Monitoring für Pitch-Bremsen | In der Windkraft rückt das Monitoring von elektromagnetischen Pitch-Bremsen mehr und mehr in den Fokus. Mit neuen, intelligenten Bremsenansteuermodulen zur sensorlosen Zustandsüberwachung und Bremsmomentregelung setzt Mayr Antriebstechnik als Technologie- und Marktführer neue Standards. Daneben sorgt ein neu entwickelter Reibbelag für eine höhere Leistungsdichte.
Simone Winkler Mayr Antriebstechnik, Mauerstetten Mayr Antriebstechnik auf der Husum Wind in Halle 1, Stand C11
Im Jahr 2014 lieferten in Deutschland insgesamt über 24 500 Windkraftanlagen rund 56 Mrd. kWh Strom. Die heute gängigen Windkraftanlagen sind dabei je nach Standort zwischen 80 und 130 m hoch, haben einen Rotordurchmesser von etwa 90 m und eine Nennleistung von 2,5 MW. Bei großen Anlagen liegen Rotordurchmesser und Leistung etwa beim Doppelten.
Während die Windkraftanlagen in den vergangenen Jahren insgesamt immer größer wurden, geht der Trend bei den Komponenten wie etwa Motoren in Richtung kleinerer, kompakterer Bauteile mit hoher Leistungsdichte. Diese Entwicklung treibt auch Mayr Antriebstechnik als führender Hersteller von elektromagnetischen Pitch-Bremsen voran. Für seine Windkraftbremsen, die auf der bewährten Roba-stop-M-Baureihe basieren, hat das Familienunternehmen nun einen neuen Bremsbelag entwickelt.
Für höhere Bremsmomente kleinere Bremsengröße
„Mit dem neuen Belag erreichen die Bremsen höhere Bremsmomente“, erläutert Andreas Merz, Branchenmanager Windenergie bei Mayr in Mauerstetten. „Das bedeutet, die Bremsen bauen bei gleichen Eigenschaften kompakter. Für höhere Bremsmomente kann unter Umständen eine kleinere, leichtere Bremsengröße gewählt werden. Dies bietet zum Beispiel beim Anbau an immer kompakter werdenden Motoren oder der Montage in der Rotornabe entscheidende Vorteile“, so Merz.
Bei Windkraftanlagen erfolgt die Regulierung der Leistung heute vorrangig über das Verdrehen der Rotorblätter (Pitch). Dafür ist jedes Rotorblatt mit einer eigenen Pitch-Antriebseinheit aus Getriebe, Motor und elektromagnetischer Bremse ausgestattet. Das Pitch-System sorgt beispielsweise bei starkem Wind oder Sturm dafür, dass die Anlage durch das Drehen der Rotorblätter aus dem Wind, in die sogenannte Fahnenstellung, bis zum Stillstand abgebremst und so vor Überlastungen geschützt wird.
Dabei spielen für den Pitch als Hauptbremssystem Qualität und Zuverlässigkeit der eingesetzten Schlüsselkomponenten eine entscheidende Rolle. Denn ein Ausfall der Antriebe oder Bremsen hätte fatale Folgen – im schlimmsten Fall die Zerstörung der kompletten Anlage. Die Bremsen haben in den Pitch-Antrieben die wichtige Aufgabe, die Rotorblätter nach erfolgter Winkelpositionierung durch die Getriebemotoren gegen Verdrehen zu sichern. Diese Rotorverstellung muss immer funktionieren, auch wenn etwa die Energieversorgung ausgefallen ist. Der Motor kann in solchen Notsituationen über eine Batterie oder einen Kondensator versorgt werden. Ist für die Bremse keine solche Notversorgung vorhanden, wird der Motor häufig so ausgelegt, dass er die Rotorblätter auch bei geschlossenen Bremsen gegen die Bremskraft verdrehen und in Fahnenstellung bringen kann.
Der neue Maßstab für Cold Climate
Gerade hier sind fundierte Kenntnisse über die Bremsmomenttoleranzen der eingesetzten Bremsen äußerst wichtig. Einerseits muss während des Betriebs stets ein ausreichendes Bremsmoment zum Halten der Rotoren bereitgestellt werden, andererseits darf jedoch bei manchen Anlagentypen das maximale Motormoment nicht überschritten werden, um gegen die geschlossenen Bremsen noch in Fahnenstellung drehen zu können.
Dies muss bei allen im Normalbetrieb auftretenden Umgebungsbedingungen genauso sicher funktionieren, wie etwa bei einer relativen Luftfeuchtigkeit > 90 % oder bei Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt. Um auch bei schwierigen klimatischen Bedingungen zuverlässige Betriebssicherheit zu gewährleisten, hat Mayr Antriebstechnik daher die Cold Climate-Version der Bremse – wie alle seine Produkte – umfassenden Tests unterzogen.
Sämtliche funktionsrelevante Eigenschaften wurden bei Umgebungstemperaturen von -40 °C in Zusammenarbeit mit dem Germanischen Lloyd als öffentlich anerkannte Prüfstelle entsprechend statisch und dynamisch abgeprüft. Heute ist die Roba-stop-M CCV als einzige elektromagnetische Sicherheitsbremse vom Germanischen Lloyd für Anwendungen bis -40 °C zertifiziert.
Zusätzlich hat Mayr Antriebstechnik nun zusammen mit einem Automatisierungsspezialisten einen neuen Näherungsinitiator zur Zustandsüberwachung der CCV Pitch-Bremsen entwickelt. Dieser ist derzeit der einzige Initiator für elektromagnetische Pitch- und Yaw-Bremsen auf dem Markt, der vom Hersteller für Anwendungen bis -40 °C zugelassen ist. Weitere vielseitige Möglichkeiten der Zustandsüberwachung bieten die von Mayr entwickelten intelligenten Bremsenansteuermodule. Dazu zählt das Modul Roba-brake- checker, das Bremsen nicht nur bestromen, sondern auch sensorlos überwachen kann. Es erkennt den Schaltzustand des Aktors und Verschleiß der Bremsbeläge. Damit werden sicherheitskritische Zustände vor ihrem Eintritt detektiert.
Das Bremsmoment-Steuermodul Roba-torqcontrol teilt diese Eigenschaften und kann zudem durch gezielte Beeinflussung von Strom und Spannung die Höhe des Bremsmoments im Betrieb verändern. „Die Module eröffnen eine Menge neuer Möglichkeiten beim Monitoring, das gerade in der Windkraft immer stärker gefordert wird“, resümiert Andreas Merz. Auf der Husum Wind 2015 werden diese Neuheiten erstmals der Windbranche vorgestellt. •
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