Großkomponenten für Offshore-Windkraftanlagen. Großwälzlager, Getriebe, Elektromotoren und Hydraulikzylinder aus einer Hand

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1 Großkomponenten für Offshore-Windkraftanlagen Großwälzlager, Getriebe, Elektromotoren und Hydraulikzylinder aus einer Hand

2 Liebherr ein starker Partner für die Offshore-Windindustrie Seit mehr als 60 Jahren steht Liebherr für ein anspruchsvolles, nutzenorientiertes Produkt- und Leistungsangebot auf vielen Gebieten der Technik. Das Unternehmen, das zu den größten Baumaschinenherstellern der Welt gehört, ist für seine leistungsstarken Produkte und Dienstleistungen bekannt. Im Offshore-Bereich verfügt die Firmengruppe Liebherr über langjährige Erfahrung. Bereits seit Ende der 50er-Jahre gehören maritime Krane zum Produktprogramm. Im Laufe der Jahre wurde das Angebot an verschiedensten Geräten und Kranen für die Verwendung am oder im Wasser beständig ausgebaut. Um dem hohen Anspruch an die Qualität seiner Produkte gerecht zu werden, legt Liebherr seit jeher großen Wert darauf, Kernkompetenzen selbst zu beherrschen. Deshalb entwickelt und fertigt Liebherr auch bei den Maschinen für den maritimen Bereich nahezu alle Komponenten der mechanischen, hydraulischen und elektrischen Antriebs- und Steuerungstechnik selbst. Bereits seit über 15 Jahren beliefert Liebherr erfolgreich die weltweit führenden Hersteller von Windkraftanlagen mit Komponenten. Die Firmengruppe ist der einzige Hersteller, der nicht nur einzelne Komponenten, sondern mit Großwälzlagern, Drehantrieben, Elektromotoren und Hydraulikzylindern das gesamte System für die elektromechanische und hydraulische Rotorblatt- sowie auch die Azimutverstellung in Windkraftanlagen liefern kann. Die Kombination aus langjähriger Erfahrung im Bereich maritimer Anwendungen und im Windkraftbereich macht Liebherr zu einem starken Partner für die Offshore-Windindustrie. Source: REpower Systems SE/Jan Oelker 2

3 Know-how für Großkomponenten Seite 4 Spezialist für den Offshore-Bereich Seite 6 Engineering-Kompetenz Seite 8 Hohe Fertigungstiefe Seite 10 Auf Qualität ausgerichtet Seite 12 Produktübersicht Seite 14 3

4 kw Onshore ,5 MW Onshore ,5 MW Onshore ,5 MW Onshore ,0 MW Onshore ,0 MW Onshore ,0 MW Offshore Montage der größten Drehantriebe DAT 1000 von Liebherr: Die für einen Offshorekran bestimmten Antriebe sind 2,70 m hoch, verfügen über ein dynamisches Drehmoment von Nm und ein Abtriebsritzel mit einem Verzahnungsmodul 50. 4

