HARTING pflegt langjährige, partnerschaftliche Beziehungen zu Herstellern von Windkraftanlagen und deren Zulieferern. Das Unternehmen arbeitet eng mit Herstellern und Zulieferern zusammen, um neue und innovative Systemlösungen zu entwickeln.
Alle HARTING-Systeme erfüllen die strengen Anforderungen der Windenergiebranche. Sie sind für einen Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis +80 °C ausgelegt und bieten eine hohe elektrische und mechanische Unempfindlichkeit gegenüber Rotationsbeanspruchung, Vibrationen und Stößen. Aktuelle Beispiele sind eine Schleifring-Steckkupplung und ein wiederaufladbarer Akku mit Lithium-Ionen-Zellen als Notstromversorgung.
Teil 1: Steckkupplung für Schleifringe.
Schleifringe verbinden die Nabe (rotierend) mit der Gondel (feststehend) und gehören zu den Komponenten, die in Windkraftanlagen regelmäßig ausgetauscht werden.
Die neue Steckkupplung vereinfacht die Montage und den Austausch der Schleifringe und reduziert so Ausfallzeiten. Die Schleifringe können im Rahmen eines einzigen Wartungseinsatzes gewechselt werden, ohne dass das Neigungssystem beeinträchtigt oder Kabel getrennt werden müssen. Es werden keine Spezialwerkzeuge benötigt. Zwei Edelstahlbolzen in zwei Messingbuchsen dienen als Führung beim Kupplungsvorgang. Anschließend sorgen zwei Han®-Kupplungsrahmen mit schwimmenden Lagern und die Han-Modular®-Gelenkrahmen für die korrekte Ausrichtung der elektrischen Kontakte und gewährleisten so eine hohe Betriebssicherheit der Verbindung.
Die HARTING Schleifringkupplung stellt nicht nur eine elektrische Verbindung her, sondern verfügt auch über eine integrierte Wärmebarriere, die einen verbesserten Schutz vor zu hohen Öltemperaturen im Reservoir bietet. Bestehende Stromerzeugungssysteme lassen sich problemlos mit der Schleifringkupplung nachrüsten.
Die Schnittstelle zwischen den Teilen A und B bietet Schutzart IP65 gegen Spritzwasser. Das Gehäuse ist aus einer speziellen Aluminiumlegierung im Dauergussverfahren hergestellt.
Die elektrische Schnittstelle, die Signale an das Neigungsregelungssystem in der Nabe überträgt, verwendet Han-Modular®-Kontaktisolatoren. Die Schnittstelle verfügt über 100-A-Module für die Drehstromübertragung sowie einen Han®-Quintax für die beiden 4-Draht-Busse (von CAN-Bus zu Fast Ethernet) und überträgt außerdem 24 Steuersignale. Die Anzahl der Steuersignale kann mithilfe von Han®-DDD-Modulen auf 34 erhöht werden.
Die Kupplung wird als Komplettlösung inklusive der benötigten Kabellänge geliefert. Die beiden Teile werden separat montiert und geprüft. Teil A wird an der Windkraftanlage installiert. Teil B wird zunächst mit dem Schleifring verbunden. Die Vorteile der Plug-and-Play-Technologie zeigen sich schnell vor Ort.
Die beiden Teile müssen lediglich während der Inbetriebnahmephase miteinander verbunden werden, wodurch eine Installation oder Montage vor Ort entfällt und somit Zeit gespart wird (Abbildung 3)
Das gleiche Prinzip gilt für die Wartung. Servicetechniker müssen lediglich vier Schrauben lösen, den alten Schleifring entfernen und den neuen montieren. Die Windkraftanlage kann dann mit minimalen Ausfallzeiten wieder ans Netz angeschlossen werden. Der alte Schleifring kann in der Werkstatt oder im Werk überholt werden.
