Mit gleich zwei Innovationen hat ContiTech Vibration Control im Vorfeld der Husum WindEnergy (18. bis 22. September 2012) seine Lagerungen für moderne Windkraftanlagen weiterentwickelt: Durch ein neuartiges Generatorlager und eine Optimierung der Getriebelagerung lässt sich die Lebensdauer aller Komponenten im Antriebsstrang nachhaltig erhöhen. "Insbesondere bei großen Anlagen von 5 Megawatt und mehr beanspruchen die im Betrieb auftretenden dynamischen Lasten die verschiedenen Bauteile sehr stark", erklärt Vincent Sambo, Branchenmanager Windkraft bei ContiTech Vibration Control. "Deshalb ist für eine moderne Antriebstechnik eine optimale Lagerung von besonderer Bedeutung." Lagerungselemente von ContiTech Vibration Control übernehmen die Lastaufnahme sowie die Stoß- und Schwingungsisolation. Dabei greift ContiTech auf jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung elastischer Lagerungen und in der prozesssicheren Produktion von Lagerelementen für industrielle Anwendungen zurück.
Neuentwicklungen für einen runden Lauf
Als Herzstück der Windkraftanlage ist der Antriebsstrang besonders extremen Beanspruchungen ausgesetzt. Für einen reibungslosen Betrieb der Windkraftanlagen ist es wichtig, die Komponenten Rotor, Getriebe und Generator, exakt zueinander auszurichten. Jede horizontale oder vertikale Schiefstellung sorgt für eine höhere Belastung der Komponenten des Antriebsstranges und des Maschinenträgers, sodass sich die Lebensdauer der Anlage verkürzt. Um den Generator bei der Montage gezielt ausrichten zu können, hat ContiTech ein funktional erweitertes Generatorlager entwickelt. Dieses Lager ist sowohl vertikal als auch horizontal verstellbar. Durch diese Justierbarkeit kann die Lage des gesamten Antriebsstrangs exakt eingestellt und in Folge dessen die Beanspruchung auf ein Minimum reduziert werden.
Auch für die Lagerung des Getriebes setzt ContiTech Vibration Control auf eine Neuentwicklung. Meist werden für diese Aufgabe sogenannte Halbschalen eingesetzt. Zwei von ihnen bilden jeweils eine zylindrische Buchse, welche radial vorgespannt wird. Bei herkömmlichen Elementen treten geometrisch bedingte Ungleichmäßigkeiten in der Beanspruchung des Gummipolsters auf, so dass eine optimale Lagerung des Getriebes bislang nicht gewährleistet werden kann. Deshalb hat ContiTech das Gummipolster der Halbschalen optimiert. Durch das perfekte Ineinanderpassen der beiden Halbschalen wird eine gleichmäßige Lastverteilung innerhalb der zylindrischen Buchse erreicht. Das Lagerelement mit der verbesserten Gummikontur erreicht eine bis zu fünffach höhere Lebensdauer als konventionelle Lagerelemente.
Exakte Messungen für innovative Neuentwicklungen Diesen Entwicklungen von ContiTech gehen umfangreiche Mess- und Simulationsreihen voraus, mit denen die Belastungen des Antriebsstrangs analysiert werden. "Durch diese Prozesse erhalten wir die entscheidenden Betriebsdaten, um die ideale schwingungstechnische Auslegung des Antriebsstranges zu erreichen", sagt Vincent Sambo. "Sie sind die Basis, um maßgefertigte Bauteile für Windkraftanlagen zu entwickeln und so ihre Leistungsfähigkeit weiter zu steigern." Untersucht werden unter anderem Amplitude und Frequenz der Beschleunigung am Antriebsstrang, die niederfrequenten Bewegungen der Komponenten, das Isolationsverhalten der elastischen Lager und die Eigenfrequenzen des Antriebsstrangs.
"Um beispielsweise die Körperschalldaten aufzunehmen, applizieren wir eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren am Antriebsstrang. Ein Mehrkanal-Messsystem zeichnet die Zeitdaten von insgesamt 95 Messkanälen online auf, um sie später offline einer Analyse unterziehen zu können und eine genaue Simulation zu erstellen", erklärt Peter Eckwerth, Leiter Vorentwicklung im Industriesegment von ContiTech Vibration Control, das Vorgehen.