5 Know-how für Großkomponenten Windkraftanlagen sind offshore in der Regel deutlich größer ausgeführt als onshore und benötigen bei derzeit bis zu 6 MW Leistung auch entsprechend dimensionierte Komponenten. Zum Vergleich: In den gängigen 2,5 MW-Anlagen liegt der Durchmesser eines Azimutlagers bei etwa mm - bei einer für den Offshore-Einsatz konstruierten 6 MW-Anlage ist zur Windrichtungsnachführung der Gondel dagegen ein Großwälzlager mit einem Durchmesser von bis zu mm notwendig. Natürlich sind auch die Blattlager und die Verstellgetriebe entsprechend größer. Erfahrungshorizont Anwendungsvielfalt Wie die Grafik links zeigt, partizipierte Liebherr an der Entwicklung hin zu größeren Anlagen im Onshore- und im Offshore-Bereich von Anfang an. Bereits 2001 wurde eine 4,5 MW-Onshore-Anlage mit Liebherr-Komponenten ausgestattet. Seit 2007 werden Komponenten für 5 und 6 MW-Offshore-Anlagen in Serie geliefert. Großkomponenten von Liebherr werden nicht nur von der Windindustrie, sondern auch für zahlreiche andere Anwendungen nachgefragt. Seit Jahrzehnten fertigt Liebherr Großwälzlager, Drehantriebe und Seilwinden für Offshore- und Schwerlastkrane, sowie Fahr- und Schwenksysteme für Mining-Bagger. Dabei werden wichtige Erkenntnisse zur anwendungsgerechten Auslegung von Großkomponenten gewonnen. Die mit 25 t bis dato schwerste Rollendrehverbindung von Liebherr und die größten Drehantriebe mit einem Gewicht von 6 t und einer Verzahnung von Modul 50 am Abtriebsritzel werden in einem Offshorekran eingesetzt. Drehantrieb DAT 1000 Rollendrehverbindung ROD Kompaktseilwinde KSW 1100 Anwendung Schwerlastkran (Offshore) Schwerlastkran (Offshore) Schwerlast-Raupenkran (Offshore) Abtriebsmoment / Lastmoment Gewicht Nm 6 to Nm 25 to Nm* 21 to Fahrantrieb FAT 1600 Mining-Bagger Nm 1,5 to Besonderheit Abtriebsritzel mit Modul 50 *in der 10. Seillage ,0 MW Offshore ,5 MW Onshore Handling eines innenverzahnten Rollenlagers mit mm Durchmesser im Liebherr-Werk in Biberach, Deutschland. Endmontage der aktuell größten Kompaktseilwinden KSW Diese werden in einem Schwerlastkran eingesetzt und bringen jeweils 21 t auf die Waage. 5

6 Source: REpower Systems SE/Jan Oelker Hafenkran Form 25 im Hafen von Bremen im Jahr Mittlerweile umfasst die Liebherr-Produktpalette neben Hafenmobilkranen, Containerverladebrücken, Materialumschlaggeräten und Reachstackern für den Einsatz in Häfen auch Schiffs-, Pontonund Bargekrane sowie Offshorekrane. 6

7 Spezialist für den Offshore-Bereich Auf See gelten andere Regeln als an Land. Extreme Umgebungsbedingungen und eine schwierige und sehr teure Logistik stellen höchste Ansprüche an die Zuverlässigkeit von Offshore-Windkraftanlagen. Liebherr entwickelt und fertigt seit Jahrzehnten hochwertige und langlebige Komponenten für maritime Anwendungen und ist daher mit dem erforderlichen Qualitätsniveau genauso vertraut wie mit den Richtlinien der verschiedenen Abnahmegesellschaften, z.b. Det Norske Veritas oder Germanischer Lloyd. Langjährige Erfahrung Breites Anwendungsspektrum Korrosionsgeschützte Oberflächen Liebherr baut seit Ende der 50er Jahre Krane für den Einsatz im Hafen, auf Schiffen und auf Bohrinseln, natürlich mit Antriebskomponenten aus eigener Entwicklung und Fertigung. Im maritimen Umfeld verfügt Liebherr daher über umfassendes Know-how hinsichtlich Beschichtungen, Materialauswahl und Auslegungskriterien, welches beständig weiterentwickelt wird. Auch Kunden außerhalb der Firmengruppe wissen die Offshore-Kompetenz von Liebherr zu schätzen und setzen Getriebe und Großwälzlager z.b. in Rohrverlegerschiffen, in Öl- und Gasequipment und in Schiffsantrieben ein. In Windparks auf hoher See sind Liebherr- Komponenten seit mehreren Jahren im Einsatz. Aufgrund der Umgebungseinflüsse wie salzhaltiger Luft, Gischt und Spritzwasser müssen Komponenten im Offshoreeinsatz zuverlässig vor Korrosion geschützt sein. Liebherr setzt deshalb verschiedenste Verfahren zur Oberflächenbehandlung ein. Dazu gehören beispielsweise Zinkflammspritzen und antikorrosive Beschichtungen für den Schutz der Verzahnung. Die Korrosionsschutzklasse C5-M nach DIN EN ISO wird durch Deckbeschichtungen sichergestellt. Bei Großwälzlagern werden ozon- und UV-beständige Dichtungen verwendet und Dichtungslaufflächen speziell behandelt. FAT 700 DAT 650 Anwendung Abtriebsmoment Gewicht Besonderheit Rohrverleger-Schiff (Tensioner-Einheit) Offshore- Windkraftanlage Nm 2,3 to Nm 1,5 to KUD 385VJ Azipod -Schiffsantrieb - 2,5 to Spezielles Dichtungspaket Auf der mit Jack-Up-System ausgestatteten Hubinsel Odin ist ein Schwerlastkran BOS D Litronic von Liebherr im Einsatz mit Großwälzlager, Drehantrieben und Seilwinden aus eigener Entwicklung und Fertigung. In Azipod -Antrieben von ABB werden Großwälzlager und Drehantriebe von Liebherr für die 360 -Verstellung des Schiffsantriebs eingesetzt und übernehmen damit die Ruderfunktion. Die unter Wasser befindlichen Komponenten bewähren sich in dieser Anwendung bereits seit fast zehn Jahren. 7

