Bei den immer größer dimensionierten Windkraftanlagen spielen neben den Hauptfiguren, den mächtigen Türmen und Rotoren, eher unscheinbare Charaktere eine große Rolle: Schrauben. Doch so einfach es auch aussehen mag, das exakte Anziehen von Schrauben ist eine Kunst für sich. Ultraschall-Permanent-Sensoren und Data-Matrix-Codes sorgen für perfekten Halt bei jedem Wetter.
Auf den ersten Blick gleicht eine der anderen. Aber spätestens bei der Vermessung mit Ultraschall offenbart jede Schraube ihr individuelles Innenleben und eine charakteristische Oberfläche. Wenn auch nur im µ-Bereich, so gibt es doch keine zwei Schrauben mit der genau gleichen Form und Länge. Streuende Reibungswerte in Gewinde und unter Kopf machen das präzise Anziehen von Schrauben zu einer echten Herausforderung. Daher ist es kein Wunder, dass bei der drehmomentgesteuerten Montage sicherheitshalber meist Anziehfaktoren von 1,8 bis 2,0, also die Auslegung auf doppelte Maximalkraft als tatsächlich als Vorspannkraft benötigt, verwendet werden. Genau genommen sind die meisten Schrauben überdimensioniert – zu groß, zu schwer und daher zu teuer.
Vorspannkraft statt Drehmoment
Wesentlich präziser lassen sich Schrauben anziehen, bedient man sich nicht des Drehmoments als Referenzgröße, sondern der Zielgröße Vorspannkraft selbst. Diese berücksichtigt im Vergleich zum „Kraft mal Hebelarm“ des Drehmoments nur die zum ausreichenden Vorspannen einer Schraube notwendige Kraft – unabhängig von Reibwerten.
Um diese eigentliche Zielgröße exakt anwenden zu können, arbeitet man schon seit Jahrzehnten mit der Ultraschalltechnik. Sie misst die Vorspannkraft der Schraube unmittelbar beim Anziehen. Doch dabei gab es bislang noch immer eine mögliche Quelle für fehlerhafter Messwerte: das Übertragungsmedium, in der Regel ein Kontaktgel oder bei aufgeklebten Sensoren verschiedene Klebstoffe. Um diese letzte Fehlerquelle auszuräumen, hat Intellifast GmbH, Speyer, Permanent-Sensoren für Schrauben entwickelt.
Mittels Dünnschichttechnologie werden in einem Vakuumprozess drei dauerhafte Schichten auf die Schraubenköpfe oder -enden aufgedampft. Eine direkt mit dem Schraubenmetall verbundene Piezoschicht dient dabei als permanenter Mini-Sensor für einfache und schnelle Ultraschallmessungen. Verbindungselemente können so mit einer Genauigkeit von +/- 3 % exakt mit der gewünschten Montagevorspannkraft verschraubt werden. Die Folge: Es lassen sich leichtere, kleinere und somit kostengünstigere Schrauben und Verbindungsstücke wie beispielsweise Flansche verwenden.
Für absolute Sicherheit optimal dimensionierter Schrauben setzt Intellifast auf die Track-and-Trace-Lösung Digifast. Dabei werden Schraubenköpfe oder -enden durch einen Laser mit einem individuellen Data-Matrix-Code versehen. Hinter diesem Code verbirgt sich eine zwanzigstellige Standardzahl. Zuvor mittels Ultraschall individuell eingemessen, erhält jede einzelne Schraube auf diese Weise ihren individuellen Steckbrief. Hierzu gehören neben der Referenzzeit der unverspannten Schraube auch die Kennung des Verschraubungsfalles und eine ID-Nummer.
Der ID-Reader Dataman 100 von Cognex – als Handheld oder integriert in einen Inspektionskopf von Intellifast – erkennt am Montageort die einzelne Schraube wieder. Im nächsten Arbeitsschritt weist das Messgerät LP3000B der Schraube die exakte Montagevorspannkraft zu und steuert ein hydraulisches Werkzeug bis zum Erreichen dieser Zielgröße. Der Prozess vollzieht sich nach Starten des Werkzeugs per Druckknopf vollautomatisch. Nach der Schrauben-Erkennung muss nur das Werkzeug an den Schraubenkopf angelegt werden. Mit Hilfe eines Messpins, der in das Standard-Anziehwerkzeug integriert ist, misst das System während der Montage die genaue Vorspannkraft. Die einfache Steuerung und schnelle Kontrolle durch das Sensor-System optimiert den Verschraubungsvorgang.
Doch nicht nur bei der Montage bietet digifast mit Dataman 100 von Cognex an Bord Vorteile. Das Messgerät LP 3000B ermöglicht auch die einfache und zerstörungsfreie Vorspannkraftmessung im verschraubten Zustand. Das Industrie-ID-Lesegerät Dataman 100 gewährleistet das zuverlässige Lesen von anspruchsvollsten Codes. Sehr kompakt, integriert der ID-Reader Beleuchtung, Kamera, Prozessor und Schnittstellen in einem robusten Gehäuse. So erkennt er auch unter schwierigsten Bedingungen die Data-Matrix-Codes der Schrauben wieder.
Automatisch, praktisch, dauerhaft
Zur Zeit noch nicht im Einsatz, doch heute schon für fernab der Küstenlinie gelegene Offshore-Windparks geplant, sollen bald automatische Sensorsysteme die Werte der Schraubenvorspannkraft messen. Regelmäßig an die Steuerzentren der Betreiberfirmen geliefert, lassen sich auf diese Weise alle relevanten Verbindungswerte permanent überwachen. Kostenintensive Routine-Inspektionen durch Wartungstrupps können entfallen.
Intellifast, Speyer www.intellifast.de
Cognex, Karlsruhe www.cognex.de
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