Die Anforderungen in der Windkraftindustrie sind gestiegen und erfordern heute vielseitige Technologien und innovative Monitoring-Lösungen. Darauf hat sich auch Mayr Antriebstechnik mit seinen Sicherheitsbremsen für Pitch-und Yaw-Antriebe eingestellt. Zuverlässig, ausfallsicher und vieles mehr bietet das Portfolio Bremse Windkraftanlage aus Mauerstetten.

Inhalt

• Hochperformante Pitch-Bremsen für Windenergieanlagen
  • Permanentmagnetbremsen stoßen an ihre Grenzen
  • Pitchbremsen werden noch performanter 
  • Pitch- und Yaw-Bremsen – auch für Tieftemperatureinsatz
  • Condition Monitoring für Yaw- und Pitchbremse
• Abrisssicherung für Container zum Ölwechsel an Windkraftanlagen
  • Sichere und saubere Container Befüllung
  • Zuverlässige Kraftbegrenzung auch bei starkem Seegang
    
    

Hochperformante Pitch-Bremsen für Windenergieanlagen

06.09.2023 | Damit Windkraftanlagen so effizient wie möglich arbeiten, drehen Hersteller und Betreiber an vielen Stellschrauben. Diesbezüglich zeichnet sich derzeit u. a. der Trend ab, dass Technologien aus der Industrie nun auch in die Windkraftanlagen wandern.

Im asiatischen Raum wird das konkret sichtbar. Hier setzt man Servoantriebe zur Pitch-Verstellung ein und ersetzt weitestgehend die geregelten AC-Antriebe – teilweise sogar ohne die Komponenten an die speziellen Anforderungen von Windkraftanlagen anzupassen. Dieser Trend ist nun auch in Europa angekommen. Bei der Zertifizierung von Anlagen ist hier allerdings zu bewerten, ob das Pitch-System als Hauptbremssystem den Normen und Richtlinien gerecht wird – Beispiel Maschinenrichtlinie.

Permanentmagnetbremsen stoßen an ihre Grenzen

Übliche Servoantriebe werden oft mit integrierten Permanentmagnetbremsen zur Absicherung mitgeliefert. Das industrielle System gelangt aber in der Windkraftanlage schnell an seine Grenzen, weil die Permanentmagnetbremsen nicht für die dort auftretende hohe Reibarbeit ausgelegt sind.

Auch wenn sie hohe Haltemomente bieten, sind die Bremsen bei einem Not-Stopp oder anderweitig erforderlicher Reibarbeit schnell überfordert. Die dann auftretende thermische Überlastung kann schnell zum Ausfall des Pitch als primäres Bremssystem der Anlage führen. Deswegen ist es wichtig, dass die real auftretenden Reibarbeiten immer als Auswahlkriterium für die Bremsen in der Windkraftanlage berücksichtigt werden.

Pitchbremsen werden noch performanter

Der Trend geht auch in der Windkraftanlage hin zu Servomotoren für Pitch-Antriebe, wo sie die geregelten AC-Antriebe weitgehend ersetzen. Das stellt die Bremssysteme vor neue Herausforderungen. Mayr Antriebstechnik stellt hierfür seine für die Windkraft entwickelte und auf die hohen Anforderungen der Windräder optimierte Roba-stop-M-Pitch-Bremse vor.

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Mit einer hohen Performance Dichte eignen sich die Pitch-Bremsen für Anwendungen mit Umgebungstemperaturen bis +90 °C und Temperaturen am Anbauflansch bis max. +120 °C. Bei Not-Halt leisten diese Sicherheitsbremsen eine hohe Reibarbeit. Klassische Servobremsen werden wegen ihrer offenen Bauweise im Motorgehäuse integriert.

Das geschieht vorzugsweise auf der A-Lagerseite vom Motor. Roba-stop-M Sicherheitsbremsen lassen sich inner- und außerhalb vom Gehäuse platzieren. Mit der geschlossenen Bauweise erzielt die Pitch-Bremse schon standardmäßig Schutzart IP 54. Wird sie entsprechend zusätzlich abgedichtet, ist sogar Schutzart IP 66 möglich, was den offenen B-lagerseitigen Anbau ermöglicht.

Pitch- und Yaw-Bremsen – auch für Tieftemperatureinsatz

Mayr bietet im Pitch-Bereich eine Vielzahl an Servobremsen. Die neue Roba-stop-M Pitch-Bremse gesellt sich zur Roba-servostop Baureihe, die A- oder B-seitig im Motor verbaut werden kann, Temperaturen bis 120 °C standhält und eine geringe Massenträgheit aufweisen. Für A-seitig angeflanschte Bauformen gibt es die Roba-alphastop-Bremsen. Der Motor muss hier über eine verlängerte Welle verfügen oder das Bremssystem sollte mit integrierter Welle ausgestattet sein.

