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Erneuerbare Energien aus Wind, Sonne, Wasser und Recycling

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Im Rahmen einer Kooperation entwickeln ZF Friedrichshafen und Schaeffler neue Lösungen zur Vorhersage von Gebrauchsdauern von Windkraftgetriebe-Komponenten auf Basis tatsächlicher Beanspruchungen im Betrieb. Hierzu liefern seit September erste mit Sensoren und Condition Monitoring Systemen ausgerüstete Windkraftgetriebe Betriebsdaten an eine Cloud-to-Cloud-Lösung.

 

Grundgedanke des Projektes ist es, in einem intelligenten System die ZF-Softwarelösung für Windkraftgetriebe gemeinsam mit der Expertise weiterer Spezialisten in einer Plattform verfügbar zu machen. Windparkbetreiber erhalten damit eine aggregierte Sicht auf das Getriebe. Schaeffler ist hier der bevorzugte Partner für Wälzlager und stellt Analysen zur Wälzlager-Beanspruchung bereit. Die Beurteilung der Beanspruchung von Getriebekomponenten erfolgt durch ZF. Das Projekt ist offen konzipiert, so dass auch weitere Unternehmen wie Schmierstoffexperten oder Steuerungsanbieter integriert werden können.

In der jetzt installierten Lösung werden vorverarbeitete Daten aus dem Condition Monitoring System und weiteren Sensoren an die ZF-Cloud übertragen und Drehmoment- und Drehzahldaten an die Schaeffler-Cloud weitergeleitet. Dort ist ein detailliertes Simulationsmodell des ZF-Getriebes als Virtual Twin implementiert. Die Berechnungsergebnisse des Virtual Twin werden zurück an die ZF-Cloud übertragen und stehen auf dem Dashboard der ZF-Software zur Überwachung des Getriebezustandes zum Abruf bereit.

Erweitert Planungshorizont für Windparkbetreiber 

schaeffler11181Mit einem Monitoring der tatsächlichen Lasten an Windkraftgetrieben schaffen die beiden Unternehmen die Grundlage, neue datenbasierte Modelle zu entwickeln. Auf Basis der vorliegenden Eingangsgrößen werden anhand des Virtual Twins in einem ersten Schritt die Lebensdauern sowie die statischen Tragsicherheiten der Getriebelager bewertet – analog der Verfahrensweise bei der zertifizierten Auslegung der Lager.

In einem nächsten Schritt können neben der Ermüdung künftig weitere Schadensmechanismen berücksichtigt werden. Dies ist erforderlich, da die Gebrauchsdauer von Wälzlagern in Windkraftanwendungen in der Regel nicht von der klassischen Materialermüdung begrenzt wird, sondern durch oberflächeninduzierte Schäden wie durch übermäßigen Verschleiß oder Kontamination des Schmierstoffs. Schaeffler hat hierfür bereits einen Algorithmus entwickelt, mit dem das Risiko für oberflächeninduzierte Schäden berechnet werden kann.

Die Übertragung und Erprobung solch neuer Verfahren für die Zustandsvorhersage von Wälzlagern speziell im Bereich Windenergie ist Bestandteil der Zusammenarbeit mit ZF. Durch die Bewertung der Berechnungsergebnisse des Virtual Twin auf Basis von Beanspruchungsdaten können zukünftig schädigende Betriebszustände frühzeitig erkannt werden. Somit wird es möglich sein, die Vorlaufzeit für das Einleiten von Instandhaltungsmaßnahmen gegenüber heutigen Condition Monitoring Systemen deutlich zu übertreffen. Zudem können rechtzeitig entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, um kritische Betriebszustände zu verhindern und damit die Lagergebrauchsdauer zu verlängern. Betreibern von Windparks wird damit ein Tool zur Verfügung stehen, das ihren Planungshorizont deutlich erweitert.

Angleichung der Gebrauchsdauer von Lagern

Anhand der tatsächlichen kumulierten Beanspruchung, die jedes Lager im Getriebe erfahren hat, wird Schaeffler auch in der Lage sein, mit einer vergleichsweise großen Vorlaufzeit auf das nächste Wartungsintervall optimierte Produktempfehlungen anzubieten. Dies kann ein 1:1 Austausch des jeweiligen Lagers sein, ein Upgrade mit einer Beschichtung, ein Lager mit einem höher performanten Material oder einer speziellen Wärmebehandlung. Über das ganze Getriebe betrachtet lassen sich so die Gebrauchsdauern aller Lager im Getriebe untereinander besser angleichen.

Die kommenden Monate dienen dazu, die installierte IT-Infrastruktur sowie den Datentransfer in der Praxis zu testen. Die gesammelten Erfahrungen mit ihren technischen, rechtlichen und wirtschaftlichen Herausforderungen fließen in den späteren Serieneinsatz mit ein.

Schaeffler auf der Windenergy 2018

 

Bild oben: Auf Basis der realen Lasten aus dem Betrieb der Windkraftanlage erstellen Schaeffler und ZF mit gemeinsam erarbeiteten Experten-Modellen Analysen und Prognosen über den Getriebezustand.

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