CAE-Software

Prüfstand für Windkraftanlagen-Wälzlager mit CAE-System projektiert und dokumentiert

29.03.12 | Autor / Redakteur: Thomas Michels / Stefanie Michel

Die jeweils vier hydraulisch betriebenen Radial- beziehungsweise Axialzylinder (rechte Bildhälfte) erzeugen die realen Lasten und Momente, die in einer Windkraftanlage auftreten. Dabei simulieren die Radialzylinder das Gewicht einer Rotornabe mit Rotorblättern, die Axialzylinder generieren die Windlasten. (Bild: Schaeffler)
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Die jeweils vier hydraulisch betriebenen Radial- beziehungsweise Axialzylinder (rechte Bildhälfte) erzeugen die realen Lasten und Momente, die in einer Windkraftanlage auftreten. Dabei simulieren die Radialzylinder das Gewicht einer Rotornabe mit Rotorblättern, die Axialzylinder generieren die Windlasten. (Bild: Schaeffler)

Den weltweit größten Wälzlagerprüfstand für Lager bis 3,50 m Durchmesser galt es in kurzer Planungs- und Bauzeit zu realisieren. Parallel zur mechanischen Konstruktion arbeitete die elektrische. Mithilfe eines neuen CAE-Systems konnte der Planungsablauf beschleunigt und das Arbeiten rationalisiert werden.

Großwälzlager, die vor allem in Windkraftanlagen der Multimegawatt-Klasse zum Einsatz kommen, haben unter sehr dynamischen Belastungen eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren. Dabei stoßen die Entwickler oft an Grenzen der Werkstoff-, Tribo- und Konstruktionstechnik. Umso wichtiger sind umfassende Prüfstandsversuche.

Makro-Bibliothek in Eplan-Software als Systembausteine für Projekte

Die Schaeffler-Gruppe sieht sich in diesem anspruchsvollen Bereich der Antriebstechnik als Innovationsführer und hat am Standort Schweinfurt eine eigene Abteilung für den Prüfstandsbau, die bereits seit rund 25 Jahren mit CAE-Software von Eplan arbeitet. Einige Projekte sind zwar Sonderanlagen in Losgröße 1. Dennoch haben die Elektrokonstrukteure in der Software Eplan eine umfassende Bibliothek von Makros angelegt, die als Systembausteine bei neuen Projekten verwendet werden können und damit die Konstruktionszeit deutlich verkürzen.

Die Makros bilden alle wiederkehrenden elektrischen Komponenten und Funktionen ab – bewusst in kleinen Elementen, um selbst bei ungewöhnlichen Anforderungen möglichst viele Bauteile aus der Bibliothek zu nutzen. So können die Elektrokonstrukteure auch große Projekte rationell abarbeiten und sämtliche Schaltanlagen nach identischen Grundsätzen planen.

Ein solches Großprojekt stand Ende 2009 bevor, als Schaeffler für den Standort Schweinfurt mit der Planung eines neuen Prüfstandes für Großwälzlager begann. Die Ansprüche waren hoch: Es sollte der weltweit größte Prüfstand dieser Art sein, der Lager bis 3,50 m Außendurchmesser den typischerweise auftretenden Belastungen unterzieht. Derartige Großlager kommen künftig in Windkraftanlagen mit bis zu 6 MW Leistung zum Einsatz.

Komplexe Antriebs- und Messtechnik in kurzer Zeit realisieren

Für die Elektrokonstrukteure war die Herausforderung, dass die Steuerung auf der Antriebsseite sehr komplexe, überlagerte Bewegungen abbilden soll. Dafür wurden rund 450 digitale Eingänge und 260 Ausgänge benötigt. Hinzu kamen die Schmieraggregate für den Prüfling mit 12 Dosiereinheiten, die sich exakt regeln lassen. Auf der messtechnischen Ebene waren rund 350 Sensoren und entsprechend viele analoge Eingänge und Auswertemöglichkeiten vorzusehen.

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