Ein Energiereiches Stelldichein zwischen Himmel und Erde
Kleve -
Härterei-Experte Ipsen liefert die Wärmebehandlung für eine Spezial-Fertigung von Windkraft-Getrieben, die in den USA ihre Heimat finden wird.
(IINews) - Für Windkraftanlagen ist das Beste gerade gut genug. Das gilt selbstverständlich auch für die Wärmebehandlung der großen Sonder-Getriebe in ihren 150 Meter hoch positionierten Kanzeln. Dort kommen komplette Planetenradsätze mit bis zu zwei Metern Durchmesser zum Einsatz.
Eine technische Lebensdauer (Standzeit) von bis zu 20 Jahren wird dabei über funktionale Garantieleistung abgedeckt. Fakt ist: Die Energie-Giganten zwischen Himmel und Erde drehen ihre Windflügel über 160.000 Stunden – so oft der Wind weht. Und erst die korrekte Wärmebehandlung macht diesen Dauerlauf möglich.
Beinahe verloren wirkt der Montagearbeiter (Bildmitte) zwischen den gewaltigen Boxöfen für die Fertigung von Windkraft-Getrieben. Die Öfen werden im Ipsen-Stammwerk in Kleve, NRW, aufgebaut und für die endgültige Montage in die USA verschifft. Sie übertreffen an Fassungsvermögen alle existierenden Anlagen und sind für eine automatisierte Prozess-Steuerung mittels Ipsen AutoMag ausgelegt.
Ipsen ist heute weltweit führender Hersteller für hochwertige Anlagen zur Wärmebehandlung von Stahl. Und Ipsen steuert eine hochspezialisierte Anlage zur Wärmebehandlung bei, die alle Ansprüche hinsichtlich der metallurgischen Kennwerte von Getriebekomponenten erfüllt. Gleichzeitig macht Ipsen einen außergewöhnlichen Schritt in Bezug auf die Größe der Anlagen, die Chargen bis 15 Tonnen Gewicht und Getriebeteile bis zwei Meter Durchmesser automatisiert und exakt prozessgesteuert wärmebehandeln können.
Verglichen mit Getriebeteilen, die für Fahrzeuggetriebe von Personenwagen in Wärmebehandlungsöfen bearbeitet werden, welche im grob 0,3 Kubikmeter großen Chargenraum etwa das gleiche Volumen aufweisen wie eine handelsübliche Gefriertruhe für eine vierköpfige Familie, wachsen die Dimensionen der wichtigsten Komponenten für die neue Anlage beinahe in gigantische Dimension von enormer Größe.
Die von Ipsen hergestellten Bestandteile umfassen im Einzelnen die folgenden Komponenten:
- 3 Boxöfen (bis 1.050 °C) mit jeweils einem Chargennutzraum von 4,6 Kubikmetern (1.5 x 1,8 x 1,7 m), ausgelegt auf ein Gewicht der Charge von 7 Tonnen
- 2 Nitrieröfen (maximal 650°C) von 2 Metern Durchmesser und drei Metern Höhe (Fassungsvermögen 6,3 Kubikmeter)
- 1 Ölbad von 50 Kubikmetern Fassungsvermögen zum raschen Abschrecken der Werkstücke im Härte-Öl. Dieser Ipsen SuperQuench hat größere Antriebsmotoren und Umwälzer als das Standard-Ölbad und verfügt über optimal geführte Leitkanäle.
- 1 Vorwärmofen (Gas) bis 450°C, dient zur Verkürzung der Vorwärmzeiten in den anderen Öfen – und funktioniert bei Bedarf auch als Anlass-Ofen.
- 1 Anlass-Ofen (elektrisch)
- 1 Wascher aus Edelstahl, für die Reinigung aller Bauteile
- 2 Lader, speziell dimensionierte Transport- und Förderfahrzeuge für schwere und heiße Fracht, die in der Lage sind, bis zu sieben Tonnen schwere Chargen unter hoher Temperatur - bis zu 1.000°C - und weitgehend isoliert von der kühlenden Wirkung der Umgebungsluft von einem Ofen zum anderen oder zum Ölbad zu transportieren.
Speziell bei den Ladern wurde nicht nur hinsichtlich der Werkstück-Isolierung sondern auch hinsichtlich der Transportgeschwindigkeit optimiert. Schließlich zählt für die Zeit der Charge zwischen den Öfen und Bädern jede Sekunde doppelt. Die optimalen Transportzeiten für den Transport der heißen Chargen vom Boxofen zum Ölbad sind im Vorfeld genau ermittelt und definiert worden.
