Kategorien: Erneuerbare Energien

Schneckengetriebe für Pitchregelungssysteme von Windkraftanlagen

Die Windenergie trug 2023 mit 39,41 TP3T zur australischen Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien bei, wobei die installierte Kapazität in Südaustralien, Victoria, New South Wales und Westaustralien weiter zunahm. Das Pitch-Control-System – das den Winkel jedes Turbinenblatts anpasst, um die Leistungsabgabe zu regulieren und den Rotor bei Überdrehzahl oder Sturm zu schützen – ist eines der wartungsintensivsten mechanischen Systeme in der Gondel. Schneckengetriebe Dient in vielen Turbinenkonstruktionen als Hilfs-Pitch-Stellmechanismus und Backup-Pitch-Antrieb, insbesondere bei kleineren Onshore-Turbinen und bei Nachrüstungsanwendungen.

Die selbsthemmende Eigenschaft gewährleistet, dass bei Druckverlust des primären hydraulischen Verstellsystems der Blattwinkel durch die Schneckengeometrie gehalten wird und sich nicht ändert, wodurch unkontrolliertes Überdrehen verhindert wird. Das kompakte Schneckengehäuse fügt sich zudem nahtlos in das beengte Verstellantriebsfach innerhalb der Blattnabe ein.

Der australische Windenergiesektor – der mit dem Beginn der Offshore-Windparkentwicklung in Victoria und New South Wales rasant wächst – erzeugt eine kontinuierliche Nachfrage nach Ersatz- und Nachrüstkomponenten für Pitchantriebe. Australische Windparkbetreiber und Wartungsunternehmen benötigen lokal verfügbare und technisch unterstützte Schneckengetriebelösungen, die die Importzeiten für routinemäßige Wartungsarbeiten verkürzen.

Branchenanwendungen und Anwendungsfälle

Schneckengetriebe kommen in verschiedenen Positionen innerhalb von Pitch-Regelsystemen von Windkraftanlagen zum Einsatz:

Zusätzlicher Nickaktuatorantrieb (als Backup für das primäre Hydraulik- oder Elektrosystem) — Notfederantrieb
Unabhängige Pitch-Antriebe (IPS) bei kleineren Windkraftanlagen — primärer Pitch-Steuerungsantrieb
Aktuator für die Nickwinkel-Feinjustierung — präzise, schrittweise Einstellung des Schaufelwinkels unter Teillast
Flügelzellen-Positionierungsantrieb — langsame Drehung der Anemometer-/Windfahnenbaugruppe auf der Gondelspitze
Gierbremsen-Löseaktuator — kontrolliertes Ein-/Auskuppeln der Triebwerksgondel-Gierbremsbeläge

Materialspezifikation für die Pitch-Befestigung von Windkraftanlagen: Die Schneckenwelle besteht aus einsatzgehärtetem legiertem Stahl und ist für den extremen Temperaturbereich in der Schaufelradnabe ausgelegt (–25 °C in alpinen Gebieten bis +70 °C im Sommer in den Nabeninneren von Nord-Queensland). Das Schneckenrad ist aus einer speziellen Bronzelegierung mit guter Tieftemperaturzähigkeit gefertigt – Sprödigkeit bei Minustemperaturen ist eine bekannte Ausfallursache für Standard-Phosphorbronze unter hohen Belastungen durch die Blattwinkelkorrektur. Das Gehäuse ist aus Aluminiumlegierung oder Edelstahl gefertigt und gemäß IP66 vollständig abgedichtet.

Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Spielfelds im Notfall: Die Pitchsysteme von Windkraftanlagen müssen für einen ausfallsicheren Verstellvorgang ausgelegt sein – d. h. die Rotorblätter müssen innerhalb von weniger als 6 Sekunden vom Betriebswinkel (typischerweise 0° bis 15°) in die maximale Verstellposition (ca. 90°) bewegt werden. Das hohe Drehmoment des Schneckengetriebes, erzeugt von einem kompakten Motor, muss diese Verstellzeit erreichen und gleichzeitig die aerodynamische Rückstellkraft auf das Rotorblatt überwinden.