8 Verformungen der Anschlusskonstruktion, z.b. in Turmkopf und Rotornabe Lagerverformungen bei Betriebs- und Extremlast Schraubenberechnungen unter Berücksichtigung der Vorspannung In allen Stadien der Auslegung und Konstruktion erfolgt eine enge Abstimmung zwischen Kunde, Vertrieb, Konstruktion, Qualitätssicherung und Produktion. Dieser Blattlager-Teststand wird unter anderem zur Verifizierung der mittels FEM berechneten Verformungen verwendet sowie zur Untersuchung von Reib- und Losbrechmomenten unter verschiedenen Bedingungen. 8

9 Engineering-Kompetenz Die richtige Auslegung und Berechnung einer Komponente ist entscheidend für ihre Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Bei Multi-Megawatt-Windkraftanlagen ist eine Auslegung mit Finite-Elemente-Methoden (FEM) unerlässlich, da bei zunehmender Anlagengröße die Sensibilität gegenüber Verformungen steigt. Darüber hinaus sorgen fest definierte Freigabeprozesse bei Neu- und Weiterentwicklungen für eine optimale Produktkonfiguration und damit hohe Zuverlässigkeit. Ganzheitliche Betrachtung Detailuntersuchungen Umfangreiche Versuchs- und Laboreinrichtungen Die Berechnungsingenieure analysieren bei der Produktauslegung in enger Abstimmung mit dem Kunden alle Einflussgrößen, um das System insgesamt zu optimieren. Grundlage bei der Berechnung ist die Modellierung aller auf die Komponente einwirkenden Bauteile beim Azimutlager einer Windkraftanlage sind dies beispielsweise der komplette Maschinenträger und der Turmkopf. Eine FEM-Analyse setzt sich aus einer Vielzahl an Einzelberechnungen zusammen. Bei Großwälzlagern gehören dazu beispielsweise Berechnungen zu Verformungen und Spannungen im Bauteil selbst, sowie Einflüsse aus der Anschlusskonstruktion. In einem weiteren Schritt wird die Ausprägung von Dichtspaltaufweitungen untersucht. Bezogen auf die Lagerlaufbahnen werden nicht nur die auf die Wälzkörper einwirkenden Kräfte, sondern auch deren Druckwinkel für jeden Lastfall ermittelt. Darüber hinaus werden Festigkeitsnachweise gegen das Ablösen der Härteschicht (Core-Crushing) geführt. Die Verifizierung und Verbesserung der Berechnungsmodelle ist eine unbedingte Voraussetzung für aussagekräftige Ergebnisse und deshalb mit entscheidend für die dauerhafte Zuverlässigkeit der Komponenten - vor allem in Offshore-Anlagen. Im Liebherr-Werk in Biberach stehen die verschiedensten Mess- und Prüfstände zur Verfügung, mit denen beispielsweise das Verhalten von Getrieben unter wechselnder Last gemessen sowie die Lebensdauer überprüft wird. Pressungen in Laufbahnen unter Berücksichtigung der Druckwinkel und Laufbahnkante Getriebe für Windkraftanlagen werden speziellen Belastungstests unterzogen. In den Testläufen werden die Belastungen von 20 Betriebsjahren simuliert. Außer auf die jahrzehntelange Erfahrung im Getriebebau stützen sich die Konstrukteure von Liebherr bei der Bauteilauslegung und -freigabe auch auf Messungen der eigenen Hochfrequenzpulsator- und FZG-Verspannungsprüfstände. 9

