Vier Aufgaben, eine Lösung

Kupplungen - In der Windkraftanlage wird die Kupplung zum multifunktionalen System: Sie gleicht Verlagerungen aus, isoliert Ströme, erfasst Drehmomente und Drehzahlen und schützt vor Überlast.

14. Juli 2010

Eine erfreuliche Erfolgsgeschichte in den derzeitigen Krisenzeiten liefert die Entwicklung der Windkrafttechnik. So wurden in Deutschland allein im vergangenen Jahr rund 950 neue Anlagen installiert. Insgesamt liefern heute mehr als 21.000 Windkraftanlagen ¬eine elektrische Gesamtleistung von 26.000 Megawatt ins öffentliche Stromnetz des Landes, das entspricht einem Anteil von mehr 7,5 Prozent an der Stromerzeugung.

Mit entscheidend für den Erfolg dieser Technik ist der zuverlässige Betrieb der Anlagen mit Gondelhöhen bis 100 Meter und Rotordurchmessern von mehr als 120 Metern. So erwarten die Betreiber eine weitgehende Wartungsfreiheit über die rechnerische Lebensdauer von 20 Jahren. Unter enormen Belastungen steht dabei vor allem der Antriebsstrang aufgrund der hohen Dynamik der Kräfte, die der Wind auf die gesamte Anlage ausübt. Getriebe und Generator werden deshalb elastisch gelagert und über eine Kupplung verbunden, die Verlagerungen zuverlässig ausgleicht. Die eingesetzte Kupplungstechnik ist deshalb essenziell für eine möglichst lange Lebensdauer des Gesamtsystems.

Ein Pionier der Kupplungstechnik für Windkraftanlagen ist der Kupplungsspezialist KTR aus Rheine, der schon 1992 die erste Wellenkupplung für diesen Einsatzfall konstruierte. Seitdem hat sich das Unternehmen mit rund 25.000 installierten Kupplungssystemen zu einem weltweit führenden Antriebsspezialisten für Windkraftanlagen entwickelt.

Mittlerweile haben sich Kupplungen in Windkraftanlagen zu Systemen weiterentwickelt, die nicht mehr allein den Wellenversatz ausgleichen, sondern zudem vor Überlast schützen, elektrisch isolieren und bei Bedarf auch Drehmomente und Drehzahlen erfassen. Für die Grundaufgabe, den Ausgleich von Wellenversatz, hat sich die drehsteife Stahllamellenkupplung der Baureihe Radex N bewährt, von denen KTR bereits mehr als 25.000 Exemplare weltweit an Unternehmen der Windkraftindustrie geliefert hat. In doppelkardanischer Ausführung kompensiert die Kupplung Winkelverlagerungen von bis zu drei Grad, wie sie zwischen Getriebe und Generator auftreten können. Zudem arbeitet die Radex N wartungsfrei und mit geringen Rückstellkräften auch bei großem Wellenversatz. Die Kupplung besteht aus zwei Lamellenpaketen aus hochfestem Federstahl sowie einem Zwischenstück aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), das die doppelkardanische Funktion und damit die hohe Verlagerungsfähigkeit bei geringem Gewicht gewährleistet. Zugleich übernimmt das Zwischenstück die Zusatzfunktion der elektrischen Isolierung. Dies verhindert die Entstehung von Kriechströmen aus dem Generator, die die Entstehung von Elektrokorrosion und Passungsrost im Antriebssystem fördern würde.

LASTSCHUTZ INTEGRIERT

Den Schutz vor Überlastung des Antriebsstrangs gewährleistet eine Rutschkupplung mit weitgehend verschleißfesten Reibbelägen. Diese behalten auch bei häufigerem Durchrutschen das kalibrierte Rutschmoment bei und schützen somit das Getriebe langfristig vor generatorseitigen Lastspitzen. Diese Rutschkupplung lässt sich nahezu ohne zusätzlichen Platzbedarf als Baueinheit mit der Radex N ins Antriebssystem integrieren.

Solche Überlastsysteme schützen den Antriebsstrang von Windkraftanlagen auch bei Anwendungen, die ohne Kupplung zum Ausgleich von Wellenversatz auskommen. Dies ist zum Beispiel beim Einsatz eines Sondergenerators mit niedrigeren Drehzahlen möglich, der keine schnelllaufende Getriebestufe benötigt und direkt an das Getriebe angeflanscht wird. Hier dient das System zur Absicherung gegen extreme Drehmomentspitzen.

Insbesondere bei neu entwickelten Windkraftanlagen oder Prototypen, aber auch bei der elektrischen Rotorblattverstellung und beim Azimutantrieb kommt zudem häufig das von KTR entwickelte Drehmomentmess¬system Dataflex zum Einsatz, das eine kontinuierliche Drehmoment- und Drehzahlerfassung in höchster Auflösung ermöglicht und sich einfach in die bewährte Radex-N-Kupplung einbauen lässt. Vor allem an schwer zugänglichen Standorten ermöglicht diese Lösung eine vorausschauende Wartung und Instandhaltung. bt