Hochleistungs-Rotorbremszange für Windkraftanlagen 1

Stromag WEP hat eine neue Bremszange entwickelt, die speziell für den Einsatz an der Rotorwelle konzipiert wurde. Sie genügt den Anforderungen der Windkraftanlagenbauer und wird für Notstoppbremsungen und als Parkbremse bei Wartungseinsätzen eingesetzt.

Notstopps bei Windkraftanlagen können vielerlei Ursachen haben. Eine Ursache ist die Überdrehzahl des Triebstranges. Dabei besteht die Gefahr, dass die Windkraftanlage im schlimmsten Fall zerstört wird. Um die Überdrehzahl zu begrenzen ist eine kurze Reaktionszeit der Bremszange von großer Bedeutung.

Stromag WEP (Wind Energy Power) hat dazu das patentierte CR-System entwickelt. Es sorgt für einen konstanten Öffnungsweg zwischen Bremsbelag und -scheibe, was zu einer immer gleichbleibenden kurzen Einfallzeit führt. Das System und die gesamte Bremszange wurde für die schnelle Rotorwelle entwickelt, kann aber ebenso für die langsame eingesetzt werden.

Die Bremszange BCHM90 muss hohe Bremsenergien bewältigen, die durch hohe Umfangsgeschwindigkeiten, lange Bremszeiten und große Schwungmassen hervorgerufen werden. Nach dem Bremsvorgang muss die Zange so lange geschlossen bleiben bis die Betriebsbedingungen und die Temperaturen der Bremsscheibe einen Neustart erlauben. Als Konsequenz treten zuerst hohe Temperaturen an Bremsbelag und -scheibe auf, bevor in allen Baugruppen die Temperaturen steigen. Verschiedene Bremsbelagmaterialien wurden ausgewählt, die einen verlässlichen Reibwert für große Bereiche von Drehzahlen und Temperaturen liefern und gleichzeitig einen geringen Verschleiß aufweisen. Sie erlauben eine gute Temperaturabführung, haben einen geringeren Druck zwischen Belag und Scheibe, wodurch lokale Überhitzungen an der Bremsscheibe verhindert werden.

Die Reduzierung der Wartungskosten spielte ebenso eine Rolle bei der Entwicklung. Die Bremszange ist mit einem Verschleißkontakt ausgestattet, der zwei Verschleißzustände melden kann. Die Meldungen können kundenspezifisch abgestimmt werden. Die Bremszange besteht aus zwei Sätteln, die, je nach Kundenanforderung, direkt an die Anschlussstruktur des Kunden oder mittels eines Sonderträgers montiert werden. Druck- und Leckölanschlüsse sind so ausgeführt, das jeweils nur ein Anschlusspunkt für den Kunden nötig ist.

Ein Entlüftungsanschluss am höchsten Punkt der Bremszange ermöglicht das einfache Entlüften und damit eine gute Reaktionszeit der Bremszange. Alle Anschlüsse sind an die Rückseite der Bremszange geführt, um sie möglichst weit entfernt von der Bremsung und damit der Bremsenergie zu halten. Durch FEM-Analysen wurde das Design der Bremszange so optimiert, dass sehr gute Leistung bei geringem Gewicht erreicht werden konnte. Die verwendeten Materialien für alle Baugruppen der Bremszange wurden so gewählt, dass die Betriebsbedingungen bis -40 °C sichergestellt sind.

Nicht nur im Notfall bremsen
Neben Notfallbremsungen gibt es Bremsungen im Stillstand, die notwendig sind, um sichere Arbeitsbedingungen im Wartungsfall zu bieten, bevor der Rotorlock greift oder nach Notstoppbremsungen, um die Anlage bis zum Wideranlauf festzusetzen. Statische Bremsungen treten also bei den verschiedensten Scheibentemperaturen auf. Bei geschlossener Bremszange drückt ein Hydraulikzylinder gegen die Testschwungmasse, die Antriebswelle wird überwacht und die Bremskraft wird über eine Messdose aufgezeichnet. Der Druck im Hydraulikzylinder wird immer weiter erhöht bis die Schwungmasse sich bewegt.

Der Rotor Lock wird eingesetzt um die Bremsscheibe im Wartungsfall mechanisch zu blockieren. Er besteht aus einem Bolzen, der manuell in die dafür vorgesehenen Aufnahmen gesteckt wird. Die Herausforderung in der Auslegung ist das hohe statische Moment, das ohne Schaden aufgenommen werden muss. Mit Hilfe von FEM-Berechnungen wurde überprüft, dass die Auslegungsdaten des Rotor Locks mit den Spezifikationen übereinstimmen.

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