Situation

Einer der weltweit größten Windkraftanlagenhersteller will seine Position auf dem schnell wachsenden Markt für Offshore-Windenergie ausbauen. Offshore-Anwendungen stellen höhere Anforderungen an Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und wartungsarmes Design als Onshore-Anlagen.
Um diese Anforderungen zu erfüllen, beschließt der Hersteller, von der traditionellen Antriebstechnik mit Getriebe auf einen Direktantriebsgenerator auf Permanentmagnetbasis umzusteigen. Bei dieser Konfiguration ist der Rotor ohne Zwischengetriebe direkt mit dem Generator gekoppelt. Dies führt zu:

• weniger mechanische Bauteile,
• höhere Zuverlässigkeit,
• geringere Wartungskosten,
• und eine höhere Energieeffizienz.

Komplikation

Obwohl die Vorteile des Direktantriebs auf der Hand liegen, bringt diese Technologie erhebliche technische Herausforderungen mit sich:

• Permanentmagnete mit sehr hoher Feldstärke erzeugen starke Anziehungs- und Abstoßungskräfte.
• Eine unsachgemäße Montage kann zu folgenden Problemen führen:
  o gefährliche Situationen für Techniker,
  o Schäden an Magneten oder Stahlkonstruktionen,
  o ungenaue Positionierung mit negativen Auswirkungen auf die Generatorleistung.

Darüber hinaus erfordern Offshore-Anwendungen:

• hervorragende Korrosionsbeständigkeit (Salz, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen),
• konstante magnetische Leistung über mehrere Jahrzehnte hinweg,
• sowie einen kosteneffizienten Produktionsprozess bei hohen Stückzahlen.

Dem Hersteller fehlt es an ausreichender interner Erfahrung bei der Entwicklung, Herstellung und Montage derart leistungsstarker Magnetsysteme. Gleichzeitig besteht ein starker Zeitdruck, diese neue Direktantriebslösung als Erster auf den Markt zu bringen.

Frage

Der Kunde benötigt einen Partner, der ihn bei der Entwicklung der optimalen Methode zur Montage der Magnetmodule begleiten kann. Außerdem braucht er einen Partner, der die Magnetproduktion übernehmen kann und Erfahrung bei der Montage dieser starken Magnete hat. Das gesamte Projekt steht unter dem vorgegebenen Zeitdruck.

Lösung

Gemeinsame Entwicklung von Magnetmodulen

Gemeinsam mit Bakker Magnetics startet der Kunde ein intensives gemeinsames Entwicklungsprogramm, bei dem elektromagnetische, mechanische und fertigungstechnische Aspekte berücksichtigt werden. Zu den wichtigsten Konstruktionsaspekten gehören:

• Optimierung der Magnetkonfiguration (Polanordnung, Flussdichte, magnetische Homogenität),
• Auswahl von Magneten mit hoher Remanenz und Koerzitivfeldstärke, um eine Entmagnetisierung zu verhindern,
• Minimierung von Drehmomentwelligkeit und magnetischen Verlusten.

Sicheres und effizientes Montagekonzept

Bakker Magnetics entwickelt ein kontrolliertes Montageverfahren, bei dem:

• Die Magnete werden zunächst in modularen Segmenten positioniert,
• Mechanische Werkzeuge und Distanzstücke regulieren die Magnetkräfte,
• Das Risiko einer plötzlichen magnetischen Anziehung ist ausgeschlossen.

Dies erhöht sowohl die Sicherheit des Bedieners als auch die Positioniergenauigkeit, was für den Wirkungsgrad des Generators von entscheidender Bedeutung ist.

Fertigung und Korrosionsschutz

Für den Einsatz auf See sind die Magnetmodule ausgestattet mit:

• hochwertige Korrosionsschutzbeschichtungen,
• Dichtungen, die vor Feuchtigkeit und Salzeinwirkung schützen,
• mechanische Kapselung, um Vibrationen und Ermüdung standzuhalten.

Darüber hinaus wird eine aufgabenorientierte Fertigungslinie eingerichtet, in der:

• Magnete, Stahlkomponenten und Befestigungsmaterialien sind optimal aufeinander abgestimmt,
• Die Qualitätskontrolle ist in jeden Produktionsschritt integriert,
• Wiederholbarkeit und Skalierbarkeit sind gewährleistet.

Ergebnis

Dank der engen Zusammenarbeit zwischen dem Windkraftanlagenhersteller und Bakker Magnetics konnte eine kosteneffiziente, sichere und skalierbare Produktionslinie für Direktantriebs-Magnetmodule erfolgreich realisiert werden. Die Vorteile für die Endanwendung sind erheblich:

• kein störanfälliges Getriebe → weniger Wartungsaufwand und geringere Ausfallzeiten,
• höhere Zuverlässigkeit, die für Offshore-Anlagen unerlässlich ist,
• keine externe Erregung für das Magnetfeld erforderlich → höherer Wirkungsgrad,
• niedrigere Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer der Turbine.

Durch die Bündelung von Fachwissen in den Bereichen Magnetismus, Fertigung und Offshore-Technik entstand eine klare Win-Win-Situation, die es dem Kunden ermöglichte, seine Marktposition im Bereich der Offshore-Windenergie erfolgreich zu stärken.