Nach den Abmessungen der insgesamt größten Bauteile im Windkraftgetriebe wurden speziell die riesigen Nitrieröfen ausgelegt: Dimensioniert auf maximal 15 Tonnen Chargen-Gewicht (Brutto) fassen diese Öfen mehrere der riesigen Hohlräder mit zwei Metern Durchmesser.
Die drei Boxöfen verfügen als besonderes Qualitätsmerkmal über eine speziell ausgemauerte Isolierung, welche auf die üblichen Faser-Dämmstoffe verzichtet - zugunsten einer besser ausgeprägten Standzeit der gesamten Ofen-Konstruktion.
Die komplette Anlage ist auf Dreischicht-Betrieb und Sechstage-Woche über 50 Arbeitswochen pro Jahr ausgelegt. Das gesamte Kontingent entspricht somit dem anspruchsvollen Fertigungsziel von maximal 1.000 Spezialgetriebe für Windkraftanlagen pro Jahr.
Ipsen verfügt über eine erprobte und speziell abgestimmte Software namens AutoMag, welche auch in der geplanten Fertigung mit Sitz in den USA den gesamten Prozess der Wärmebehandlung für jede Charge und praktisch jedes einzelne größere Bauteil akribisch dokumentiert und eine automatisierte Fertigung sicherstellt. Diesem Vorgang kommt etwa in dem Fall eine besondere Bedeutung zu, wo manche Bauteile in geringer Losgröße die Fertigung durchlaufen, während andere in voller Auslastung der Öfen behandelt werden.
Speziell bei den Getrieben von Windenergieanlagen spielen die Eigenschaften, die durch Wärmebehandlung definiert werden, eine extrem wichtige Rolle. Kurzformel: Die Oberflächenhärte spezifiziert die Haltbarkeit. Windkraftanlagen werden üblicherweise auf 20 Jahre – möglichst unterbrechungsfreier – Betriebszeit ausgelegt. Das bedeutet für eine Anlage von 150 Metern Kanzelhöhe über 20 Jahre rund 180 Millionen Umdrehungen des Rotors (13 – 20 U/min) oder 17 Milliarden Umdrehungen des Elektrizität erzeugenden Generators, der vom Rotor mittels einer Untersetzung etwa im Verhältnis 1:100 angetrieben wird.
Getriebeteile, die so einen extremen Dauerlauf aushalten sollen, stellen natürlich höchste Anforderungen an die Wärmebehandlung. Nur mittels spezieller Wärmebehandlungsverfahren, welche die spezifischen Eigenschaften der Getriebe-Komponenten „genau auf den Punkt“ herzustellen helfen, lässt sich hier die bestmögliche Haltbarkeit erzielen.
Dabei leisten die Windkraft-Giganten heute bereits 2,5 Megawatt. Die nächste Generation mit drei Megawatt ist bereits in Sichtweite.
Bereits die Größe der Getriebe-Bauteile bei Windkraftanlagen stellt gehobene Anforderungen an die Wärmebehandlung des verwendeten Stahls: Bis zu zwei Meter Durchmesser weisen die größten Zahnräder auf, bis zu drei Meter lang sind die Wellen dazu. Ipsen hat die passenden Wärmebehandlungsanlagen entwickelt – und die exakt maßgeschneiderten Verfahren und Sofwarelösungen natürlich auch.
Bereits die kompakteren Zahnradsätze im Untersetzungsgetriebe einer Windkraftanlage werden generell mit dem Kran gehandhabt, schon weil ihr Gewicht bereits bei rund 30 Zentimetern Durchmesser um 50 Kilogramm liegt. Es geht bei so einer Getriebe-Bauart darum, im engen Raum der Windkraftanlagen-Gondel ein beständiges Drehzahlniveau der Luftschraube von etwa einer Drittel-Umdrehung pro Minute um den Faktor 100 ins Schnelle zu übersetzen.
Im Mittelpunkt liegt zudem die Forderung, wonach Windkraftanlagen mit 20 Jahren Einsatzdauer „praktisch ewig haltbar sein müssen“. Schon deshalb, weil sich die Kosten für Reparaturen mit der Größe der Anlagen ebenso multipliziert wie mit dem Aufstellungsort On-shore oder Off-Shore. Von den entgangenen Energiekosten für jeden Fall einer Panne gar nicht zu reden.