Technische Spezifikationen & Auswahlhilfe

Nutzen Sie die untenstehende Tabelle, um das passende Modell zu ermitteln. Wichtige Parameter sind Untersetzungsverhältnis, Abtriebsdrehmoment, Wellenabmessungen und Gehäusematerial. Verwenden Sie stets das richtige Modell. Servicefaktor (SF) für Ihren Arbeitszyklus.

Parameter	Typischer Bereich / Wert	Auswahlhinweise
Verhältnis	60:1 – 100:1 für Pitch-Antriebe	Liefert ausreichend Drehmoment aus einem kompakten 24V/48V-Gleichstrommotor.
Ausgangsdrehmoment	200 – 2.000 N·m	SF=1,5 für Nennleistung anwenden; 6-Sekunden-Notbremsfunktion bestätigen.
Temperaturbereich	Betrieb bei –25 °C bis +70 °C	Spezielle Niedertemperatur-Legierungsbronze-Felge und PAO-Schmierstoff
Eingangswelle	IEC 60034 B14 / Motorhalterung mit kundenspezifischer Neigung	Passend zur OEM-Motorflanschfläche
Gehäusematerial	Aluminium IP66 / Edelstahl 316 IP66	SS316 für Offshore- oder Küstenturbinenstandorte
Wellendichtungen	Doppeltes FKM, Schutzart IP66	Verhindern des Eindringens von salzhaltigem Kondenswasser in Küstenknotenpunkten
Schmierung	Synthetisches PAO ISO VG 320 (niedriger Stockpunkt)	Schmiermittel mit niedrigem Fließpunkt für alpine Windstandorte erforderlich

► Servicefaktor (SF): Gleichmäßige Belastung SF=1,0 | Mittlerer Stoß SF=1,25–1,5 | Starker Stoß / 24 h Dauerbelastung SF=1,75–2,0

► Umgebungstemperatur: Standardgeräte sind für einen Temperaturbereich von –10 °C bis +40 °C ausgelegt. Für Standorte mit hohen Umgebungstemperaturen in Australien (>45 °C) sind Hochtemperaturschmierstoffe und eine thermische Leistungsreduzierung gemäß 15% erforderlich.

Schneckengetriebe der NMRV-/NRV-Serie

Erhältlich in den Baugrößen 025 bis 150. Einstufige Untersetzungsverhältnisse 5:1 bis 100:1. Abtriebsdrehmoment bis zu 4.200 Nm. Gehäuse aus Aluminium oder Sphäroguss. Motorflansch nach IEC B5/B14. Schutzart IP65 (Standard), IP66/IP67 optional. Schmierung mit synthetischem oder Mineralöl.

Konformitäts- und Qualitätsstandards

✓ ISO 9001:2015
Qualitätsmanagementsystem zertifiziert. Jede Einheit wird gemäß einem dokumentierten Qualitätsmanagementsystem mit vollständiger Rückverfolgbarkeit hergestellt und geprüft.

✓ CE-Zertifizierung
CE-Kennzeichnung gemäß EU-Maschinenrichtlinie. Weitgehend akzeptiert bei australischen und neuseeländischen Maschinenbauprojekten.

✓ IEC 60034 Motorschnittstelle
IEC-Standard-Flansch- und Wellenabmessungen. Direktmontagekompatibilität mit allen gängigen Motormarken.

✓ Schutzart IP65 / IP66
Staubdicht und beständig gegen Hochdruckstrahlwasser. Der Standard für australische Außeninstallationen.

Fallstudien

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Fallstudie 1 – Nachrüstung der Pitch-Drive-Anlage eines Onshore-Windparks, Südaustralien

Windenergie
Backup-Laufwerk des unabhängigen Pitch-Systems (IPS).

Problem des Kunden: Ein Windparkbetreiber in Südaustralien tauschte die hydraulischen Pitchsysteme an zwölf Turbinen aus. Die ursprünglichen Hydraulikspeicher mussten alle sechs Monate mit Stickstoff nachgefüllt werden und hatten aufgrund von Druckverlusten in den Speichern bei kalten Nachttemperaturen drei Blattüberdrehzahlen verursacht.