Folgendes ist dabei zu beachten: Wird der Motor z. B. für Wartungsarbeiten abgebaut, fehlt die Sicherheitsbremse und es sind Sicherungsmaßnahmen nötig, um unerwünschte Bewegungen der Rotorblätter oder Gondel zu vermeiden. Sicherheitsbremsen wie die Roba-topstop können auch bei abgebautem Motor an der Anlage bleiben. Sie halten im energielosen Zustand den Antriebsstrang sicher. Diese modularen Systeme gibt es mit passgenauen Montageflanschen und lassen sich so flexibel in vorhandene Antriebe integrieren.

Die Problematik einer mangelnden Bremsleistung bei Not-Stopp ist übrigens bei Yaw-Antrieben noch viel größer. Dort sind wesentlich höhere Reibarbeiten nötig, um die Gondel zum Stillstand zu bringen. Zwar sind Servoantriebe in diesem Bereich noch deutlich seltener als herkömmliche AC-Motoren. Dennoch tauchen sie auch in Yaw-Antrieben bereits auf. Spätestens dort sind die gängigen Industrielösungen mit Permanentmagnetbremsen überfordert. Anwender können daher auch hier auf speziell für Yaw-Antriebe entwickelte und getestete Sicherheitsbremsen aus Mauerstetten zurückgreifen.

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„Alle Bremsen Komponenten sind sicher dimensioniert und nur aus hochwertigen, geprüften und bewährten Werkstoffen gefertigt“, erklärt Andreas Merz, Produktmanager bei Mayr.

Condition Monitoring für Yaw und Pitch Bremse

Mit intelligenten Überwachungsmodulen für seine Yaw- und Pitchbremsen setzt der Hersteller neue Standards. Denn auch in der Windkraft rückt das Monitoring von elektromagnetischen Bremsen immer mehr in den Fokus. Denn gerade bei Offshore-Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn Wartungsarbeiten effizient gebündelt und genau zum richtigen Zeitpunkt durchgeführt werden. Hierfür bietet der Antriebsspezialist mit dem Roba-Brake-Checker ein optimales Condition Monitoring Tool. 

„Die Überwachung unserer Sicherheitsbremsen erfolgt sensorlos mit dem nachrüstbaren Modul Roba-brake-checker,“ erläutert Andreas Merz. „Das Modul ist dabei nicht nur für den erweiterten Datenaustausch interessant, sondern auch als klassische Monitoring-Lösung“. Es erkennt durch die erweiterte Analyse von Strom und Spannung die Bewegung der Ankerscheibe und damit den Zustand, in der sich die Bremse befindet.

Der Roba-brake-checker leistet neben der Überwachung von Schaltzustand und kritischer Spulentemperatur auch eine präventive Funktionsüberwachung auf Verschleiß, Funktionsreserve und Fehler. „Bei Erreichen der Zugkraftreserve sendet der Roba-brake-checker frühzeitig ein Warnsignal, dass noch eine bestimmte Betriebszeit der Bremse möglich ist,“ beschreibt Andreas Merz die Vorteile.

„In dieser Zeit kann der Windkraftanlagenbetreiber oder -hersteller die Wartung  abgestimmt auf seinen Arbeitsprozess vornehmen.“ Gerade bei Offshore-Anwendungen bringt dies entscheidende Vorteile, wenn hier Wartungsarbeiten effizient gebündelt und genau zum richtigen Zeitpunkt beispielsweise nicht zu früh und damit zu häufig durchgeführt werden können.

Mit dem neuen Modul werden somit bei der Überwachung deutlich mehr Prozesse als mit Mikroschaltern und Initiatoren abgebildet. In einer weiteren Ausbaustufe übernimmt das Modul gleichzeitig auch die Ansteuerung der Bremse und ersetzt damit einen Gleichrichter. Schaltzustandsüberwachung und Bremsenansteuerung sind so 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“, erläutert Andreas Merz. „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 in der DC-Version kann zudem die Anlagenverfügbarkeit erhöht werden. Denn es entsteht keine kritische Funkenbildung mehr am Schaltschütz, die bei üblicher Beschaltung zum Verschleiß der Kontakte führen kann.

Abrisssicherung für Container zum Ölwechsel an Windkraftanlagen

07.12.2018 | Der Wechsel von Hydraulik- und Getriebeöl bei Offshore Windkraftanlagen ist eine Herausforderung. Deshalb hat die Firma Speedwind Offshore ein containergebundenes System für den schnellen und sauberen Ölwechsel auf dem Meer entwickelt – derzeit weltweit das einzige mit Zertifizierung durch den DNV GL. In der Abrisssicherung setzt das Unternehmen dabei auf „EAS-axial“ Überlastelemente von Mayr Antriebstechnik.