10 Das Verzahnungsfräsen erfolgt auf Maschinen, die Liebherr in einem eigenen Werk in Kempten, Deutschland, selbst entwickelt und produziert. Fertigung und Montage von Liebherr-Komponenten erfolgen in wirtschaftlich optimierten Losgrößen auch bei Großgetrieben wie dem hier gezeigten DAT

11 Hohe Fertigungstiefe Um eine gleichbleibend hohe Qualität und Zuverlässigkeit sicherzustellen, müssen alle Fertigungsprozesse optimal ausgerichtet werden. Liebherr verbessert daher kontinuierlich alle Produktionsabläufe und investiert stetig in modernste Fertigungsanlagen. Sichere Beherrschung kritischer Prozesse Hohe vertikale Integration Umfassende Logistikkonzepte Entscheidend für die Lebensdauer einer Komponente sind neben dem Einsatz bester Materialien besonders die Ausführung und Beherrschung der kritischen Produktionsprozesse. Bei den Großwälzlagern von Liebherr ist dies das Härteverfahren. Mit modernster Anlagentechnik und eigens entwickelten Induktoren erreicht Liebherr eine konstant hohe Güte selbst bei Lagern mit bis zu mm Durchmesser. Härtegrade und -tiefen von Laufbahnen und Verzahnungen unterliegen kontinuierlichen Qualitätsprüfungen. Liebherr legt seit jeher Wert auf eine hohe Fertigungstiefe innerhalb der Firmengruppe. Dies gilt auch für den Bereich der Komponenten. Kunden profitieren damit von durchgängigen Prozessen zur Sicherung der Qualität und Liefertreue. Produktionsanlagen auf dem neuesten Stand der Technik sorgen für eine hohe Wiederholgenauigkeit der gefertigten Werkstücke und ermöglichen eine wirtschaftliche Fertigung auch von Großkomponenten. Für die Beförderung der Großkomponenten zum Bestimmungsort übernimmt Liebherr auf Kundenwunsch die komplette Abwicklung der Schwerlasttransporte. Dies beinhaltet unter anderem die sichere Verpackung des Bauteils, die Beauftragung eines geeigneten Spediteurs, die Einholung der behördlichen Genehmigungen und die zeitliche Planung. Da die Beschichtung eines Lagers für dessen Lebensdauer und Zuverlässigkeit eine wesentliche Rolle spielt, werden auch die damit verbundenen Prozessschritte wie Sandstrahlen, Verzinken und Lackieren bei Liebherr im Werk durchgeführt. Je größer die Komponente, desto schwieriger die Transportlogistik. Liebherr bringt Großwälzlager und Getriebe auf Wunsch zeitgenau auf Straße, Schiene oder Schiff an ihren Bestimmungsort. 11

12 Liebherr kann alle in der Windindustrie üblichen Zertifizierungen erfüllen. Dazu gehören die Richtlinien des Germanischen Lloyd, Det Norske Veritas und bei Bedarf auch weiterer Klassifizierungsgesellschaften. Arbeiter bei der Eingabe von Messwerten an einem CAQ-Terminal (CAQ = Computer Aided Quality Assurance), mit dem die Messwerte eindeutig dem abgearbeiteten Auftrag sowie dem Arbeitsplatz zugeordnet werden und jederzeit nachvollziehbar sind. 12