Lösung: An allen drei Schaufeln der zwölf Turbinen wurden batteriegepufferte elektrische IPS-Antriebe mit Schneckengetrieben der NRV-Serie (Übersetzung 80:1, Aluminium IP66, Niedertemperatur-Bronzerad, Kunststoff PAO ISO VG 220, 24-V-Gleichstrommotor) installiert. Die Selbsthemmung des Schneckengetriebes ersetzte die Haltefunktion des Hydraulikspeichers.

Ergebnis: Keine Überdrehzahlereignisse in den 24 Monaten nach Inbetriebnahme aller 12 Turbinen. Hydraulische Wartungsarbeiten entfallen. Geschätzte jährliche Wartungseinsparung pro Turbine: 3.800 TP4T.

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Fallstudie 2 – Küstenwindpark, Gippsland, Victoria

Windenergie
Triebwerksgondel-Gierbremsen-Löseaktuator

Problem des Kunden: Bei einem Windpark an der Küste Victorias traten Korrosionsausfälle an den Gierbremsaktuatoren auf – die gusseisernen Aktuatorgehäuse und die standardmäßigen Kohlenstoffstahlwellen korrodierten in der Küstenluft schnell, wobei einige Aktuatoren innerhalb von 14 Monaten vollständig blockierten.

Lösung: Als Ersatz für die Gierbremsen-Löseaktuatoren wurden Schneckengetriebe der Serie NRV (Übersetzung 40:1, Gehäuse aus Edelstahl 316, Wellenverlängerung aus Edelstahl, Schutzart IP66, FKM-Dichtungen, synthetisches PAO-Schmiermittel) eingebaut.

Ergebnis: In 36 Monaten Küstenbetrieb traten keine Korrosions- oder Festfressende Ausfälle auf. Ungeplante Ausfallzeiten aufgrund von Problemen mit der Gierbremse wurden vermieden. Der Betriebsleiter des Windparks hat die Spezifikation für das Schneckengetriebe aus Edelstahl SS316 auf alle zukünftigen Aktuator-Austausche im gesamten Windpark mit 28 Turbinen ausgeweitet.

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Fallstudie 3 – Alpiner Windpark, Snowy Mountains, NSW

Windenergie
Feintrimm-Stellglied für Nickwinkel – Alpine-Website

Problem des Kunden: In einem Windpark in den Snowy Mountains auf einer Höhe von 1.800 m traten im Winter Ausfälle des Pitch-Aktuatorgetriebes auf – die Temperaturen in der Rotorblattnabe erreichten –22°C, und die standardmäßigen Schneckenräder aus Phosphorbronze brachen unter Stoßbelastung spröde.

Lösung: Es wurden NMRV-090 Schneckengetriebe mit speziellen Schneckenrädern aus einer Tieftemperaturlegierung aus Zinnbronze (die eine ausreichende Zähigkeit bis –40°C gewährleisten), synthetischem PAO ISO VG 220 mit einem Pourpoint von –55°C und der Schutzart IP66 (vollständige Abdichtung) eingebaut.

Ergebnis: Im ersten Winter nach der Installation traten keine Radbrüche auf (minimale gemessene Nabentemperatur: -21 °C im Juli). Der Winterverfügbarkeitsfaktor des alpinen Windparks verbesserte sich von 871 TP3T auf 94,51 TP3T.

NMRV / NRV Schneckengetriebe – Baugrößen 025 bis 150, hergestellt nach ISO 9001:2015

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Produktion nach ISO-Norm seit 2003. Schneckengetriebe werden in über 60 Länder geliefert.

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Häufig gestellte Fragen

▼ Was macht ein Schneckengetriebe im Vergleich zu anderen Getriebearten für die Pitchregelung von Windkraftanlagen geeignet?

