Die Technologie dieses innovativen Triebstrangs ist mittlerweile seit bereits über zehn Jahren erfolgreich bei einer Reihe von Herstellern in verschiedenen Anlagengrößen von 2 bis 3,3 Megawatt (MW) durch Lizenzvergaben von W2E im Einsatz. Auch der 2012 in die Insolvenz gegangene Windenergieanlagenhersteller Fuhrländer war bis zu seinem Ausscheiden aus dem Markt Lizenznehmer der Technologie. Die gesamte Anlagentechnologie und jede einzelne Plattform mit 2 MW, 2,5 MW und 3 MW wurde selbstverständlich in langjährigen Erprobungsphasen getestet und vermessen. Die Vermessungsergebnisse in Bezug auf die Lasten entsprechen den Simulationen. Selbstverständlich liegen für die Anlagentypen entsprechende A-Design-Assessments nach aktueller GL Richtlinie vor. Die Prototypen werden in einer der W2E nahestehenden Gesellschaft getestet und alle erforderlichen Vermessungen in einem eigenen Testfeld nahe Rostock durchgeführt, bevor ein Kunde die Anlage erhält.
Die mit dieser Technologie ausgestatteten Anlagen drehen unter klimatischen Bedingungen von bis zu minus 40 Grad Celsius in Kasachstan bis über 45 Grad Celsius in Indien, unter Wüstenbedingungen mit hoher Staubbelastung in Aserbaidschan genauso wie in der Inneren Mongolei, auf Höhenzügen mit extremen Windbedingungen, in Krisengebieten mit sehr eingeschränkter Servicetätigkeit und schwieriger Ersatzteilbeschaffung sowie unter extremen Vereisungsbedingungen.
Die Elastomerverbindung mit "kardanischer Aufhängung": Keine Biegekräfte
Der Triebstrangaufbau erfolgt folgendermaßen: Es gibt eine Verbindung von Rotor, über Lagerung und Rotorkupplung, aber erheblich kompakter als bei den üblichen Konzepten. Eine Elastomerverbindung von Hohlwelle und Getriebe sowie eine Elastomerverbindung von Getriebe und Maschinenträger erlauben eine kardanische Aufhängung des Getriebes, was zu einer Eliminierung der Einleitung von Biegekräften aus dem Rotor in das Getriebe führt und sämtliche Fertigungstoleranzen kompensiert.
Folglich ist eine Rückkoppelung oder gar die Behauptung, dass der Anschluss des Rotors über eine Elastomer-Verbindung ohne Hauptwelle die Lagerung zu stark beansprucht, nicht korrekt. Die Lasten, die die Rotorlagerung zu ertragen hat, werden nahezu ausschließlich durch den Rotor selbst hervorgerufen. Dabei handelt es sich um Biege, Schub- und Gewichtslasten. Bei einer Rückkoppelung wäre das erheblich schwächere Getriebelager des Planetenträgers von Ausfall betroffen.
Hier sprechen die Standzeiten der Hauptgetriebe in dieser Bauanordnung eine eindeutige Sprache, ohne typische Schadensbilder in Planetenlagerung, Planetenträgerlagerung oder auch Verzahnungsschäden.
Auslenkungen reduziert
Ausfälle von Getrieben aufgrund typischer bekannter Schadensbilder gibt es nicht bei diesem Anlagenkonzept, über einen Zeitraum von über zehn Jahren. Ein weiterer Vorteil dieses Konzepts sind die geringeren transienten Lasten am Getriebeabtrieb, da die Auslenkungen und damit Winkelverlagerungen auf rund 20 Prozent der gewöhnlichen Getriebelagerungen reduziert wurden. Dies kommt maßgeblich den Lagern von Generator und Getriebeabtrieb zugute und sorgt hier ebenfalls für höchste Standzeiten auch für die Generatorkupplung in 2-MW- und 2,5-MW-Plattformen ohne Ausfälle. Bei der 3-MW-Plattform fällt diese Verbindung weg.
Entscheidend für das Antriebskonzept ist natürlich die exakt nach W2E-Vorgabe durchgeführte Montage und Wartung des Triebstrangs und dessen jährliche Kontrolle und die damit einhergehende Kenntnis von Schraubenvorspannung und maximal zulässigen Toleranzen. 2003 betrat W2E Neuland bei Verwendung dieses neuartigen Triebstrangkonzepts, und es gab auch Fehlschläge.