Ein regelmäßiger Wechsel der Hydraulik- und Getriebeöle ist aufgrund der starken Belastung eine wichtige Voraussetzung für eine lange Lebensdauer der Windkraftanlagen. Zusätzlich wirken sich schwankende Temperaturen und Witterungseinflüsse auf die Eigenschaften der Schmierstoffe aus. Mit dem Container SWOC 1.0 hat Speedwind Offshore aus Wilhelmshaven ein System für den schnellen, sicheren und sauberen Ölwechsel auf dem offenen Meer entwickelt. Der 20-Fuß-Container zum Absaugen und Befüllen der Anlagen wird auf Schiffen zu den Windparks transportiert.

„Der Container benötigt dabei keinerlei Equipment vom Schiff, lediglich den Platz zum Abstellen“, erläutert Uwe Thiele, Projektmanager bei Speedwind Offshore. „Eingesetzt werden darf der Container auf allen Schiffen, die in Windparks arbeiten, denn er ist vom DNV GL (Det Norske Veritas und Germanischer Lloyd) zertifiziert. Wir sind damit das einzige Unternehmen weltweit, das einen Ölwechselcontainer mit dieser Zertifizierung anbieten kann.“

Sichere und saubere Container Befüllung

Der Container verfügt über zwei separate Schlauchsysteme für die sortenreine Befüllung der Getriebe- und Hydrauliksysteme und ist sowohl für den Tages- als auch den Dauereinsatz ausgelegt. Er erfüllt dabei die gängigen internationalen Arbeits- und Umwelt-Sicherheitsstandards nach Solas (Safety of life at sea) und Marpol (Convention for Prevention of Marine Pollution).

So sorgt zum Beispiel eine speziell entwickelte Abrisssicherung dafür, dass beim Befüllen bzw. Abpumpen kein Öl austreten kann und vermeidet damit zuverlässig Gewässerverschmutzungen und Umweltschäden. In der Abrisssicherung werden die bewährten EAS-axial Überlastelemente von Mayr eingesetzt, dem Spezialisten für Kupplungen und Bremsen aus Mauerstetten im Allgäu.

Diese Überlastelemente sind im Safety-Arm des Ölwechselcontainers verbaut und rasten aus, wenn die Zug- bzw. Druckkraft zu groß wird und den vorher eingestellten Wert überschreitet. Eingestellt wird die Auslösekraft über die Vorspannkraft von Tellerfedern. Im Überlastfall verschiebt sich der Bolzen im Inneren des EAS-axial Kraftbegrenzers relativ zum Gehäuse und bewegt dabei die Schaltsegmente radial nach außen. Die Kraftübertragung wird damit sofort unterbrochen.

Zuverlässige Kraftbegrenzung auch bei starkem Seegang

„Die Abrisssicherung wird benötigt, wenn die Schiffe – auch mit Dynamischen-Positionier-Systemen (DPS) – während des Ölwechselvorgangs zum Beispiel bei starkem Seegang ihre Position nicht mehr halten können und von den Windkraftanlagen abdriften“, beschreibt Uwe Thiele die Vorrichtung. „Wenn der Druck (bzw. Zug) zu stark wird, rastet das Überlastelement in unserem Sicherheitssystem aus und sendet über den integrierten Endschalter ein Signal an unsere SPS. Dadurch wird der sogenannte Notfall ausgelöst und die Ölpumpen hören auf zu arbeiten. Das passiert alles blitzschnell. Ein Ölunfall auf dem Meer wird somit zuverlässig verhindert.“

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Die EAS-axial sind aus hochwertigen Werkstoffen gefertigt und verfügen über gehärtete Funktionsteile. Sie erlangen damit eine hervorragende Wiederholgenauigkeit. Im störungsfreien Betrieb bieten sie eine spielfreie Kraftübertragung bei hoher axialer Steifigkeit.

„Wichtig für uns ist zudem, dass sich bei diesen Überlastelementen die Auslösekraft individuell und stufenlos einstellen lässt“, ergänzt Uwe Thiele. Darüber hinaus ist der Freilaufweg der Elemente beim Ausrasten in Zug- und Druckrichtung über die konstruktive Längenauslegung frei wählbar. Die Wiedereinrastung der Überlastelemente erfolgt nach Beseitigung der Überlast automatisch beim Zurückfahren des zentralen Bolzens in seine ursprüngliche Position.

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