In der Konzeptphase wird eine Simulation durchgeführt, um die Konstruktion zu optimieren. Virtuelle Prototypen ermöglichen die Entwicklung von Komponenten, die hohen Strömen standhalten, Vibrationen widerstehen und eine gute Stabilität bieten. Die Kopplungskonstruktion wird mittels Finite-Elemente-Analyse optimiert und verifiziert.
Um verschiedene Lastszenarien zu simulieren, wurde ein Gewicht von 150 kg am Ende des Gleitrings angebracht. Die gesamte Lösung wurde so ausgelegt, dass sie den Belastungen bei Inbetriebnahme und Wartung standhält. Die simulierten Werte wurden an Prototypen in einem HARTING-zertifizierten Labor überprüft, was in diesem Fall mechanische Belastungstests bedeutete. Die Ergebnisse zeigten, dass die tatsächlichen Werte deutlich besser waren als die vom
theoretischen Modell vorhergesagten.
Teil 2: Wiederaufladbare Notstromversorgung (Lithium-Akku im ungünstigsten Fall)
Es gibt weitere Möglichkeiten zur Verbesserung der Energiespeichereinheiten, die das Neigungssystem von Windkraftanlagen mit Strom versorgen. Die Notstromversorgung stellt sicher, dass die Rotorblätter bei einem Stromausfall während eines Sturms oder einer anderen Katastrophe neu positioniert werden können. In einem solchen Notfall muss die Turbine sofort stoppen und die Rotorblätter innerhalb von Sekunden vom Wind weggedreht werden. Diese Funktion ist entscheidend, da ein Ausfall des Neigungssystems zum Totalausfall der Windkraftanlage führen kann.
Jede Achse des Neigungssystems bewegt sich im Notfall in eine neutrale Position. Eine Windkraftanlage verfügt typischerweise über drei Notstromversorgungseinheiten, deren modularer Aufbau den Austausch erleichtert.
Konventionelle Energiespeicherlösungen wie Blei-Säure-Batterien sind für eine kompakte Bauweise und wartungsfreie Lebensdauer nicht optimal. Die neue Notstromversorgungseinheit nutzt Lithium-Ionen-Zellen, die weitgehend unempfindlich gegenüber den in Windkraftanlagen auftretenden Rotations- und Vibrationskräften sind.
Ein robustes, elektrostatisch beschichtetes Metallgehäuse bietet effektiven Schutz vor mechanischen und thermischen Belastungen und verhindert den Kontakt mit gefährlichen Bauteilen. Die Steckverbindertechnologie von HARTING reduziert den Gesamtinnenwiderstand auf RI < 24 mΩ.
Die Kommunikation mit der zentralen Steuereinheit erfolgt über einen CAN-Bus (9-polig, Sub-D). Zusätzliche Schnittstellen stehen für Überwachung und Konfiguration zur Verfügung. Der BMS-Status kann über eine RS232-Schnittstelle (9-polig, Sub-D) abgerufen werden. Die HyperTerminal-Funktionalität liefert Informationen zum Status jeder einzelnen Batterie.
Eine Han® 3A-Schnittstelle ermöglicht die redundante Überwachung des Ladezustands der Batterien. Die 24-V-Steuerspannung wird über einen zweiten Han® 3A-Anschluss bereitgestellt.
Besonderes Augenmerk wurde in der Entwicklungsphase auf die Auswirkungen von Vibrationen und Stößen auf den Kontaktwiderstand gelegt. Die Tests fanden im HARTING-zertifizierten Labor statt. Ziel war es, die Kontakte und Kabelquerschnitte für optimale Leistung unter extremen Bedingungen auszulegen.
Folgende Normen wurden während der Entwurfsphase angewendet:
- Stöße: DIN 60 068-2-27.
- Stöße: DIN EN 60 068 -2-29.
- Beschleunigte Lebensdauer: DIN EN 61 373.
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Die Autoren
Key Account Manager Systemintegration
, HARTING Technologiegruppe
Projektmanager VAB, Deutschland
, HARTING Technologiegruppe
Direktor, Projektmanager, VAB, Deutschland,
HARTING Technologiegruppe