13 Auf Qualität ausgerichtet Bei Offshore-Windkraftanlagen sind zuverlässige Komponenten in gleichbleibend hoher Qualität besonders wichtig, um lange Produktionsausfälle und hohe Logistikkosten zu vermeiden. Um sicherzustellen, dass der bei Liebherr in der Konstruktion mittels Finite-Elemente-Methoden (FEM) und Fehler-Auswirkungs- Analysen (FMEA) begründete Qualitätsstandard auch in den nachfolgenden Prozessen aufrecht erhalten wird, werden sämtliche Unternehmensprozesse auf Qualität ausgerichtet. Dies beginnt bei der Auswahl der Zulieferer und reicht bis hin zum After-Sales-Service. Das Qualitätsmanagement der Liebherr-Werk Biberach GmbH ist nach DIN EN ISO 9001:2000 zertifiziert. FMEA-Prozesse Durchgängiges Qualitätsmanagement Einzigartige Messeinrichtungen Prüfung kritischer Merkmale Zur Reduzierung von Kontroll- und Fehlerfolgekosten sind heute Design- und Prozess-FMEAs integraler Bestandteil der Entwicklungsabläufe und Produktionsplanung von Neuteilen. Alle Fertigungs- und Montageabläufe werden in einem computergestützten Betriebsdatenerfassungssystem dokumentiert. Gleichzeitig dient dieses als zentrales Qualitätsmanagementsystem, mit dem die produktionsund montagebegleitenden Messungen erfasst werden. Damit sind eine umfassende Kontrolle, Überwachung und anschließende Nachverfolgung möglich. Über verschiedenste Auswertungen werden nicht nur Prozessabweichungen schnell erkannt und behoben, sondern auch die Prozesse beständig verbessert. Neben den standardisierten Messmitteln, die in der Produktion im Einsatz sind, verfügt Liebherr auch über zahlreiche hoch spezialisierte Messeinrichtungen. So wurde in den letzten Jahren am Standort Biberach beispielsweise in einen vollklimatisierten Großwälzlager-Messraum zur 3D-Vermessung von Großwälzlagern mit bis zu mm Durchmesser investiert. Dies ist weltweit einzigartig. Zur kompromisslosen Sicherung der Auslieferungsqualität unterliegen besonders kritische Maße und Oberflächenwerte, z.b. im Bereich der gehärteten Laufbahnen und Verzahnungen, einer 100 % - Prüfung. Mit den modernen Messmitteln in der Getriebefertigung werden Zahnräder nicht nur vermessen, sondern auch auf Schleifbrand untersucht. Zusätzlich zu einer Ultraschallprüfung der Rohteile werden bei jedem einzelnen von Liebherr hergestellten Großwälzlager die fertig bearbeiteten Einzelringe in einem Magnetprüffeld auf Risse untersucht, um Ausfälle aufgrund von Materialfehlern möglichst auszuschließen. 13

14 Rotorblattlager Azimutantrieb Pitchsteuerung Azimutlager Pitchantrieb Ersatzteile Liebherr-Ersatzteile sind weltweit schnell vor Ort, egal wann und wo sie gebraucht werden. 14

15 Produktübersicht Als einziger Hersteller weltweit bietet Liebherr nicht nur einzelne Komponenten, sondern das komplette Azimut- und Rotorblattverstellsystem für Windkraftanlagen an. Drehantriebe Jedes Getriebe wird an die individuellen Bedürfnisse der Kunden angepasst. Dabei wird zwischen drei Haupt-Bauformen unterschieden: mit kurzem Abtriebsstock mit langem Abtriebsstock alternativ als Winkelgetriebe Auf Wunsch wird das Getriebe mit Liebherr-Elektromotor geliefert. minimal maximal Drehmoment Nm Übersetzung Gewicht kg Einreihiges Vierpunktlager außenverzahnt Zweireihiges Vierpunktlager außenverzahnt Blatt- und Azimutlager Übliche Bauformen für Blatt- und Azimutlager sind ein- und zweireihige Vierpunktlager mit Außen- oder Innenverzahnung. Auf Anfrage sind auch Rollenlager lieferbar. Vierpunktlager Rollenlager Außendurchmesser mm Verzahnungsmodul Gewicht kg Rollenlager außenverzahnt Blattverstellzylinder Alternativ zur elektromechanischen Blattverstellung mittels Getriebe und Elektromotor bietet Liebherr Zylinder für die hydraulische Verstellung an. minimal maximal Hublänge mm Kolbendurchmesser mm Schulungen Die Produktexperten von Liebherr geben in Schulungen gerne ihre Erfahrung weiter. Service Liebherr-Mitarbeiter sind nicht nur für Wartungseinsätze schnell vor Ort, sondern führen auch Schulungen direkt auf der Windkraftanlage durch. 15

