Feine Verbindung

Spezial

Schrumpfscheiben – Hydraulisch zu spannende Schrumpfscheiben gewährleisten eine zuverlässige Verbindung im Antriebsstrang von Windkraftanlagen. Von Dr.-Ing. Horst Kröner, Stüwe GmbH & Co. KG, Hattingen

17. Februar 2011

Welle-Nabe-Verbindungen in unterschiedlichsten Bauformen sind millionenfach genutzte Maschinenelemente. Die anwendungsgerechte Gestaltung dieser Verbindungen hat deshalb wesentlichen Einfluss auf die zuverlässige Funktion und die Kosten einer Maschine oder Anlage. In besonderem Maße gilt das für das anspruchsvolle Aufgabenfeld der Windkrafttechnik: Hier gewährleisten vor allem Schrumpfscheiben eine reibschlüssige Verbindung zwischen Rotorwelle und Getriebe. Die hohen Dreh- und Biegemomente dieser absolut spielfreien und kerbenlos arbeitenden Konstruktionselemente bewähren sich vor allem bei hohen stoßartigen Belastungen, wie sie bei stark böigen Winden auftreten. Daher werden Schrumpfscheiben nicht nur im langsam laufenden Bereich zwischen Rotor und Getriebe genutzt, sondern auch im schnell laufenden zwischen Getriebe und Kupplung sowie zwischen Kupplung und Generator.

Anfangs wurden Reibschlussverbindungen thermisch geschrumpft, so dass eine dauerhafte Verbindung zwischen Welle und Nabe hergestellt wurde. Diese Verbindungen waren jedoch sehr aufwendig in der Montage und Demontage. Der Verbindungstechnikspezialist Stüwe aus Hattingen präsentierte deshalb bereits 1967 eine außen liegende, dreiteilige Schrumpfscheibe, mit der sich dieses Ziel erreichen ließ. Schon 1974 folgte eine zweiteilige Version. Der Einsatz dieser Schrumpfscheiben eignet sich vor allem zur Übertragung großer einseitiger sowie wechselnder und stoßhafter Drehmomente.

Zahlreiche Vorteile

Große wirtschaftliche Vorteile bietet die Verbindung, weil sie sich nachstellen und wiederverwenden lässt. Zudem ist sie selbstzentrierend und ermöglicht es, die Nabe in der Drehrichtung zu versetzen. Dazu kommt der vergleichsweise geringe Montageaufwand.

Standard-Schrumpfscheiben werden heute mit Schrauben verspannt. Vor allem bei größeren Schrumpfscheiben verursacht dies jedoch einen hohen Zeitaufwand. Bereits 1978 wurde deshalb die erste hydraulisch zu verspannende Schrumpfscheibe eingeführt. Ein zusätzlicher Stützring ermöglicht es hier, Innen- und Außenring mit hydraulisch eingebrachtem Druck sowohl zu verspannen als auch zu lösen. Der dauerhafte sichere Sitz wird durch die zusätzlich angebrachte Sicherungsmutter erreicht.

Schraubenlos und sicher

Den aktuellen Stand der Technik bei reibschlüssigen Welle-Nabe-Verbindungen demonstriert Stüwe mit einer für die Windkrafttechnik weiterentwickelten hydraulisch spannbaren schraubenlosen Schrumpfscheibe. Die hohen Dreh- und Biegemomente sowie die hohen stoßartigen Belastungen, die zwischen Rotorwelle und Getriebe auftreten, machen diese Schrumpfscheiben hier zum Konstruktionselement der Wahl, da sie absolut spielfrei und kerbenlos arbeiten.

Einfache Montage

Der Einsatz der schraubenlosen hydraulischen Schrumpfscheibe vereinfacht zudem nicht allein die Montage und Demontage der Bauteile des Antriebsstrangs, sondern reduziert auch den Zeitaufwand drastisch. Erreicht wird dieser Vorteil durch die Technik des Öldruckverbandes. Dabei wird mit hydraulischem Druck ein Gleitpolster erzeugt, auf dem sich der Außenring der Schrumpfscheibe reibungsarm auf den Innenring aufschieben lässt. Auch dieses Aufschieben erfolgt hydraulisch absolut gleichmäßig. Das Verfahren benötigt nur eine sehr geringe Ölmenge, so dass sich der hydraulische Druck mit einer Handpumpe erzeugen lässt.

Die neuen hydraulischen Schrumpfscheiben werden für Wellendurchmesser von 50 bis 900 Millimeter und für Drehmomente bis 10.000 kNm angeboten. Der Einsatz spezieller geschmiedeter Stähle gewährleistet ein möglichst geringes Leistungsgewicht. Derzeit entwickelt das Unternehmen gemeinsam mit der Getriebeindustrie und den Windkraftanlagenherstellern hydraulisch spannbare Schrumpfscheiben, die in Fünf-Megawatt-Anlagen eingesetzt werden können. bt

Erschienen in Ausgabe: 01/2011