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Kühlkörper Wind- und wetterfeste Kühllösungen für Windkraftanlagen

Redakteur: Jan Vollmuth

Windenergieanlagen stellen aufgrund der Wetter- und Umgebungsbedingungen hohe Anforderungen an Materialien und Komponenten: So müssen Kühlkörper zur Entwärmung der elektronischen Bauteile korrosionsfest und zuverlässig sein und mit sehr geringem Wartungsaufwand funktionieren.

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Kompakte Hochleistungskühlkörper wie beispielsweise modular aufgebaute hartgelötete Aluminiumrippenkühlkörper sorgen in Kombination mit Lüftern für eine effektive Kühlung von leistungsstarker Elektronik in Windkraftanlagen.
Kompakte Hochleistungskühlkörper wie beispielsweise modular aufgebaute hartgelötete Aluminiumrippenkühlkörper sorgen in Kombination mit Lüftern für eine effektive Kühlung von leistungsstarker Elektronik in Windkraftanlagen.
(Bild: CTX)

In Windkraftanlagen wandeln Wechselrichter den vom Generator der Anlage erzeugten dreiphasigen Drehstrom in netzkonformen einphasigen Strom um. Steuereinheiten – separat oder integriert in Frequenzumrichter – sorgen für die Blattverstellung und die Windnachführung des Rotors. Da keines dieser Geräte über einen Wirkungsgrad von 100 % verfügt, treten bei ihrem Betrieb Verlustleistungen auf, die in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden. Um die Funktionsfähigkeit der Steuerungen zu erhalten, verfügen sie über Kühleinrichtungen zur schnellen und gerichteten Wärmeableitung.

Auch eine Frage der Einbausituation

Bei der Auswahl der jeweiligen Kühllösung spielen viele Kriterien eine Rolle. Neben der Höhe der abzuführenden Verlustleistung ist auch die Einbausituation maßgeblich. Dabei gilt es nicht nur die Frage nach jeweiligen Bauraum zu klären, sondern auch, ob das zu kühlende elektronische Bauteil im vergleichsweise kühlen Fuß der Windkraftanlage installiert werden soll oder in der Gondel, die sich bei Sonneneinstrahlung stark aufheizen kann.

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Zudem spielen Zuverlässigkeit und Wartungsarmut der jeweiligen Kühllösung eine Rolle: Windkraftanlagen stehen in der Regel an entlegenen Standorten, die Gondel liegt in großer Höhe und beim Offshore-Einsatz kommen die Belastung der eingesetzten Materialien durch das korrosive Meerwasser sowie die kompliziertere Erreichbarkeit hinzu.

Modulare Hochleistungskühlkörper

Bei Offshore-Einsätzen wird man daher weitgehend auf Flüssigkeitskühlkörper verzichten. Der Flüssigkeitskreislauf mit Pumpe macht sie wartungsintensiver als andere Kühllösungen. Alternativ bieten sich leistungsstarke Lamellenkühlkörper mit schwarz eloxierter Oberfläche zum Schutz vor der korrosiven Meerwasseratmosphäre an. Eine typische Kühllösung dieser Art ist der lüftergestützte Superpower des italienischen Herstellers Pada Engineering. Diese modularen Hochleistungskühlkörper aus der Aluminiumknetlegierung AW6060 (EN755-9) werden aus einzelnen Aluminiumrippen aufgebaut. Dadurch lassen sie sich exakt an das elektronische Bauteil und dessen Verlustleistung anpassen. Kühlkörperlängen und -breiten bis zu 600 mm sind möglich.

Ebenso kann bei den Basisstärken und Auslegungen (Einzel- oder Doppelbasis) sowie den Lamellenhöhen und -abständen und der Stärke der Seitenwände variiert werden. Dank eines Verzahnungsverfahrens zum Binden der einzelnen Kühlrippen besitzen die modular aufgebauten Hochleistungskühlkörper die gleichen technischen Eigenschaften wie Druckgussprofile, sind jedoch bis zu 40 % leichter und kleiner. Zudem steigt bei gleichem Volumen steigt die Kühlleistung um 30 %. Für zusätzliche Kühlleistung kann eine Kupferplatte auf den Kühlkörper montiert werden. Dies verbessert die wärmeabführenden Eigenschaften. Außer zur Kühlung der Generatorsteuerung in Windkraftanlagen können Superpower-Hochleistungskühlkörper in fast allen Bereichen der Industrie eingesetzt werden. Selbst die Kühlung stark vibrierender Motoren ist unproblematisch.

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