Der Schneckenantrieb bietet drei entscheidende Vorteile für die Blattverstellung: (1) Die selbsthemmende Geometrie hält den Blattwinkel auch ohne Motorleistung gegen aerodynamische Belastungen konstant. (2) Hohe einstufige Untersetzungsverhältnisse (60:1–100:1) ermöglichen es einem kompakten, leichten Motor, das für die 6-sekündige Notverstellung des Blatts erforderliche hohe Drehmoment zu erzeugen. (3) Die gleichmäßige, vibrationsarme Drehmomentübertragung im Vergleich zu Stirn- oder Schrägverzahnungen reduziert die Belastung der Blattverstelllager.

▼ Welche Spezifikationen sind für Schneckengetriebe in Pitchantrieben für Offshore-Windkraftanlagen erforderlich?

Offshore-Schneckengetriebe mit Pitchantrieb erfordern: ein Gehäuse aus Edelstahl 316, Schutzart IP67 oder IP68, doppelte FKM-Dichtungen mit Wellenverlängerungen aus Edelstahl, synthetisches PAO-Schmiermittel mit einem Wartungsintervall von 5 Jahren sowie korrosionsgeschützte Außenbefestigungselemente. Für Offshore-Installationsprojekte müssen alle Zertifizierungsdokumente (Materialzertifikate, Prüfzertifikate, Konformitätsbescheinigung) vorgelegt werden.

▼ Kann ein Schneckengetriebe im Rahmen einer Nachrüstung einen Schrägverzahnungs-Planetengetriebeantrieb ersetzen?

Bei vielen Turbinenkonstruktionen bietet der Pitchantriebsraum Platz für beide Technologien. Die Nachrüstung mit einem Schneckengetriebe ist erfolgreich, wenn die Eingriffsgeometrie von Abtriebswellenflansch und Pitchlager-Zahnkranz übereinstimmt und das Drehmoment des Schneckengetriebes im gewählten Übersetzungsverhältnis das erforderliche Notdrehmoment für die Blattverstellung erfüllt. Wir bieten Ihnen gerne eine Machbarkeitsstudie zur Nachrüstung für spezifische Turbinenmodelle an – kontaktieren Sie uns. Ingenieurteam.

▼ Welches Schmiermittel ist für Schneckengetriebe in den Rotorblattnaben von Windkraftanlagen in alpinen australischen Gebieten geeignet?

Für alpine Einsatzgebiete ist ein synthetisches PAO-Getriebeöl mit einem Stockpunkt unter –50 °C erforderlich. ISO VG 220 PAO ist die Standardwahl – es bietet bei –40 °C eine ausreichende Viskosität für den Kaltstart und bleibt auch bei sommerlicher Nabenheizung bis zu 70 °C innerhalb der Viskositätsgrenzen. Herkömmliche Mineralöle sind zu vermeiden – ihre Stockpunkte liegen typischerweise zwischen –15 °C und –25 °C und sind damit für die winterlichen Minustemperaturen in den Alpen unzureichend.

▼ Wie kann ich überprüfen, ob die Selbsthemmung des Schneckengetriebes ausreicht, um die Blattposition während eines Sturms zu halten?

Berechnen Sie das maximale aerodynamische Drehmoment am Rotorblatt bei der zulässigen Windgeschwindigkeit. Vergleichen Sie diesen Wert mit dem Selbsthemmungsdrehmoment des Getriebes (in unseren Datenblättern für jede Baugröße und jedes Übersetzungsverhältnis angegeben). Aus Sicherheitsgründen sollte das Selbsthemmungsdrehmoment das maximale aerodynamische Drehmoment um mindestens den Faktor 2,0 übersteigen. Unser Ingenieurteam stellt Ihnen gerne eine schriftliche Berechnung zur Verfügung, die die ausreichende Selbsthemmung bestätigt. Kontaktieren Sie uns über [Kontaktinformationen einfügen]. Kontaktseite mit Ihren Turbinenparametern.

Technischen Support für die Pitchsteuerung von Windkraftanlagen erhalten

Unsere Ingenieure beraten Sie gerne hinsichtlich des passenden Schneckengetriebemodells, des Übersetzungsverhältnisses, der Wellenkonfiguration und der Montageanordnung für Ihre Anwendung.

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