Der Triebstrang - Einfuhrung in die Windenergietechnik - page 251

wird heutzutage bei den Betriebsfestigkeitsberechnungen von großen Strukturbauteilen ange-
wandt. Zum Einsatz kommt dabei entsprechend spezialisierte Software. Bild 6.57 zeigt exem-
plarisch wie ein RFC einer Lastkomponente aus einer Zeitreihe abgeleitet wird.
Neben dem reinen Antriebsmoment (Mz) wirken Kräfte und Biegemomente auf den Trieb-
strang, wobei für den Triebstrang in erster Linie die Biegemomente dimensionierend sind.
Man unterscheidet hierbei zwischen Nickmomenten (My) und Giermomenten (Mx), die um
die horizontale bzw. vertikale Achse schwenken (siehe Bild 6.56) . Aus diesen Momenten resul-
tieren die größten Verformungen des Triebstrangs, welche mittels FEM ermittelt werden. Bei
der Auslegung der Triebstrangkomponenten müssen sowohl die Extremlasten als auch die Be-
triebslasten berücksichtigt werden. Windkraftanlagen haben vergleichsweise hohe Lastwech-
selzahlen. Sie werden gemäß den Anforderungen der Richtlinien für eine Lebensdauer von 20
Jahren berechnet. Die Betriebsfestigkeitsberechnung erfolgt nach moderneren Berechnungs-
methoden, bei denen eine Schädigungsrechnung (Zeitfestigkeit) mit unterschiedlichen Wöh-
lerkurven verwendet wird. Auf die Details dieser Berechnungen wird in diesem Kapitel nicht
eingegangen.
Für die Detailauslegung der funktionalen Komponenten wie demPitch-Systemoder demYaw-
System werden die Lasten mit speziellen Programmen ausgewertet. Die Ergebnisse erlauben
eine Dimensionierung der Antriebe.
Da die Entwicklung vonWindkraftanlagen starke Tendenzen zumLeichtbau zeigt, spielen Ver-
formungen bei der Entwicklung und Konstruktion eine große Rolle, was durch die verwen-
deten Materialien begründet ist. Um die Verformungen und die Entstehung großer Rückstell-
kräfte zuminimieren, werden Komponenten imTriebstrang vielfach weich gelagert. Dies führt
dazu, dass die Triebstränge ein erhöhtes Potenzial zu Schwingungsanregungen zeigen. Dabei
können sich die Komponenten gegenseitig anregen, was eine erhöhte Schädigungswirkung bis
hin zum Bauteilversagen zur Folge haben kann. Um derartigen Effekten vorzubeugen, haben
sich in den letzten Jahren zunehmend Untersuchungen der Triebstrangdynamik durchgesetzt,
die mittlerweile auch Bestandteil der Zertifizierung geworden sind. Hierbei wird mittels spe-
zieller Software der Triebstrang der Anlage simuliert. Dieser enthält alle relevanten Kompo-
nenten und Informationen über ihre Anregungspotenziale wie z. B. Steifigkeiten und Massen-
trägheiten, Drehzahlen, Überrollfrequenzen von Lagern und Frequenzen von Verzahnungs-
eingriffen. In der eigentlichen Simulation wird dann der komplette Betriebsbereich der Anlage
abgefahren und ausgewertet. Die Software ist in der Lage zu ermitteln, welche Frequenzen der
gesamte Triebstrang hat und bei welchen Betriebszuständen Energien aufgrund von Wechsel-
wirkungen entstehen. Diese können dann einzelnen Bauteilen zugeordnet werden. Es ist also
möglich, das Verhalten jeder Komponente im Kontext der Anlage zu betrachten und potenzi-
ellen Anregungen durch Variation der Steifigkeit oder der Konstruktion vorzubeugen.
Die ersten Softwarelösungen zur eingehenden Dynamikuntersuchung von Triebsträngen
konnten lediglich das torsionale Verhalten der Triebstränge abbilden. Die bekannteste Soft-
ware stellt hier das Drehschwingungssimulationsprogramm DRESP dar, welches noch immer
eine breite Anwendung findet. Modernere Simulationssoftware ist mittlerweile in der La-
ge, mehrere Freiheitsgrade der Komponenten zu berücksichtigen, man spricht hierbei von
Mehr-Körper-Simulations-Software (MKS-Software). Bild 6.58 zeigt das mittels einer solchen
Software abgeleitete Modell eines Triebstrangs.