Zuverlässige Verschraubungslösungen als Basis für rentablere Windenergieanlagen

Windturbinen-Hersteller und -Betreiber suchen kontinuierlich nach Möglichkeiten, Kosten für die Stromerzeugung zu senken und dabei die Stromproduktion weiter zu steigern. Bau- und Wartungskosten sollen auf der einen Seite niedrig sein. Auf der anderen Seite ist eine hohe Verfügbarkeit der Anlagen Basis für eine effiziente Stromproduktion. Schraubenverbindungen sind in diesem Zusammenhang ein nicht unerheblicher Kostenfaktor. Nord-Lock bietet für alle Schraubenverbindungen von Windenergieanlagen passende Sicherungs- und Verschraubungstechnologie an, die Wartungskosten deutlich reduziert und gleichzeitig die Verfügbarkeit der Anlage steigert.
Vibrationen und Materialermüdung sind Probleme, die bei allen Windenergieanlagen häufig auftreten. Auch für Schraubenverbindungen der gesamten Anlage inklusive des Turms bedeuten die extremen dynamischen Belastungen und Vibrationen, die an ihnen wirken, enorme Belastungen. Klassische Schraubenverbindungen bieten zwar eine Reihe von Vorteilen, einen hohen Standardisierungsgrad, schnelle Montage und die Möglichkeit, eine Verbindung etwa für die Wartung von Bauteilen zu öffnen und wieder zu schließen. Aufgrund der beschriebenen Kräfte besteht aber immer die Gefahr, dass sich solche Verbindungen lösen. Einen weiteren Gefahrenherd stellt Ermüdungsversagen aufgrund zu niedriger Vorspannung, Schlupf oder Lösen der Schraubenverbindung dar. Die mögliche Folge: der Stillstand der gesamten Anlage. Eine ausreichende Vorspannung lässt sich aber nicht immer zuverlässig erzeugen, vor allem dann, wenn Schrauben sehr groß sind oder Materialien verwendet werden, die im Laufe der Zeit ihre Spannung verlieren – z. B. Kunststoff-Verbundstoffe. Darüber hinaus stellt natürlich der menschliche Faktor eine weitere Fehlerquelle dar.

Optimale Schraubenverbindungen können Stillstände verhindern

Die Wahl einer optimalen Verschraubungslösung kann daher großen Einfluss auf die Ausgangsleistung haben und Windturbinen-Herstellern und -Betreibern die Rentabilität über die gesamte Lebensdauer der Anlage sichern. Studien haben gezeigt, dass sich die mit dem Betrieb und der Wartung verbundenen Kosten auf etwa ein Drittel der Lebenszykluskosten einer Windturbine belaufen (Quelle: Svoboda 2013). Diese Kosten beinhalten sowohl die bedarfsorientierte, als auch die vorbeugende Wartung. Ausfallraten und Stillstandzeiten sind in allen Windenergieanlagen direkt miteinander verbunden und betreffen elektrische Komponenten, Pitchsysteme, Getriebe und Generatoreinheiten – und alle üben einen erheblichen Einfluss auf die Stromerzeugungskosten aus.

Weniger Kosten, mehr Sicherheit

Die Senkung der Kosten für Installation und Wartung ist bei vielen Schraubenverbindungen allerdings schwierig, denn viele von ihnen befinden sich an sicherheitskritischen Hauptverbindungspunkten einer Windenergieanlage. Verschraubungslösungen der Nord-Lock Gruppe ermöglichen aber nicht nur eine Kostenreduzierung, sondern eine Steigerung der Sicherheit. Innovative Produkte, wie die hydraulischen Vorspannwerkzeuge von Boltight™, Superbolt™-Spannelemente und Nord-Lock® Keilsicherungsscheiben haben sich seit mehr als 35 Jahren in der Windanlagenindustrie bewährt.