Jedes dieser Getriebe bildet das Kernstück für eine hochmoderne Windkraft-Anlage mit 2,5 Megawatt Leistung – genug für die Energieversorgung von etwa 3.000 – 4.000 Haushalten mit jeweils vier Personen.
Doch bereits heute sind Anlagen mit drei Megawatt Nennleistung in. Auch diese Generation vertraut auf Getriebetechnik veredelt by Ipsen.
Die technischen Hintergründe der Windkraft-Nutzung
Wie unerfreulich Getriebe-Schäden an hoch entwickelten Windkraftanlagen sein können, das erfuhr die Organisation „New Zealand Windfarms“, die wegen mechanischer Defekte an ihren Zweiflügel-Anlagen einen Verlust von 6,3 Millionen NZ$ („6,3 Mio. Kiwi-Dollar“= 3,4 Mio €) abschreiben musste. Bei den betroffenen Anlagen waren durch fehlerhafte Wärmebehandlung starker Verschleiß der Getriebe und daraus folgend, Ausfälle der gesamten Anlage zu verzeichnen. Die Kosten für die komplette Überarbeitung mehrerer hundert Windkraftanlagen wurde mit 24 Millionen NZ$ (13 Mio. €) angegeben.
Im Bild die einteilige Kammer des 50 Kubikmeter fassenden Ölbades für genau definierte Abschreck-Vorgänge, kombiniert mit einer präzisen Prozesssteuerung, aktuell auf automatisierte Fertigung vorbereitet. Die Ipsen-Anlage ist damit in der Lage, aufwendige Qualitäts-Prozesse nicht nur in enger Toleranz der geforderten Prozessgrößen auszusteuern, sondern gleichfalls präzise zu dokumentieren – wenn es sein muss, für beinahe jedes einzelne Bauteil von jährlich 1.000 Spezialgetrieben.
Speziell das Spektrum der von Ipsen vertriebenen Öfen für die jeweils maßgeschneiderte Wärmebehandlung hilft, solche Ausfallserien weitgehend zu vermeiden. Ipsen ist neben der Vakuum-Technik und der allgemeinen Atmosphären-Technik auch auf die Herstellung von sogenannten Kammer- oder Box-Öfen für die anspruchsvolle Wärmebehandlung von Metallen spezialisiert.
Von Grund auf sind Ipsen-Ofenanlagen für automatisierten Betrieb besonders gut vorbereitet. Daraus entsteht eine besonders systematische Vermeidung von Handling-Fehlern. Alle Ipsen-Anlagen beherrschen die kontinuierliche Überwachung sämtlicher Prozessparameter, zugleich die Dokumentation des kompletten Wärmebehandlungs-Prozesses. So kann man gute Qualität nicht nur einmal herstellen, sondern zugleich reproduzierbar dokumentieren.
Insgesamt sprechen für die Ipsen-Anlagen ihre konstant gute Fertigungs-Qualität sowie die geringen Folgekosten. Dramatische Getriebefehler als Folge von falscher Wärmebehandlung, wie zuvor beschrieben, lassen sich hier sorgfältig vermeiden. Teure Stillstands-Zeiten – entscheidend bei Windkraftanlagen - und die hiermit verbundenen Ertragsverluste kommen nicht vor.
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Unternehmensinformation / Kurzprofil:
Ipsen ist seit mehr als 60 Jahren auf die Entwicklung und Errichtung hochwertiger Industrieöfen und -anlagen zur Wärmebehandlung von Bauteilen und Komponenten spezialisiert. Wie kaum eine andere Unternehmensgruppe hat der Weltmarktführer die Entwicklung der Wärmebehandlung vorangetrieben: Mit innovativen Technologien sorgt Ipsen für immer neue Wege, dem Stahl bessere Eigenschaften zu verleihen. Als Systemanbieter stellt das Unternehmen seinen Kunden dabei modernste Technik mit perfekt aufeinander abgestimmter Hard- und Software zur Verfügung. Das Unternehmen verfügt über Produktionsstandorte in Europa, Amerika und Asien und Repräsentanzen in 34 Ländern. Zu den Kunden zählen insbesondere Unternehmen aus der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie dem Werkzeug- und Maschinenbau.
Ipsen International GmbH
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Datum: 17.01.2011 - 13:20 Uhr
Sprache: Deutsch
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Kategorie:
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