Nase vorn im Wind

Anbieter zum Thema

Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

neutec werkzeugmaschinen AG

ATP Hydraulik AG

Siemens Industry Software GmbH

Sicherheit ist oberstes Gebot

Während der Entwicklung kristallisierte sich für PSA heraus, dass der H-Rotor von der Belastung her das zentrale Element ist. Die Lager des Generators sind gleichzeitig auch die Lager des H-Rotors. «Also entschieden wir uns für recht massive Lager, die dem gesamten Winddruck mit seinen starken radialen Kräften standhalten können», schildert Reich.

Das Thema Sicherheit war auch bei der Bremse oberstes Gebot. Gewährleistet sein musste, dass die von der Norm definierte Maximaldrehzahl von 150 U/min nicht überschritten wird. PSA entschied sich für eine hydraulisch gesteuerte Bremseinheit und entwickelte diese selbst - «damit sie gut ins Gesamtsystem integriert ist», so Reich.

Die Lösung: Das Bremssystem wird hydraulisch geöffnet (fail-safe). Die Bremse selbst funktioniert über vorgespannte, starke Federn. Bei Starkwind wird die Anlage stromlos geschaltet. Dann fällt der Hydraulikdruck und die Bremse arretiert sich automatisch.

Schneller mit 3D

Die Ideen zu den mechanischen Komponenten wurden von Beginn an als CAD-Modell entworfen. «In nur drei Wochen Entwicklungsarbeit konnten wir so ein erstes funktionsfähiges Muster für weitere Tests erarbeiten. Das ist extrem schnell», meint Reich. Solche kurzen Durchlaufzeiten kann PSA nur gewährleisten, weil das Unternehmen sehr gut ausgerüstet ist - von der Entwicklung über die Teilefertigung bis zur Montage und Auslieferung. Dazu kommt der Vorteil der Durchgängigkeit vom CAD-Modell bis zur CAM-Programmierung.

Im Juni 2009 war das Projekt so weit fortgeschritten, dass auf dem Versuchsgelände in Horn der Prototyp der Anlage aufgebaut werden konnte: Ein 15m hoher Turm mit drei senkrecht gestellten Rotorflügeln von je sechs Meter Länge, die in einer Einstellung von 120 Grad zueinander stehen. Im Durchmesser misst die Spannweite des Rotors 3,70m. Er dreht sich um einen Generator mit 500mm Durchmesser und 800 mm Höhe.

Rotor arbeitet leise

Die Anlage vom Typ ev600 läuft schon ab 1,8m/s Wind selbständig an und stellt sich bei einer Windgeschwindigkeit von 16 m/s (58km/h) automatisch ab. Nach Einschätzung von Windrad-Designer Roman Bühler gibt es derzeit keine vergleichbare Anlage, die bei so geringen Windstärken arbeitet. Über einen Verteiler kann die «Stromernte» direkt ins Hausnetz eingespeist werden.

Eine Besonderheit sind die aerodynamisch geformten Flügel mit messerscharfen Spitzen. Ohne Strömungsabriss erzeugt der Wind in der Drehung des Rotors auf der Innen- wie Aussenseite des Flügelprofils Auftrieb. Die Flügel können Wind aus jeder Richtung annehmen und reagieren auch sofort auf Windböen.

Viel Know-how ist in die Materialwahl der Flügel geflossen. Sie bestehen zu 100% aus Carbon Composite, werden in einem neuen Verfahren hergestellt und sind mit 18 kg pro Stück echte Leichtgewichte. Anders als bei Windanlagen mit horizontalen Flügeln ist zudem Lärm kein Thema: Mit 43 dB läuft die ev600 fast geräuschlos.

Leistung besser als erwartet

Vor der Serienfertigung musste die neue Anlage viele Versuche durchlaufen. «Es galt vor allem zu testen, wie die Pitch-Steuerung und die Bremsansteuerung auf verschiedene Windverhältnisse reagieren», schildert Reich. Die ersten Ergebnisse waren ermutigend. Als die Pilotanlage das erste Mal lief, lag die Leistung bereits knapp über den Erwartungen von 38 bis 40%. Tatsächlich lief sie mit einer aerodynamischen Leistung um die 50%, brachte also im Verhältnis so viel Leistung wie Grosswindanlagen mit horizontalen Flügeln. Inzwischen sind alle Einzelteile der Anlage des Typs ev600 CE-zertifiziert. Angestrebt wird nun eine Zertifizierung der Gesamtanlage.

Grosse Nachfrage

Die Reaktionen des Marktes auf die neue Windanlage sind sehr positiv, wie Adrian Märklin, CEO und Verkaufsmanager von envergate, berichtet. Sie stosse in der Fachwelt auf reges Interesse. Mehr als zehn Bestellungen für die ab 50000 CHF angebotene Anlage des Typs ev600 waren bis Ende März bereits unterschrieben. «Wir haben nicht so schnell mit so viel Resonanz gerechnet», so Märklin. Auch mit PSA als Engineering-Partner ist er sehr zufrieden: «Wir sind froh, dass es Firmen wie PSA gibt, die an ein Projekt wie envergate glauben und bereit sind, gemeinsam unbekanntes Terrain zu begehen. Das hat uns sehr geholfen, schnell auf einen so hohen technischen Stand zu kommen.»

PSA ging bei diesem Projekt in Vorleistung bei der Entwicklung und Produktionsvorbereitung - im Hinblick auf eine längerfristige Zusammenarbeit mit envergate. Vertraglich geregelt ist eine Rückvergütung pro verkaufte Anlage. Die Serienproduktion soll künftig bei PSA in Au stattfinden. Der Markt für das Projekt ist von Anfang an global ausgerichtet. Selbst aus Indien gibt es bereits zwei Bestellungen, die momentan vorbereitet werden.

Mit der aktuellen 10-kW-Anlage (6-m-Flügel) stehen die Planungen von envergate und PSA für den Energiemarkt erst am Anfang. Aktuell sind weitere Modelle in der Entwicklung: Zum Beispiel eine 3- kW-Anlage, die ein Einfamilienhaus mit Strom versorgen kann und Flügel mit einer Spannweite von drei Meter hat. Ein Prototyp dieser Anlage wurde auf der Fachmesse «new energy» Mitte März im norddeutschen Husum und im April auf der «Klimawelt» in Zürich vorgestellt .

Information/ Engineeringpartner

PSA - Paul Schilling AG

Werkstrasse 7

9434 Au?/?SG

Tel. 071 747 51 51

Fax 071 747 51 61

psa@psa-ag.ch

www.psa-ag.ch

Hannover Messe: Halle 4, Stand C12

Auftraggeber?/?Entwicklungspartner

envergate gmbh (envergate sàrl)

Seestrasse 17

9326 Horn TG

Tel. 071 508 10 20

Fax 071 845 55 28

sales@envergate.com

www.envergate.com

3D-CAD-System

Siemens PLM Software

Grossmattstrasse 9

8902 Urdorf

Tel. 044 755 72 72

Fax 044 755 72 70

info.ch.plm@siemens.com

www.siemens-plm.ch

Autorin

Michaela Geiger, TextConceptions.ch,

Schlieren