Windkraftgetriebe: Besser als ihr Ruf

Was spricht für den Einsatz von Getrieben in Windenergieanlagen? Prof. Dr.-Ing. Bernd-Robert Höhn: Als wesentlichen Vorteil der Windenergieanlagen-Getriebe sehe ich an, dass die Gesamtmasse der Gondel auf dem Turm wesentlich geringer als bei anderen Antriebskonzepten ausfällt. Das Gesamtgewicht lässt sich laut Getriebehersteller Renk um bis zu 40% senken. Auf welche Anlagen trifft das besonders zu? Prof. Höhn: Der Gewichtsvorteil fällt vor allem bei Windenergieanlagen mit einer Nennleistung von mehr als 1,5MW so hoch aus. Wie sieht es bei den mehrere Tonnen wiegenden Antriebselementen mit dem Wirkungsgrad aus? Prof. Höhn: Die Getriebe haben je nach Typ im Leistungsfluss zwischen drei und vier Zahneingriffe und erreichen Wirkungsgrade von 92 bis 95%. Wie schneiden Windenergieanlagen mit Getrieben in Bezug auf Zuverlässigkeit und Lebensdauer ab? Prof. Höhn: Das Problem für die Hersteller besteht darin, dass sie Garantien für eine Einsatzdauer von 20 Jahren geben müssen. Das heißt aber, dass die Getriebe sicher und zuverlässig die dazugehörige Anzahl von Lastwechseln überstehen müssen. Diese geht über die heute üblicherweise getestete Anzahl an Lastwechseln von 106 bis 107 weit hinaus und liegt für Windenergieanlagen bei rund 109. Dieser Wert liegt allerdings im Bereich der Dauerfestigkeit. Die Anzahl der Lastwechsel hat – nach DIN oder ISO – also keinen Einfluss auf die Belastbarkeit. In der amerikanischen Getriebenorm der \’American Gear Manufacturer Association\‘ (AGMA) gibt es z.B. keine \’Dauerfestigkeit\‘. Hier sinkt die Belastbarkeit kontinuierlich mit der Lastwechselanzahl. Das ist allerdings durch experimentelle Versuche nicht belegt. Und wie wirken sich eine Billion Lastwechsel auf die Lebensdauer aus? Prof. Höhn: Forschungsergebnisse zum Thema Langlebigkeit zeigen spezielle Schadensformen, die erst im Bereich zwischen 107 und 109 auftreten und zwar unterhalb der Dauerfestigkeitswerte für Pittings oder Zahnbruch. Was empfehlen Sie Getriebeherstellern für Windenergieanlagen? Prof. Höhn: Die Empfehlung kann im Augenblick nur sein, größere Sicherheitswerte anzunehmen als beispielsweise im Automobil- oder Industriebereich heute üblich sind, da noch keine Normberechnung für diese Schadensformen vorliegt. Was wurde zur Verbesserung der Qualität und Zuverlässigkeit sowie zum Erhöhen der Lebensdauer getan? Prof. Höhn: Es gibt heute beispielsweise wesentlich detailliertere Berechungsmethoden und Simulationsverfahren. Sie sind auch erforderlich, weil sich ein Windenergieanlagen-Getriebe nicht wie ein PKW-Antrieb in der Originalumgebung vorab testen lässt. Ein Beispiel für verbesserte Berechnungsverfahren ist der Vorschlag einer Graufleckenberechnungsnorm, die in der ISO diskutiert wird. Sie impliziert die Ergebnisse des von uns entwickelten FVA-Graufleckentests und erlaubt eine Auslegung mit der Grauflecken vermieden werden. Der Einfluss von Schmierstoff und Additiven wird damit sicher erfasst. Wie geht es weiter? Prof. Höhn: Wir beteiligen uns nun an der Umsetzung in eine neue ISO-Norm. In der ISO-Arbeitsgruppe strebt die deutsche Delegation im Mai 2009 die Verabschiedung als ISO-Norm an. Speziell die Windindustrie ist an der neuen ISO-Norm stark interessiert. Laut den neuen Anschlussbedingungen für Windenergieanlagen müssen sie Leistung in Kraftwerksqualität abliefern. Wie können Anlagen mit Getriebe dazu beitragen? Prof. Höhn: Getriebe in Kraftwerksqualität zu liefern, stellt für die Getriebehersteller kein Problem dar. Sie liefern für Kraftwerke heute schon sogenannte Turbogetriebe, die zum Einsatz kommen und die Anforderungen erfüllen.