Wägetechnische Lösungen für Windkraftanlagen: Kosteneffiziente Planung, geringere Ausfallzeiten

In den vergangenen Jahren gab es zwei Haupttrends in der Entwicklung der Windenergie:

  • Die Verlagerung von Onshore- zu Offshore-Windparks
  • Die Entwicklung immer größerer Konstruktionen, die für Offshore-Betriebsbedingungen erforderlich sind, um die Forderung nach deutlich höherer Effizienz in der Energieerzeugung erfüllen zu können.

Diese Entwicklungen machen das zuverlässige Verwiegen bestimmter Komponenten einer Windkraftanlage unerlässlich. Erst durch präzises Verwiegen kann das Gesamtgewicht der Tragstruktur ermittelt werden, um die logistischen Prozesse kosteneffizient zu planen. Kostenintensive Ausfallzeiten können verhindert werden, indem kritische Komponenten wie Rotorblätter und Zahnräder exakt verwogen und entsprechend optimiert werden.

HBM bietet wägetechnische Lösungen für die folgenden Anwendungen

  • Verwiegen der Tragstrukturen als Komplettservice

  • Verwiegen von Rotorblättern

  • Verwiegen von Zahnrädern

Verwiegen der Tragstrukturen von Windkraftanlagen als Komplettservice

Zur Minimierung von Verzögerungen und deutlichen Kostensenkung stehen Betreiber von Windkraftanlagen oft vor der Herausforderung, das Gesamtgewicht der Tragstruktur bestimmen zu müssen. Schließlich muss vor der Installation die geeignete Zusatzausrüstung wie Kräne und Transportschiffe bereitgestellt werden, was einen erheblichen Kostenfaktor darstellt. Aufgrund von Fertigungstoleranzen weichen die Gewichte der Tragstrukturen ein und derselben Serie jedoch oft erheblich voneinander ab. Daher können dafür keine Berechnungen, wie z. B. nach der Finite-Elemente-Methode, herangezogen werden.

HBM bietet das Verwiegen von Offshore-Windkraftanlagen als Komplettservice an. Dabei kommen besonders häufig die Referenz-Druckkraftaufnehmer C18 mit einer Nennlast von bis zu 5 MN pro Sensor zum Einsatz. Diese Kraftaufnehmer bieten eine hervorragende Wiederholbarkeit und sind optional mit DAkkS-Kalibrierschein Klasse 0,5 gemäß Norm ISO 376:2011 erhältlich. Alternativ lassen sich Kraftaufnehmer des Typs C6A einsetzen, die besonders kompakt bauen. Hier können Druckkräfte bis 2 MN erfasst werden. Diese Aufnehmer eignen sich für den Einsatz in rauer Umgebung. Sie sind wartungsfrei und können selbst an sehr schwer zugänglichen Stellen eingebaut werden. Der Service erfolgt vor Ort (als schnelles "In-situ"–Wägen) und nimmt wenig Zeit in Anspruch. Zusätzlich überprüft das Service-Team von HBM vor Abschluss des Projekts die Berechnungen.

Bereits seit fünfzehn Jahren hat sich HBM verstärkt in Windenergieprojekten engagiert und war in dieser Zeit als wichtiger Partner an ca. 20 Großprojekten beteiligt. Alpha Ventus, der erste deutsche Windpark, umfasste sechs Windkraftanlagen in Jacket-Konstruktion und weitere sechs in Tripod-Konstruktion. HBM war maßgeblich an den anfänglichen, im Rahmen von Alpha Ventus durchgeführten Forschungsprojekten FINO und RAVE beteiligt, die den Weg für Deutschlands ersten Offshore-Windpark geebnet haben.

Unter der Tripod-Struktur einer Windkraftanlage installierter Kraftsensor

Kennen Sie das Eigengewicht Ihrer Tragstruktur?

Die Dienstleistungen von HBM:

  • Referenzkraftaufnehmer für Druckbelastung mit Nennlasten von bis zu 5 MN pro Sensor
  • Klassifizierungsmöglichkeit mit DKD Kalibrierschein nach ISO376: Klasse 0,5
  • Exzellente Wiederholbarkeit garantiert

Ihre Vorteile: 

  • Schnelle "vor-Ort"-Verwiegung von Windkraftanlagen als Dienstleistung
  • Gegenprüfung Ihrer Berechnungen
  • Zuteilung von Schiffen und Transportfahrzeugen vor der Installation minimiert Verzögerungen und reduziert Ihre Kosten

Auswuchten: Verwiegen von Rotorblättern

Wenn der Rotor der Windkraftanlage nicht ausgewuchtet ist, erzeugt die Anlage während der Drehungen Schläge. Wird diese Unwucht nicht behoben, können sich Teile von der Anlage lösen. Die Rotorblätter müssen also ausbalanciert werden; jedes Rotorblatt sollte das gleiche Gewicht haben. Ist das Sollgewicht nicht erfüllt, müssen Massen hinzugefügt oder entfernt werden. Dieser Ausgleichspunkt lässt sich mithilfe einer Software berechnen.

Um die Rotorblätter exakt zu verwiegen, müssen an der Blattwurzel und an der Spitze des Rotorblattes Sensoren angebracht werden. Dafür werden höchst präzise Wägezellen benötigt. Da eine solche Messung bis zu zwei Stunden dauern kann, müssen die Wägezellen zudem ein extrem geringes Kriechen aufweisen. Besonders geeignet sind z. B. Wägezellen des Typs Z7A, Scherstab-Wägezellen mit besonders robuster Konstruktion. Diese sind auch in Genauigkeitsklasse C3, also mit 3000 Teilen nach OIML R60, verfügbar. Die Z7A Wägezelle besteht aus galvanisch vernickeltem Stahl und verfügt über die Schutzart IP67. Sie hat nicht nur eine geringe Einbauhöhe, sondern erfüllt auch die EMV-Anforderungen nach EN45501. Die Nennlasten reichen von 500 kg bis 10 t.

Referenz-Druckkraftaufnehmer C18
Kraftaufnehmer C6A
Scherstab-Wägezelle Z7A

Verwiegen von Zahnrädern, dem Herzstück der Getriebe

Fällt eine Windkraftanlage aus, so hat dies vor allem im Offshore-Bereich Ausfallzeiten von mehreren Wochen und umfangreiche Austauschkosten zur Folge. Meist muss das komplette Getriebe ausgetauscht werden. Zahnräder wiederum sind das Herzstück der Getriebe. Die Präzision der Zahnrad-Fertigung entscheidet über die Langlebigkeit des gesamten Getriebes. Auch das Gewicht der Zahnräder gilt in der Fertigung als ein entscheidendes Qualitätsparameter. Ähnlich der Methode für Tragstrukturen werden Zahnräder zum Verwiegen nach der 3-Punkt-Methode auf drei im Winkel von 120 Grad angeordneten Wägezellen angebracht, wobei ein Präzisionsverstärker die Summe aus den drei Teilgewichten bildet.

Ihre Vorteile

  • Kosteneffektivere logistische Prozesse

  • Optimierte Komponenten

  • Geringere Ausfallzeiten

  • Längere Lebensdauer

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