Hydraulische Werkzeuge für sichere Verbindungen bei großen Durchmessern

Besonders große Kräfte wirken auf die Verschraubungen zwischen Turm und Fundament. Entsprechend anspruchsvoll ist das Anziehen der Bolzen an diesen Stellen. Eine Vielzahl erheblich großer Bolzen ist erforderlich, um den gesamten Turm sicher in Position zu halten. Ein unzureichendes Anziehen und eine daraus resultierende zu geringe Vorspannung  sind häufige Ursachen, weshalb Schraubenverbindungen hier versagen. Um eine exakte Vorspannung problemlos und kosteneffizient zu erreichen, ist der Einsatz eines hydraulischen Vorspannwerkzeugs von Boltight sinnvoll. Es ermöglicht, beim Anziehen eine enge Toleranz einzuhalten und einen sehr hohen Prozentsatz der Dehngrenze der Bolzen zu erreichen. Die Beaufschlagung der Vorspannung erfolgt direkt ohne Reibungsverluste und lässt sich beliebig oft präzise wiederholen. In Verbindung mit der Fähigkeit, mehrere Bolzen über ein einziges Hydraulikaggregat gleichzeitig anzuziehen, bietet sich so eine effektive Methode, Verbindungselemente mit großem Durchmesser anzuziehen und zu lösen.
Mit nur zwei unterschiedlichen Kopfgrößen und einem modularen Brückenaufbau, der eine schnelle und sichere Bedienung gewährleistet, sind die Vorspannwerkzeuge von Boltight für die meisten Arten von Fundament- und Ankerbolzen geeignet. Die mehrstufigen Vorspannwerkzeuge der Linie Typhoon™ wurden so konzipiert, dass sie hohe und präzise Vorspannungen bei minimalem Durchmesser ermöglichen. Gleichzeitig sind die Werkzeuge leicht und robust und damit eine perfekte Lösung für den Einsatz in engen radialen Räumen, wie sie beispielweise bei Windturbinen, Turm- oder Rotorblattverbindungen darstellen.

Ultraschall zur Messung der Vorspannung

Mit dem Echometer™ bietet Boltight zudem eine technische Möglichkeit, auch gleich nachzuprüfen, ob die korrekte Vorspannung erreicht wurde. Mittels Ultraschall misst das Echometer die Dehnung der Bolzen und rechnet diese in eine Vorspannung um. Auch wenn viele Erstausrüster Drehmomentwerte für die Installation der Fundamente, Türme und Rotorblätter angeben, wird allgemein die in den Bolzen erzielte Vorspannung als der wesentlich wichtigere Wert angesehen.

Hohe Vorspannwerte mit Handwerkzeugen erreichen

Eine Alternative zur Verwendung von Hydraulikwerkzeugen sind die Superbolt-Spannelemente mit Vielfachschraube, auch Multi-Jackbolt Tensioner (MJT) genannt. Das sichere und effektive mechanische Vorspannverfahren eignet sich insbesondere für schwer zugängliche Stellen und enge Räume. Das System ersetzt herkömmliche Muttern und teilt hohe Drehmomentanforderungen von Schrauben und Bolzen mit großem Durchmesser in mehrere überschaubare Drehmomente auf. Dazu werden kleine Druckschrauben in Gewinden im Mutternkörper verwendet. Zum Anziehen und Lösen werden daher nur einfache Handwerkzeuge benötigt, während gleichzeitig sehr hohe Vorspannungen erzielt werden können.

Superbolt-Spannelemente teilen das Drehmoment auf mehrere kleine Druckschrauben auf und ermöglichen so hohe Vorspannwerte, die mit einfachen Handwerkzeugen erzielt werden können.

Zuverlässige Befestigung der Rotorblätter

Auch Rotorblätter sind extremen Vibrationen und anderen dynamischen Belastungen, ausgesetzt und dem entsprechend Auslöser für einen Großteil bekannter Windturbinenausfälle. Je nach Ausführung dieser kritischen Schraubenverbindungen können sowohl die hydraulischen Boltight-Vorspannwerkzeuge, als auch die mechanischen Superbolt-Spannelemente für Sicherheit sorgen. Auch die Nord-Lock Keilsicherungstechnologie hat sich darüber hinaus zur Sicherung der Rotorblattverbindungen bewährt. Das System, das auf einem Paar Keilsicherungsscheiben basiert, ist in der Lage, die Betriebssicherheit zu erhöhen und gleichzeitig das Risiko von Produktionsunterbrechungen, Unfällen und Gewährleistungsansprüchen deutlich zu reduzieren.