16 Liebherr-Component Technologies Die Liebherr-Component Technologies AG mit Sitz in Bulle, Schweiz, ist für alle Aktivitäten der Sparte Komponenten der Firmengruppe Liebherr zuständig. Die zu dieser Sparte gehörenden Gesellschaften und Unternehmensbereiche sind auf die Entwicklung, Konstruktion, Fertigung und Aufarbeitung leistungsfähiger Komponenten auf dem Gebiet der mechanischen, hydraulischen und elektrischen Antriebs- und Steuerungstechnik spezialisiert. Langjährige Erfahrung Liebherr verfügt über jahrzehntelange Erfahrung im Bereich qualitativ hochwertiger Komponenten, die in Kranen und Baumaschinen, in der Minenindustrie, maritimen Anwendungen, Windkraftanlagen, in der Fahrzeugtechnik oder in der Luftfahrt und Verkehrstechnik zum Einsatz kommen. Synergieeffekte aus den anderen Produktbereichen der Firmengruppe Liebherr werden sinnvoll genutzt, um die stetige technologische Weiterentwicklung voranzutreiben. Für jede Anforderung die richtige Lösung Dank der hohen Fertigungstiefe und dem Einsatz modernster, flexibler Produktionsanlagen kann Liebherr seinen Kunden maßgeschneiderte Lösungen bieten. Jede Komponente wird nach individuellen Wünschen und Anforderungen entwickelt. Liebherr ist Ihr Partner für den gemeinsamen Erfolg - von der Produktidee über die Entwicklung, Fertigung und Inbetriebnahme bis hin zur Serienfertigung. Für die mechanischen und hydraulischen Komponenten des Antriebsstrangs bietet Liebherr in einem spezialisierten Werk eine Aufarbeitung in verschiedenen Stufen an. Systemlösungen aus einer Hand Komponenten von Liebherr sind in ihrer Funktionsweise perfekt aufeinander abgestimmt, so dass im Verbund hohe Gesamtwirkungsgrade erreicht werden. Je nach Anforderung können einzelne Komponenten aus der breiten Produktpalette bis zum kompletten Antriebsstrang erweitert werden. Dadurch entstehen überzeugende Systemlösungen, die in eine Vielzahl von Anwendungen integrierbar sind. Qualität und Spitzentechnologien Alle Komponenten erfüllen selbst unter härtesten Belastungen höchste Ansprüche an Funktionssicherheit und Lebensdauer. Ein ausgefeiltes Qualitätsmanagement sowie umfangreiche Prüf- und Testverfahren begleiten den gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozess und sichern die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Komponenten. Qualifizierte und veranwortungsbewusste Mitarbeiter tragen ihren Teil zum hohen Liebherr-Qualitätsstandard bei. Biberach: Großwälzlager, Getriebe, Steuerungstechnik, elektrische Maschinen Lindau: Elektronik Kirchdorf: Hydraulikzylinder Bulle: Dieselmotoren, Hydraulik, Pumpenverteilergetriebe Ettlingen: Tauschkomponenten Monterrey: Großwälzlager Printed in Germany by Typodruck BK COB _de Liebherr-Components Biberach GmbH Vertrieb Komponenten Windenergie Hans-Liebherr-Straße 45, D Biberach an der Riß , Fax info.cob@liebherr.com Änderungen vorbehalten.