Im rasch wachsenden Markt für Windenergieanlagen (WEA) hat die Qualitätssicherung hohe Priorität. Niedrige Systemkosten, Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit der Teile sind entscheidende Faktoren für die Rentabilität solcher Anlagen. Koordinatenmesstechnik sichert dabei engste Toleranzen, die Funktion und Lebensdauer der Anlagen bestimmen.
Hauptkomponente der meisten Windenergieanlagen sind Getriebe. Die Anforderungen an die Qualität sind hoch: Wenn der Wind in Böen bläst, ist ein möglichst spielfreier Betrieb unumgänglich, um eine lange, wirtschaftliche Lebensdauer des Systems sicherzustellen. Der mechanische Wirkungsgrad hat direkte Auswirkungen auf die Wirtschaftlichkeit. Ein weiteres Ziel ist die Geräuschreduktion in den Getrieben, denn nur exakt gefertigte Komponenten sichern einen geräuscharmen Betrieb, wichtig vor allem bei Anlagen in der Nähe von Wohngebieten. Nicht so bei Off-Shore-Anlagen, dafür sind die schwieriger zu warten als Ihre Brüder an Land: Hier ist eine noch höhere Qualität erforderlich. Nicht sehr viele Hersteller sind wirklich dazu in der Lage, entsprechend große und widerstandsfähige Getriebe zu bauen, die bei Off-Shore-Systemen noch größer dimensioniert sind.
Toleranzen bis zu 1 Tausendstel Millimeter
Eine Windkraftanlage soll über ihren gesamten Lebenszyklus mit höchsten Wirkungsgraden Windenergie in elektrische Energie umwandeln. Dazu müssen die hohen Maß-, Form- und Lagetoleranzen bei der Fertigung der beweglichen Komponenten zuverlässig eingehalten werden. Das gilt vor allem für Planetenträger und Gehäuse von Planetengetrieben. Die Achsabstände müssen genau passen, die Achsenfluchten absolut parallel liegen. Toleranzen von bis zu 0,001 mm müssen bei der Produktion eingehalten werden
Kaum jemand wird solche Teile herstellen, ohne die Einhaltung der Toleranzen zu überprüfen. Die Teilegenauigkeit kritischer Komponenten für Windkraftanlagen bestimmt die Effizienz der Anlage. Also muss eine zuverlässige, begleitende Überwachung des Herstellungsprozesses installiert werden.
Diese Anforderungen erfüllen eigentlich nur CNC-gesteuerte 3D-Koordinatenmessgeräte (KMG). Die traditionellen Kunden dafür befinden sich in der Automobilindustrie. Das übliche Messvolumen beträgt hier ca. 1 Kubikmeter. Aber bereits sehr früh machten es Anwendungen, etwa für Druckmaschinen, große Dieselmotoren für LKWs und Schiffe, Teile für die Energie-, Luft- und Raumfahrtindustrie, notwendig, Messmaschinen mit noch größeren Messvolumen zu entwickeln.
Bis zu 200 Kubikmeter im Mess-Griff
Carl Zeiss Industrielle Messtechnik ist als Pionier der CNC-gesteuerten 3D-Koordinatenmesstechnik seit 1973 Marktführer in diesem Bereich. Die steigenden Ansprüche bei der Fertigung von Windkraftanlagen unterstützt Carl Zeiss mit den hochpräzisen 3D-Koordinatenmessgeräten der Baureihe MMZ.
MMZ E und MMZ B als Brückenmessmaschinen mit Messbereichen von 2 m³ bis 200 m³ sind ideal für Mischmaterialien und zerspanend hergestellte Teile mit Standard-Genauigkeiten. MMZ T als Portalmessmaschine mit integriertem (Stahl-)Tisch repräsentiert die hochgenaue „Mittelklasse“ für Teile bis 2 x 3 x 1,6 Meter (X/Y/Z). Schließlich bietet MMZ G hohe Messgenauigkeit auch für besonders große Teile. Der Messbereich reicht von 2 x 3 x 2 Metern (X/Y/Z) bis zu „Giganten“, die es erlauben, Getriebe und Lager von bis zu 5 Metern Durchmesser und Gehäuse oder andere Teile mit bis zu 11 Metern Länge, 5 Metern Breite und 3,5 Metern Höhe zuverlässig zu messen.
Verzahnungen mit großem Durchmesser (2000 mm und mehr) werden in Getrieben für WEAs eingesetzt. Grundsätzlich können Verzahnungen mit oder ohne Drehtisch gemessen werden. Der Einsatz eines hochgenauen Drehtisches kann aber bei manchen schräg verzahnten Rädern oder Kegelrädern notwendig sein, um die Zahnflanken vollständig zu erfassen. So kann die MMZ G mit in den Boden integrierten Drehtischen ausgestattet werden, die bis zu 12 Tonnen Traglast aufnehmen.
Mit der Standard-Messsoftware CALYPSO können alle geometrischen Merkmale einfach gemessen werden, inklusive Form- und Positionstoleranzen. Die zusätzliche verfügbare Software GEAR PRO vereinfacht darüber hinaus das Messen von internen und externen Verzahnungen, gerade oder schräg verzahnt, – ebenso wie das Messen von Kegelrad- und Schneckengetrieben.
Mit dem Messkopf VAST von Karl Zeiss kann die Messmaschine nicht nur Einzelpunkte erfassen, sondern ist vielmehr prädestiniert für das Scannen, um eine ganzheitliche Aussage zu dem Werkstück zu erhalten. Die integrierte Navigator-Technologie ermöglicht das Scanning bei hohen Geschwindigkeiten auch bei langen und flexiblen Tastern, ohne an Genauigkeit zu verlieren.
Der Messkopf kann Tastersysteme von bis zu 600 g und 800 mm Länge in allen Richtungen tragen. Dies erlaubt es tief in Gehäuse einzudringen und komplexe Strukturen zugänglich zu machen. Reicht dies nicht aus, ist es möglich mit Hilfe der Technologie MASS (Multi Application Sensor System) von Carl Zeiss einfach ein rastendes Dreh-Schwenk-Gelenk anzuschließen und damit weitere optische und taktile Messköpfe zu verwenden.
Die frei wählbare Platzierung der Tasterwechselmagazine ermöglicht auch das automatische Wechseln großer, sperriger Tasterkombinationen. Einen hohen Sicherheitsstandard bietet der volle Kollisionsschutz für Pinole und Tastkopf sowie Sicherheitslichtschranken, die bei Unterbrechung auf reduzierte Geschwindigkeit umschalten.
Die Flexibilität von MMZ G erlaubt es, Getriebe genauso wie Gehäuse, Lager und alle Arten von großen Präzisionsteilen auf der gleichen „Best in Class“ Maschine zu messen.
MMZs werden in der Windenergie-Industrie weltweit eingesetzt. So helfen etwa Messgeräte aus der MMZ-Linie einem der führenden Hersteller von mechanischen Antriebskomponenten, der Siemens AG, Mechanical Drives, die Qualität von Getriebeteilen für Windkraftanlagen zu steigern.
Carl Zeiss, Oberkochen www.zeiss.de/imt
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