Nord-Lock Keilsicherungsscheiben werden paarweise verbaut und verhindern das Losdrehen von Schrauben, die extrem hohen Belastungen ausgesetzt sind.

Das original Nord-Lock Keilsicherungsprinzip sichert zuverlässig Schraubenverbindungen durch Erhöhung der Klemmkraft anstatt Reibung.

Innovative Superbolt-Spreizbolzen für kritische Getriebekupplungen

Die Planung der Kupplungsverschraubung zwischen Getriebe und Welle ist für jeden Ingenieur eine anspruchsvolle Aufgabe, vor allem, wenn die Kupplungskonstruktion die Verwendung von Passbolzen verlangt. Da sich der Durchmesser eines Standard-Kupplungsbolzens reduziert, wenn er zum Erzielen der erforderlichen Klemmkraft angezogen wird, kann er auf keinen Fall die Funktion eines echten Passbolzens wahrnehmen. Dies kann zu Mikrobewegungen der Kupplung sowie zu einer Beschädigung der Bohrungen und Stirnfläche führen, was schließlich ein Ermüdungsversagen zur Folge haben kann. Eine Nachbearbeitung der Bohrungen und der Einbau neuer Bolzen sind dann unerlässlich. Im Gegensatz dazu besteht der Superbolt-Spreizbolzen aus einer konischen Schraube, die durch eine geteilte Konushülse gezogen wird. Dabei spreizt sich die Hülse in der Bohrung auf, wodurch ein echter radialer Passbolzen entsteht. Da die Spreizbolzen zudem mit MJTs ausgestattet sind, sind zur zuverlässigen Befestigung keine schweren Werkzeuge nötig. Somit ist die Genauigkeit der Vorspannung des Spreizbolzens, sowohl radial als auch axial, gewährleistet. Superbolt-Spreizbolzen lassen sich effektiv aus- und wiedereinbauen, ohne dass eine Nachbearbeitung erforderlich ist.

Superbolt-Spreizbolzen an der Flanschkupplung des Getriebes. Eine kompakte Lösung, die kaum zusätzliches Gewicht verursacht.

Sicherheit auch für kleine Schraubenverbindungen

Selbst die kleinste, scheinbar unbedeutende Schraube an einer Windenergieanlage ist von entscheidender Bedeutung. Ein Beispiel dafür ist die Befestigung des Lüfters für den Pitchantrieb. Wenn der Lüfter nicht richtig funktioniert, kann sich der Pitchantrieb überhitzen, was wiederum zu einem Verlust der Rotorblattsteuerung führen kann. Da die Rotorblätter durch das Verstellen des Anströmwinkels auch die Hauptbremsfunktion der Anlage übernehmen, ist die verhältnismäßig kleine Schraube zur Befestigung des Bauteils für den Betrieb und die öffentliche Sicherheit absolut entscheidend. Viele Anlagenbetreiber vertrauen daher auch an dieser Stelle auf den zuverlässigen Schutz durch Nord-Lock Keilsicherungsscheiben.

Die Nord-Lock Gruppe stellt innovative Lösungen für die Windenergieanlagen von morgen zur Verfügung. Ein Beispiel dafür sind die X-series Keilsicherungsfederscheiben von Nord-Lock. Sie kombinieren Nord-Locks konkurrenzlose Keilsicherungslösung mit einer außergewöhnlichen Federwirkung, die einen durch Lockerung verursachten Verlust der Vorspannung ausgleicht, da ein solcher Vorspannungsverlust zum Lösen der Schraube führen kann. Damit ist die Schraube sowohl gegen spontanes Lösen durch Vibrationen und dynamische Belastungen, als gegen eine Lockerung durch Relaxation und Setzerscheinungen zuverlässig gesichert.

Nord-Lock Keilsicherungsfederscheiben, die multifunktionale Lösung gegen spontanes Lösen und Lockern von Schraubenverbindungen.

Mit ihrer weltweiten Vertriebsorganisation und durch internationale Partner bietet die Nord-Lock Gruppe ihren Kunden höchste Kompetenz und die optimale Lösung für jede Herausforderung im Zusammenhang mit Schraubenverbindungen.