung. Vor Auslieferung werden alle Bremsen ausführlich auf Prüfständen getestet und funktionsrelevante Werte dokumentiert. Eine elektronische Datenbank, in der die Messwerte zusammen mit den dazugehörigen Seriennummern eines Produkts archiviert werden, gewährleistet dabei eine 100-prozentige Rückverfolgbarkeit.
Lösungen für die Windkraft
Neben den Bremsen für Yaw- und Pitchantriebe bietet mayr® Antriebstechnik weitere Sicherheitsbremsen für vielfältige Einsatzbereiche in der Windkraft. „Als Antriebstechnikspezialist haben wir ein breites Spektrum an Lösungen: Das reicht zum Beispiel von Zangenbremsen für den Hauptantrieb von Kleinanlagen über Sicherheitsbremsen für Servicelifte, die Personen befördern, bis hin zu robusten, korrosionsgeschützten Outdoor-Sicherheitsbremsen. Letztere finden sich zum Beispiel in den Antrieben der Stützen von Installationsschiffen oder in den Hubantrieben von Kranen auf Offshore-Plattformen“, fasst Andreas Merz zusammen. „Und auch bei den Sicherheitskupplungen ist das Portfolio breit: Wir haben zum Beispiel verschiedene Sicherheitskupplungen für die Antriebe von Steighilfen in den Türmen der Windkraftanlagen, schaltbare Kupplungen für die Antriebe von Wartungs- und Installationsplattformen genauso wie leistungsstarke Großkupplungen für Getriebeprüfstände.“
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