In diversen Kurzzeitmessungen untersuchen die Experten von ContiTech Vibration Control das Schwingungsverhalten bei konstantem Betrieb der Netzeinspeisung, aber auch bei Anlauf und Stopp der Windturbine. So werden die vielfältigen Belastungen in Windkraftanlagen genau erfasst. Auf Basis dieser umfangreichen Analysen erfolgt letztlich die exakte Auslegung von Komponenten des Antriebsstrangs. So gelingt es ContiTech, gemeinsam mit den Herstellern optimierte Elastomerbauteile mit maximaler Lebensdauer zu entwickeln und zum Einsatz zu bringen.
Neuentwicklungen für einen runden Lauf
Als Herzstück der Windkraftanlage ist der Antriebsstrang besonders extremen Beanspruchungen ausgesetzt. Für einen reibungslosen Betrieb der Windkraftanlagen ist es wichtig, die Komponenten Rotor, Getriebe und Generator, exakt zueinander auszurichten. Jede horizontale oder vertikale Schiefstellung sorgt für eine höhere Belastung der Komponenten des Antriebsstranges und des Maschinenträgers, sodass sich die Lebensdauer der Anlage verkürzt. Um den Generator bei der Montage gezielt ausrichten zu können, hat ContiTech ein funktional erweitertes Generatorlager entwickelt. Dieses Lager ist sowohl vertikal als auch horizontal verstellbar. Durch diese Justierbarkeit kann die Lage des gesamten Antriebsstrangs exakt eingestellt und in Folge dessen die Beanspruchung auf ein Minimum reduziert werden.
Auch für die Lagerung des Getriebes setzt ContiTech Vibration Control auf eine Neuentwicklung. Meist werden für diese Aufgabe sogenannte Halbschalen eingesetzt. Zwei von ihnen bilden jeweils eine zylindrische Buchse, welche radial vorgespannt wird. Bei herkömmlichen Elementen treten geometrisch bedingte Ungleichmäßigkeiten in der Beanspruchung des Gummipolsters auf, so dass eine optimale Lagerung des Getriebes bislang nicht gewährleistet werden kann. Deshalb hat ContiTech das Gummipolster der Halbschalen optimiert. Durch das perfekte Ineinanderpassen der beiden Halbschalen wird eine gleichmäßige Lastverteilung innerhalb der zylindrischen Buchse erreicht. Das Lagerelement mit der verbesserten Gummikontur erreicht eine bis zu fünffach höhere Lebensdauer als konventionelle Lagerelemente.
Exakte Messungen für innovative Neuentwicklungen Diesen Entwicklungen von ContiTech gehen umfangreiche Mess- und Simulationsreihen voraus, mit denen die Belastungen des Antriebsstrangs analysiert werden. "Durch diese Prozesse erhalten wir die entscheidenden Betriebsdaten, um die ideale schwingungstechnische Auslegung des Antriebsstranges zu erreichen", sagt Vincent Sambo. "Sie sind die Basis, um maßgefertigte Bauteile für Windkraftanlagen zu entwickeln und so ihre Leistungsfähigkeit weiter zu steigern." Untersucht werden unter anderem Amplitude und Frequenz der Beschleunigung am Antriebsstrang, die niederfrequenten Bewegungen der Komponenten, das Isolationsverhalten der elastischen Lager und die Eigenfrequenzen des Antriebsstrangs.
"Um beispielsweise die Körperschalldaten aufzunehmen, applizieren wir eine Vielzahl von Beschleunigungssensoren am Antriebsstrang. Ein Mehrkanal-Messsystem zeichnet die Zeitdaten von insgesamt 95 Messkanälen online auf, um sie später offline einer Analyse unterziehen zu können und eine genaue Simulation zu erstellen", erklärt Peter Eckwerth, Leiter Vorentwicklung im Industriesegment von ContiTech Vibration Control, das Vorgehen.
In diversen Kurzzeitmessungen untersuchen die Experten von ContiTech Vibration Control das Schwingungsverhalten bei konstantem Betrieb der Netzeinspeisung, aber auch bei Anlauf und Stopp der Windturbine. So werden die vielfältigen Belastungen in Windkraftanlagen genau erfasst. Auf Basis dieser umfangreichen Analysen erfolgt letztlich die exakte Auslegung von Komponenten des Antriebsstrangs. So gelingt es ContiTech, gemeinsam mit den Herstellern optimierte Elastomerbauteile mit maximaler Lebensdauer zu entwickeln und zum Einsatz zu bringen.
