Voith SafeSet Kupplung sichert Großprüfstand für Windkraft-Gondeln

Zwischen 2010 und 2015 stieg die global installierte Windenergieleistung von 198 GW auf 487 GW. Dieser Trend wird weiter anhalten. Mit dem neuen Dynamic Nacell Testing Laboratory (DyNaLab) steht erstmals eine Großtestanlage für Windkraftanlagen zur Verfügung, die alle real auftretenden Kräfte umfassend simuliert. Eine Voith SafeSet Kupplung schützt das 35 Millionen Euro Investment vor Schäden durch Drehmomentüberlast.

Bisher mussten Hersteller für jede neue Anlage einen komplett funktionsfähigen Prototyp errichten. Das verzögerte die Markteinführung und verursachte hohe Kosten. Im neuen DyNaLab kann diese Testphase deutlich schneller, zuverlässiger und damit kostengünstiger erfolgen, als in einem Feldtest. Die weltweit einzigartige Prüfanalage steht im Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik (IWES) in Bremerhaven. Die Anlage ermöglicht Tests von On- und Offshoregondeln bis 8 MW Leistung unter realitätsnahen Bedingungen. Echtzeitmodelle und Regelalgorithmen erlauben, die Windlast auf die einzelnen Komponenten exakt zu ermitteln.

Der Prüfstand verkürzt die Zertifizierungsverfahren neu entwickelter Anlagen, da zulassungsrelevante Situationen spezifisch und beliebig oft angefahren werden können. Darüber hinaus eröffnet die genaue Messung der Lasten an allen Bauteilen zusätzliche Optimierungspotenziale, beispielsweise, um Gewicht zu sparen und Verfügbarkeiten zur erhöhen.

Weltgrößte SafeSet Kupplung schützt das DyNaLab bei Überlast

Die Basis für die realitätsnahen Testläufe der Windenergiegondeln am DyNaLab bilden zwei Synchronmotoren in Tandemanordnung. Jede Maschine liefert eine Antriebsleistung von 5 MW. Sie leiten ein Nenndrehmoment von 8.600 kNm in die Gondel ein.

Die realitätsgetreuen Testbedingungen mit vielfachen Verlagerungen setzen den Prüfling einer hohen Belastung aus. Damit eventuelle elektrische Fehler oder Schäden nicht auch die Anlage gefährden, ist zwischen den Maschinen und dem weiteren Antriebsstrang in Richtung der Gondel die bisher größte SafeSet Kupplung von Voith eingebaut. Die SafeSet SR-F 1300 hat ein Gewicht von 16.900 kg und einen Durchmesser von 1,9 Metern. Sie dreht sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 25 Umdrehungen pro Minute.

Das maximale Auslösemoment liegt mit 15.000 kNm deutlich über dem Drehmoment, das durch die beiden Synchronmaschinen eingeleitet wird. Doch die Konstruktion der SafeSet ermöglicht es dem IWES, das gewünschte Moment individuell anzupassen. Dadurch kann für jeden neuen Testlauf ein exakter Wert definiert werden, bei dem das Ventilsystem auslöst und eine Überlast verhindert. So verhindert die SafeSet Sicherheitskupplung einerseits teure Folgeschäden an Anlage und Komponenten, während sie andererseits auch die Ausfallzeiten der des DyNaLab nach einem Zwischenfall auf ein Minimum reduziert.

SafeSet – ein zuverlässiges Prinzip

Mit einem einfachen Wirkungsprinzip schützen SafeSet Kupplungen vor Drehmomentspitzen im Antriebsstrang: Die SafeSet umfasst eine doppelwandige, hohle Hülse. In dieser wird Hydrauliköl unter Druck gesetzt; so entsteht die notwendige Reibung für eine kraftschlüssige Verbindung. Ein Abscherventil hält den Öldruck aufrecht und garantiert konstante, aber einfach anpassbare Kraftübertragung. Bei Überschreiten des Auslösemoments rutscht die SafeSet und trennt den Kopf des Abscherventils vom Rest der Kupplung, wodurch das Öl entweicht. Der Druck fällt schlagartig und die Reibflächen trennen sich. Nach dem Auslösen rotiert die SafeSet  lediglich auf den Lagern und überträgt kein weiteres Drehmoment. Anschließend kann sie unmittelbar wieder unter Druck gesetzt und in Betrieb genommen werden.