Getriebeprüfstand für Yaw-Getriebe von Windkraftanlagen

Windkraftanlagen wandeln die kinetische Energie des Windes in elektrische Energie um und bestehen aus mehreren Hauptkomponenten, darunter der Rotor, die Gondel, das Getriebe, der Generator und der Turm. Ein zentraler Mechanismus zur Effizienzsteigerung ist das Yaw-System, das den Turm samt Gondel so ausrichtet, dass die Rotorblätter immer optimal im Wind stehen.

Das Yaw-System besteht aus Yaw-Motoren, die die Drehung initiieren, Yaw-Getrieben, die die Drehgeschwindigkeit der Motoren reduzieren und für präzise Nachführung sorgen, sowie Yaw-Zahnrädern und Lagern, die die Drehung der schweren Gondel ermöglichen.

Die Getriebe und Zahnräder in Windkraftanlagen sind extremen Belastungen ausgesetzt, darunter dynamische Lasten durch schwankende Windgeschwindigkeiten, Torsionskräfte, axiale und radiale Belastungen sowie Materialermüdung durch kontinuierliche Bewegung. Zudem wirken Temperaturschwankungen auf die Materialeigenschaften ein.

Um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit dieser kritischen Komponenten zu gewährleisten, sind tiefgreifende Dauerlaufprüfungen unter realistischen Bedingungen unerlässlich. Der TMX-Getriebe-Prüfstände können diese Belastungsszenarien simulieren und ermöglichen umfassende Tests im 4Q-Betrieb, bei dem Antriebs- und Abtriebsseite während der Prüfung ihre Rollen wechseln können.

Der TMX-Getriebeprüfstand im Detail

TMX bietet durchdachte Komplettlösungen für die Prüfung von Getrieben von Windkraftanlagen. Unsere Prüfstände entwickeln wir speziell, um die komplexen Anforderungen dieser kritischen Komponenten unter realistischen Betriebsbedingungen zu testen.

Prüfstands-Hardware

Der TMX-Prüfstand zeichnet sich durch einen effizienten Aufbau aus, der die parallele Prüfung von zwei Prüflingen ermöglicht. Auf einem massiven Untergestell sind die Prüflinge über ein gemeinsames Zahnrad miteinander gekoppelt, was die realen Betriebsbedingungen am Hauptzahnkranz einer Windkraftanlage simuliert. Jedes Prüflings-Getriebe wird mit einer entsprechenden Lastmaschine verbunden.

Dieser innovative Aufbau ermöglicht, dass jeweils eine Seite ein Drehzahl-Profil fährt, während die andere Seite ein Lastmoment aufbringt – eine präzise Nachbildung der tatsächlichen Betriebsbedingungen in Windkraftanlagen.

Automatisierung & Steuerung

Das Herzstück der Prüfstandsautomatisierung bildet eine leistungsfähige Steuerungs-CPU in Verbindung mit einem dezentralen Messsystem für hochgenaue Messdatenerfassung, insbesondere für die Sensorsignale der Drehmomentmesswellen. Die Steuerung der Lastmaschinen erfolgt über zwei im Schaltschrank integrierte Frequenzumrichter.

Eine besondere Herausforderung bei Getriebeprüfständen stellen die Elastizität der Getriebe und der Flankenwechsel im Zahneingriff bei Richtungswechseln dar. TMX begegnet dieser Herausforderung mit einem einzigartigen Ansatz: Auf Basis von Testmessungen (Frequenzgänge, Steifigkeiten) erstellen wir zunächst ein mathematisches Modell der Regelstrecke, das die Masseträgheit der Lastmaschinen-Rotoren sowie die Steifigkeit des mechanischen Systems berücksichtigt. Dieses Modell bildet die Grundlage für den präzisen Regler-Entwurf und die optimale Konfiguration der Stellglieder. Das Durchfahren von Getriebelosen ist bei TMX-Getriebe-Prüfständen generell durch einen intelligenten Algorithmus gelöst.

Bediensoftware

Die TMX-Bediensoftware zeichnet sich durch ihre intuitive Benutzerführung aus, die den Anwender durch die einzelnen Schritte der Prüfungsvorbereitung und -durchführung leitet. Mit dem TMX-Prüfablauf-Editor können Prüfungen einfach und effizient konfiguriert werden.

Während der Prüfung erhält der Anwender in Echtzeit einen umfassenden Überblick über den Status des gesamten Prüfstandes sowie des aktuellen Prüfschritts. Die Lastprofile werden vom Anwender vorab konfiguriert, wobei für jeden Prüfschritt festgelegt werden kann, welcher Antrieb als Lastmaschine und welcher als Drehzahl-Antrieb fungiert.

Ein besonderes Merkmal ist der 4Q-Betrieb, bei dem in jedem Prüfschritt die Rollenverteilung sowie die Drehrichtung frei definiert werden können. Der Lastantrieb kann das Drehmoment in beide Richtungen vorgeben – er kann gegen den Drehzahlantrieb arbeiten (Simulation der Massenträgheit des Turms) oder unterstützend wirken (Simulation eines starken Windes). Eine umfangreiche und konfigurierbare Auswertung erstellt zudem die Ergebnis-Reports auf Knopfdruck.

Fazit

Der TMX-Prüfstand für Windkraftanlagen-Yaw-Getriebe bietet eine hocheffiziente und flexible Lösung für anspruchsvolle Dauerlaufprüfungen unter realistischen Betriebsbedingungen. Durch den innovativen 4Q-Betrieb, die präzise mathematische Modellierung der Regelstrecke und die benutzerfreundliche Software ermöglicht er umfassende Tests mit frei konfigurierbaren Drehzahl- und Lastprofilen. Besonders die Herausforderung beim Durchlaufen von Getriebelosen wird durch spezielle Algorithmen gelöst, was zu zuverlässigen und aussagekräftigen Prüfergebnissen führt.