Festhalten! - Schrauben für Windenergieanlagen

Windenergie | industriedienste Festhalten! Ohne Schraubenverbindungen geht bei Windenergieanlagen gar nichts. Schließlich müssen Turm, Rotor, Getriebe und Generator auch im Sturm eine gute Figur abgeben. Schraube ist aber nicht gleich Schraube e ine 50-Jahres-Böe kommt einmal in 50 Jahren – statis- ben sauber und definiert geschmiert sind. Aber selbst wenn tisch betrachtet. Mit etwas Glück muss eine Winden- die Schmierung perfekt ist: Das Anzugmoment variiert im- ergieanlage (WEA) mit geplanten 20 Jahren Lebens- mer – und mit ihm die Vorspannkraft. „Bei herkömmlichen dauer diesem Naturereignis niemals standhalten. Doch Verschraubungen sind Abweichungen von ± 20 Prozent kei- wenn so ein Windstoß mit voller Wucht gegen eine Turbine ne Seltenheit“, sagt Pollicino. „Je genauer die Vorspannkraft drückt, dann sollte es nirgends knirschen oder gar bers- eingebracht wird, desto sicherer ist die Verbindung“, so der ten. Deshalb werden Windenergieanlagen schon bei der Fachmann. Eine Möglichkeit, Schrauben präziser vorzu- Konstruktion auf die maximale Böe vorbereitet. Spezia- spannen, wurde unlängst beim Germanischen Lloyd unter listen berechnen dazu alle möglichen Lastfälle mit ihren die Lupe genommen: die SUPERBOLT®. Computerprogrammen oder testen die Komponenten im Genau genommen ist die beim Schweizer Unterneh- Labor – wenn es sein muss, bis sie aufgeben. Den Schrau- men P&S Vorspannsysteme AG entwickelte Mutter eher ein benverbindungen, von denen es in Windrädern Tausende Spannelement. Auf dem Kopf der Mutter sind kreisförmig gibt, kommt dabei eine ganz besondere Rolle zu. Sie wer- viele kleine Schrauben angeordnet. Sie wirken gleichmä- den über die Jahre immens belastet. ßig auf eine Druckscheibe – gemeinsam haben sie dieselbe Kraft wie eine große Schraube. Nur lassen sich viele kleine unterschiedliche Kräfte Schrauben viel einfacher anziehen. Verschraubungen sind lösbare Verbindungen, die zwei In der Industrie werden diese Spannelemente längst oder mehrere Teile dadurch zusammenhalten, dass sie eingesetzt. Sie halten etwa die Wellen großer Pressen oder sie gegeneinanderpressen. Sie sind vielfältigen Einflüssen Krane in Position. Nun ist die SUPERBOLT® auch für die ausgesetzt: von eisiger Kälte bis zu schmorender Hitze. Re- Windenergie GL-zertifiziert. „Die Zertifizierung war ein gen, Schnee, Eis. Dazu verschiedene Kräfte: Zentrifugal-, erster Schritt. In naher Zukunft soll auch in Bezug auf den gyroskopische und natürlich Gewichtskräfte. „Es ist nicht ‚Anziehfaktor‘ eine Typenprüfung durchgeführt werden“, so, dass eine Windwand auf eine Anlage zurollt“, erklärt sagt Reto Rieder, Leiter Technik bei P&S. GL-Experte Fabio Pollicino. „Das macht es kompliziert.“ Eine andere Möglichkeit, Kräfte in Verschraubungen zu Tatsächlich variiert der Wind je nach Höhe und belas- messen, bieten piezoelementbestückte Schrauben der Intel- tet somit die Anlage auch unterschiedlich stark. Das Blatt lifast GmbH. Die Länge der Schraube kann auch per Ul- des Windrades, das gerade den höchsten Punkt durchläuft, kann ganz anderen Kräften und abweichenden Windrich- photo: siemens tungen ausgesetzt sein als der Flügel, der sich gerade unten WinDenergie. am Turm vorbeidreht. Natürlich soll der Großteil der Las- Die relativ ten im Generator in Strom umgewandelt werden. Die Las- größten Kräfte ten müssen aber zunächst durch die Struktur übertragen wirken auf den werden. Daher ist die relativ am stärksten belastete Kom- turmfuß einer ponente einer Windenergieanlage der Turmfuß. Bei großen anlage. Windrädern der Multimegawattklasse stecken daher allein im Turmfuß über 100 Schrauben der Größe M 36 und grö- ßer. Sie müssen die bis zu 120 Meter hohe Anlage fest mit dem Fundament verbinden. Die super-mutter Der meistverwendete Schraubentyp ist die metrische Sechs- kantschraube. Eine Mutter dient dazu, die geforderte Vor- spannkraft aufzubringen. In der Regel wird sie mit hydrau- lischen Werkzeugen angezogen: Indem die Mutter gedreht wird, wird die Schraube gestreckt. Im Prinzip ist sie eine Feder, die die dazwischen liegenden Materialien aufein- anderdrückt. Deshalb ist das Anzugsmoment von zentraler Bedeutung. Nur wenn die berechnete Vorspannkraft da ist, erledigt die Schraubenverbindung ihre Arbeit so, wie sie soll. Doch Einflussfaktoren wie Schmierverhältnisse können das Moment verfälschen. Deshalb ist es wichtig, dass die Schrau- nonstop 03/2008 47 industriedienste | Windenergie superbolt®. Die kreisförmig angeord- neten Druckschrauben auf dem Kopf der mutter erzeugen die gewünschte Vorspannung in der großen schraube. sie lassen sich aber viel einfacher an- ziehen. ihren Simulationsprogrammen, ob die gewählte Größe die richtige ist, um auch der stärksten Böe Paroli bieten zu können. „In diese Berechnungen werden sämtliche Wind- und Anlagen- daten einbezogen“, sagt Pollicino. Die interessanteste Verschraubung steckt für Fabio Pollicino zwischen Rotorblatt und Nabe. Da der Flügel aus Faserverbundwerkstoff besteht, muss er z.B. ein stählernes Gewinde- Insert bekommen. In dieses werden die Schrauben eingedreht. Das In- sert wird in den Flügel eingearbeitet. Noch schwieriger macht es das zwi- photo: p&s schen Rotorblatt und Nabe angeord- nete Schwenklager, da hier Verfor- mungen möglich sind. Ist das Anzugs- traschall gemessen werden – auch während des Betriebs moment zu groß, kann das Rotorblatt schnell beschädigt ist dies möglich. So können sie beispielsweise melden, wenn werden. Schrauben über ihre Streckgrenze hinaus belastet werden. „Die Technologie ermöglicht eine relativ genaue Messung der eine milliarde lastwechsel Vorspannkraft in der Schraube und ist somit auch für Condi- Wie oft sich Lasten im Leben eines Windrades ändern, ist tion-Monitoring-Systeme ideal“, sagt Pollicino. beachtlich. Der Vergleich mit einem Automobil veran- schaulicht die Unterschiede: Rund 170 000 Stunden ar- Vorsicht, streckgrenze beitet ein Windrad im Laufe seiner Betriebszeit. Ein Pkw Beispiel Turm: Er wird aus Transportgründen in Schüs- bringt es auf gerade mal 5000 Stunden. Entsprechend viele sen gefertigt, die am Standort zusammengefügt und ver- Lastwechsel muss die Struktur einer Windenergieanlage schraubt werden.