Nach drei Lagerschadensfällen: Schneller Austausch des Lagerzulieferers
In einer der W2E nahestehenden Gesellschaft wurden Prototypen der 2-MW-Plattform mit einem zweireihigen Kegelrollenlager eines anderen europäischen Herstellers ausgestattet. Das Lager zeigte bereits nach kurzer Laufzeit noch innerhalb der Garantiezeit von rund einem Jahr einen kapitalen Schaden. Auch die daraufhin zweimalig getauschten Lager gleichen Herstellers zeigten wieder innerhalb der Garantiezeit kapitale Schäden. Nach hausinterner Schadensbegutachtung und FEM-Berechnungen konnte die Ursache lokalisiert werden. Das Fazit für W2E daraus: Lager dieses Typs finden keine Verwendung mehr in W2E-Anlagen. Die schadhaften Lager an drei Anlagen wurden gegen robuste dreireihige Lager eines bewährten deutschen Herstellers ausgetauscht und laufen bis dato problemlos und zeigen unter gleichen Bedingungen keinerlei Auffälligkeit.
Parallel davon befindet sich eine Vielzahl weiterer Anlagen der 2-MW-Plattform mit dreireihigen Lagern über viele Jahre im Einsatz, auch unter erschwerten Bedingungen, ohne einen einzigen Ausfall oder Schadensindikation.
Vereinzelt aufgetretene Fälle an frühen FL-2500-Anlagen wurden durch W2E in sehr enger Zusammenarbeit mit dem Hersteller des Rotorlagers analysiert. In den Analyseergebnissen ließen sich deutlich Rückschlüsse auf Fertigungs- und Montagefehler, unzureichende Wartung und nicht eingehaltene Schmierstoffwechselintervalle als Ausfallursachen ermitteln. Diese Erkenntnisse flossen in die Qualitätssicherung und Weiterentwicklung der aktualisierten Lager ein. Betreiber, Versicherer und Wartungsfirmen wurden mittels eines gemeinsamen Schreibens des betroffenen Lagerherstellers und W2E auf mögliche Versäumnisse und Missstände an den Anlagen aufmerksam gemacht und gebeten, die Anlagen diesbezüglich zu überprüfen oder überprüfen zu lassen.
Triebstrangkonzept erfordert besonders genaue sachgemäße Wartung
Vermutlich ist auch im Übergang zwischen dem Ende von Fuhrländer zur Betreuung der Technologie durch andere Serviceanbieter, ohne Kenntnis des spezifischen Anlagenkonzepts, Schaden entstanden. Nach dem Verschwinden Fuhrländers haben verschiedenste Wartungsunternehmen die Instandhaltung der älteren Fuhrländerwindparks übernommen. Vielfach leider ohne offizielle Wartungsdokumentation oder technische Updates von W2E als Lizenzgeber der Technologie.
Hier ist es nachweislich bei einigen Anlagen zu Fehlern in Betriebsführung, Wartung und Montage gekommen. Bis heute sind für ehemalige FL-2500-Anlagen in Bezug auf Serviceunterstützung nur der Turbinenhersteller FWT Energy GmbH vorgesehen und Deutsche Windtechnik X Service GmbH (vormals Seeba Wind Service GmbH), in enger Kooperation mit W2E, und haben den vollen Zugriff auf alle wartungs- und montagerelevante Themen sowie wichtige Softwareupdates. Selbstverständlich können Betreiber der Anlage auch direkt auf W2E zugehen und entsprechende Hilfestellung bekommen. Hier gibt es mittlerweile eine sehr gute Zusammenarbeit zwischen einigen Betreibern und W2E, auch für Weiterentwicklungen und Verbesserungen.
Hybrid Drive reduziert Gewicht und erhöht Kompaktheit noch einmal
Der hinzugekommene Einsatz der Triebstrangkomponente Hybrid Drive, die aufgrund ihres Designs eines besonders eng mit dem Generator verbundenen Getriebes eine weitere Reduzierung von Bauraum und Gewicht des W2E-Konzepts mit sich bringt, steht für die konsequente Weiterentwicklung der mittlerweile über tausendfach angewendeten Lagerungskonzeption.
Weiterer Vorteil des in Deutschland maßgeblich von Fuhrländer und inzwischen von FWT angewandten Triebstrangkonzepts ist zum Beispiel auch der Zugang der Rotornabe direkt von der Gondel aus ohne Kletterei oder Schutzausrüstung, was insbesondere bei schlechten Witterungsverhältnissen höchste Sicherheit für das Servicepersonal bietet. Der von W2E mit Siemens als Getriebebauer erstmals umgesetzte Hybrid Drive, wie auch das von W2E eine Dekade früher entwickelte Triebstrangkonzept und damit der Trend zu mehr Kompaktheit ist mittlerweile maßgeblich für die Branche. Auch andere bekannte große Hersteller haben den Trend zur Kompaktheit aufgegriffen und umgesetzt.
Reinhard Grever
Leiter Konstruktion Maschinenbau
W2E Wind to Energy GmbH
