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Getriebemotoren Antriebstechnik in Windenergieanlagen

| Redakteur: Karl-Ullrich Höltkemeier

Von kleinen Anlagen bis zu den aktuellsten 5 MW-Giganten – Antriebssysteme mit Planetengetriebemotoren und Umrichter sind meist mit dabei. Mit ihrer Hilfe werden zum einen die Gondel und damit das Windrad direkt im Wind gehalten und zum andern die Rotorblätter in die aerodynamisch ideale Stellung gebracht.

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In der Repower 5 MW ... stecken acht Azimutantriebe mit insgesamt 1,1 Mio. Nm Spitzendrehmoment. Bild: REpower Systems, Jan Oelker
In der Repower 5 MW ... stecken acht Azimutantriebe mit insgesamt 1,1 Mio. Nm Spitzendrehmoment. Bild: REpower Systems, Jan Oelker
( Archiv: Vogel Business Media )

Für die Effizienz des energieerzeugenden Antriebsstrangs vom Rotor bis zum Generator ist der Betrieb in optimaler Drehzahl entscheidend. Dreht sich der Rotor zu langsam, wird nicht genügend Energie erzeugt, dreht er sich zu schnell, entstehen Gefahren für die gesamte Windanlage.

Zwei Hauptstellglieder sorgen dafür, dass sich die Drehzahl möglichst auf optimaler Höhe hält: Zum einen die Stellung der Gondel, die den Rotor frontal in den Wind zu bringen und zu halten hat. Der Wind muss stets im rechten Winkel auf den Rotor treffen, um eine optimale Kraftausnutzung zu sichern.

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Das zweite Stellglied, das für die optimale Drehzahl verantwortlich ist, bezieht sich auf die Stellung der einzelnen Rotorblätter. Durch die Neigung der Blätter gegen den Wind wird die Aerodynamik beeinflusst. Bei Starkwinden erfolgt die Verstellung bis hin zum Abriss des Luftstroms mit der Konsequenz des Rotorstillstands.

Im rechten Winkel zum Wind - dank Getriebemotoren

Ausgehend von den gewaltigen Dimensionen und zu bewegenden Massen der 5 MW-Anlagen, die aktuell die leistungsmäßige Spitze des Windkraftanlagenbaus ausmachen, wird offenbar, welche Kräfte notwendig sind, um die oben beschriebene Aufgabe zu erfüllen. Es sind jedoch nicht nur die Bewegungs- sondern auch die Haltemomente, die für die Auslegung der Azimut-Antriebe entscheidend sind.

Um eine Gondel mit Maximalgewicht von über 100 Tonnen und einer Rotorabdeckung von bis zu zwei Fußballfeldern immer im rechten Winkel in den Wind zu stellen und dort auch zu halten, werden mehrere Getriebemotoren mit Bremsen eingesetzt. Die Sensorik meldet Richtungsänderungen des Windes an eine Steuerung, die dann über die Frequenzumrichter mehrere Getriebemotoren in abgestimmter Weise in Gang setzt, um die Gondel nachzuführen. Üblicherweise wird die Nachführung bei einer Windrichtungsabweichung von sieben Grad ausgelöst. Die Anforderungen Präzision und exaktes, aufeinander abgestimmtes Verhalten der Antriebe ist bei der Auswahl der Antriebssystems entscheidend.

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