Environmental Engineering Reference
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6.7 Auslegung von
Triebstrangkomponenten
Die Auslegung von Triebstrangkomponenten in Windkraftanlagen zeichnet sich stark durch
die Tatsache aus, dass es sich bei der Windenergiebranche um eine junge Branche handelt,
wodurch auch die Nachweisführung der Auslegung sehr moderne Ansätze verfolgt. Werkzeuge
wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) und Simulationen dynamischer Vorgänge gehören
längst zum Standardrepertoire der Entwickler von Windkraftanlagen.
Auch die Strukturen der Windenergiebranche sind durch moderne Ansätze geprägt, was sich
unter anderem dadurch zeigt, dass die meisten Anlagenhersteller lediglich eine sehr geringe
Fertigungstiefe haben, also wenige Komponenten von ihnen selbst gefertigt werden. Dies führt
dazu, dass eine Vielzahl von unabhängigen, externen Unternehmen mit mehr oder weniger
großem Anteil an der Auslegung einer Windkraftanlage eingebunden ist.
Die Anlagenhersteller selbst koordinieren und betreuen die Entwicklungen, führen eigene
Nachweise für die Strukturbauteile und übernehmen die abschließende Montage. Derartige
Strukturen erfordern eine intensive Verknüpfung zwischen den eingebundenen Unterneh-
men, was einen Widerspruch dazu darstellt, dass es sich bei der Windenergiebranche um eine
ausgeprägt restriktive Branche handelt, da Patente und Know-how Unternehmen entschei-
dende Vorteile verschaffen können (siehe Abschnitt
6.8)
.
Üblicherweise werden zur Koordination zwischen Anlagenhersteller und Lieferant Lastenhefte
und Spezifikationen verwendet, in denen Anlagenentwickler genauestens die Anforderungen
an die jeweilige Komponente festlegen.
Bei der Auslegung der Windkraftanlage und ihrer Komponenten spielen Richtlinien eine große
Rolle, auf deren Basis eine Zertifizierung erfolgt. In ihnen ist festgelegt, welche Nachweise zu
erbringen sind und mit welchen Sicherheiten die Entwicklungen zu beaufschlagen sind. Die
Richtlinie für die Zertifizierung von Windkraftanlegen
vom Germanischen Lloyd und die IEC
61400 sind international anerkannte Richtlinien, nach denen häufig Windkraftanlagen aus-
gelegt werden. Die Richtlinien selbst stellen an die Komponenten spezielle Forderungen hin-
sichtlich der Sicherheitsfaktoren, der Restsicherheiten und der Nachweisführung, wobei star-
ker Bezug auf bestehende bauteilspezifische Normen aus der DIN, EN, ISO und IEC genom-
men wird.
Am Anfang einer jeden Anlagenentwicklung steht eine Lastenrechnung, welche eine statisti-
sche Auswertung von Winddaten zur Grundlage hat. Diese Daten werden genutzt, um die Las-
ten, die auf die Anlage wirken, zu simulieren. Entscheidend ist hierbei die Blattkonstruktion.
Neben der Blattlänge und der Fläche des Blatts können die Blätter noch viele weitere Charak-
teristiken zeigen, die die auftretenden Lasten entscheidend beeinflussen (Steifigkeit, Massen-
trägheit etc.). Daher sind die Entwicklung des Blatts und die Lastenrechnung zwei Prozesse,
die am Anfang der Anlagenentwicklung zumeist parallel stattfinden und starken Einfluss auf-
einander nehmen.
In der Lastensimulation sind bereits die grobenDimensionen der Anlage festgelegt und es wer-
den mehrere Schnitte gesetzt, an denen Koordinatensysteme gelegt werden, für die die resul-
tierenden Lasten jeweils ermittelt werden. Jede Komponentenauslegung bezieht sich hierbei
auf ein bestimmtes Koordinatensystem. Es wird unterschieden zwischen Koordinatensyste-
men wie Blattwurzel, Turmkopf oder Rotorwelle. Für die Auslegung des Triebstrangs ist in ers-
