Kompakte Leistungsträger

Spezial

Getriebe – Der Einsatz in Windkraftanlagen belastet die Antriebe enorm. Spezielle Kurvenscheibengetriebe kombinieren dabei extreme Robustheit mit kompakter Bauweise.

15. April 2009

Der Markt für Windenergieanlagen boomt ungebremst und sorgt auch bei deutschen Herstellern für gut gefüllte Auftragsbücher. Probleme bereiten der Branche jedoch immer wieder unerwartete Anlagenausfälle durch Schäden an den verbauten Getrieben. Diese gewährleisten unter anderem die passende Drehzahlübersetzung zwischen Rotor- und Generatorwelle und drehen die Kanzel der Windkraftanlagen entsprechend der Hauptwindrichtung optimal in den Wind. Weitere Antriebe regeln außerdem die Neigungswinkel der Rotorblätter. Dieses sogenannte Pitchen optimiert die Leistungsabgabe und hilft zugleich unerwünschte Überlasten zu vermeiden. Daneben dient die Einzelblattverstellung als primäres Brems- und Sicherheitssystem.

Robust und Kompakt

Alle diese Antriebssysteme sind enormen dynamischen Belastungen ausgesetzt, schließlich unterscheiden sich die Einsatzbedingungen in Windkraftanlagen erheblich von denen in der Industrie- und Kraftwerkstechnik – etwa durch Böen, Turbulenzen oder schnelle Richtungswechsel. In vielen Windkraftanlagen kommen deshalb die Cyclo-Getriebe des Antriebstechnikspezialisten Sumitomo aus Markt Indersdorf zum Einsatz. Deren besonderes Wirkprinzip erlaubt kurzzeitig Schockbelastungen bis zum Fünffachen des Nennmoments.

Im Unterschied zu herkömmlichen Getrieben arbeiten diese Leistungsübertrager nämlich ohne Zahnräder. Stattdessen übertragen sie die Kraft über Exzenterlager, Kurvenscheiben und Bolzenringe. Dabei wälzt der drehende Exzenter die Kurvenscheiben entlang des inneren Umfangs des feststehenden Bolzenrings. Während sich die Kurvenscheiben im Uhrzeigersinn innerhalb des Bolzenrings fortbewegen, drehen sie sich gleichzeitig entgegen des Uhrzeigersinns um ihre eigene Achse. Dadurch greifen nacheinander andere Kurvenabschnitte in die Bolzen des Bolzenrings ein und erzeugen so eine umgekehrte Rotation mit verminderter Geschwindigkeit. Jede volle Umdrehung der Antriebswelle bewegt die Kurvenscheibe um einen Kurvenabschnitt weiter. Die Last verteilt sich so statt auf wenige Zähne auf mindestens dreißig Prozent des Umfangs der Kurvenscheiben. Dies erklärt die Robustheit der Getriebe.

Hohe Drehmomente

Die Zahl der Kurvenabschnitte einer Kurvenscheibe ist um eins geringer als die Anzahl der Bolzen im Bolzenring. Das Untersetzungsverhältnis ist deshalb gleich der Anzahl von Kurvenabschnitten der jeweiligen Kurvenscheibe. Auf die Abtriebswelle übertragen wird die reduzierte Drehbewegung der Kurvenscheiben über Bolzen, die in die Bohrungen der Kurvenscheiben eingreifen. Meist arbeiten die Getriebe mit einem Bausatz aus zwei Kurvenscheiben mit Exzenter, wodurch höhere zulässige Drehmomente möglich sind und zugleich ein ruhiger, vibrationsfreier Lauf gewährleistet wird.

Bei den genannten Pitch-Antrieben verändert sich die Flügelstellung in der Regel mit einer Geschwindigkeit von fünf bis zehn Grad pro Sekunde. Die Cyclogetriebe erreichen dabei Übersetzungsverhältnisse zwischen 1:87 und 1:165 mit lediglich einer Getriebestufe. Die Getriebe ermöglichen deshalb den Bau besonders kompakter Antriebe mit geringer Masse. Die Betreiber von Windkraftanlagen können so einerseits den begrenzten Bauraum in der Rotornabe optimal für leistungsstärkere Antriebe nutzen, ohne zugleich die Statik der filigranen Turmkonstruktionen zu gefährden.

Die hohe Betriebssicherheit und der geringe Wartungsaufwand prädestinieren Cyclo-Getriebe jedoch auch für den Einsatz als Azimutantrieb – auch Giermotor genannt – für die Windrichtungsnachführung. Das Maschinenhaus ist dabei mit einem sogenannten Azimutlager horizontal drehbar auf dem Turm angebracht und wird durch bis zu acht Getriebemotoren nach dem Wind ausgerichtet. Einschaltzeiten, Dauer und Drehrichtung der Motoren werden über einen Windrichtungssensor gesteuert.

Christian Mayr, Sumitomo Cyclo Drive/bt

Fakten

- Die Sumitomo Cyclo Drive GmbH in Markt Indersdorf wurde 1931 als Cyclo Getriebebau GmbH in München gegründet.

- Das Cyclo-Getriebe arbeitet ohne Zahnräder, die Drehmoment übertragenden Teile sind ausschließlich Druckkräften und nicht Scherkräften ausgesetzt.

- Seit 1994 ist das Unternehmen Teil des japanischen Mischkonzerns Sumitomo Heavy Industries.

Erschienen in Ausgabe: 02/2009