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Beyond Surfaces Nr.3 - Intelligent Material Processing

Wie können kommunizierende Materialien die Industrie verändern, und was haben Flugzeuge und additive Fertigung miteinander zu tun? Das lesen Sie in der neuen Ausgabe unseres Kundenmagazins!

Beyond Surfaces Nr.3 - Intelligent Material Processing

In dieser neuen Ausgabe von BEYOND SURFACES haben wir den Schwerpunkt auf «Intelligent Material Processing» gelegt. Dabei geht es jedoch nicht nur darum, wie wir intelligente Lösungen für Werkstoffe und Oberflächen realisieren, sondern wir wollen Ihnen auch einen Einblick geben in das, was die Zukunft für diese spannende Technologie bereit hält.

Unsere Kunden sehen sich einer Vielzahl an Herausforderungen gegenüber: ständig steigende Nachfrage nach immer leichteren und gleichzeitig stärkeren Werkstoffen; mehr Produktivität und höhere Energieeffizienz; ökologische Nachhaltigkeit und immer knapper werdende Ressourcen. Wir bei Oerlikon helfen unseren Kunden dabei, nachhaltige Lösungen für diese Themen zu finden und bessere Ergebnisse zu erzielen. Und wie wir das machen, lesen Sie im neuen BEYOND SURFACES.

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Windanlagen

Erneuerbare Energien haben nicht erst seit dem Übereinkommen von Paris Hochkonjunktur. Doch die laufend steigende Nachfrage verschiebt die Grenzen der Technik immer weiter. Windenergieanlagen werden immer größer, die damit einhergehenden Belastungen immer extremer – trotzdem müssen sie mit minimalem Wartungsaufwand absolut zuverlässig arbeiten. Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen verlängern die Standzeiten ihrer Komponenten und damit die Lebensdauer der gesamten Anlage deutlich.

Mit dem Übereinkommen von Paris ist das Interesse an erneuerbaren Energien weltweit gestiegen – und auch die damit einhergehenden globalen Investitionen. Das Übereinkommen, das am 12. Dezember 2015 auf der UN-Klimakonferenz in Paris verabschiedet wurde, sieht die Begrenzung der menschengemachten globalen Erwärmung auf deutlich unter 2 °C gegenüber vorindustriellen Werten vor. Es trat am 4. November 2016 in Kraft. Bis Mai 2017 haben es insgesamt 145 Staaten unterzeichnet, die gemeinsam für rund 82,95 Prozent der globalen Emissionen verantwortlich sind.

Zweistelliges Wachstum der Windkraft

Die Klimaziele dieses Übereinkommens sind jedoch nur dann umzusetzen, wenn vermehrt erneuerbare Energieträger zum Einsatz kommen – in erster Linie also Wasser-, Sonnen- und Windenergie. »Rekord-niedrige Preise … werden die Haupttreiber für die kurz- bis mittelfristige Entwicklung der Windenergie sein, und die Entwicklung des Pariser Abkommens wird nur noch zur Dynamik der Branche beitragen«, schreibt der weltweite Windenergie-Rat GWEC (Global Wind Energy Council) in seinem Jahresbericht 2016.

Alle Kraftwerke der Welt – fossile, atomare und regenerative – zusammen produzieren rund 24 000 Terrawattstunden Strom (2015). Die weltweiten Windenergieanlagen tragen mit 487 GW Gesamtleistung dazu bei und produzieren etwa 3,7 Prozent der weltweit verbrauchten Energie. Insgesamt sind in rund 80 Ländern On- und Offshore Windanlagen installiert. Die »Weltmeister« der Windenergie sind dabei China, die USA, Deutschland und Indien. »Die Windenergie wächst weiter in zweistelligen Ziffern«, erklärt Steve Sawyer, Generalsekretär des GWEC.

Hohlräder: Plasmanitrieren statt gasnitrieren

Während der Markt für die Hersteller von Windenergieanlagen und deren Komponenten also viel Potential bietet, werden die technologischen Herausforderungen immer größer – und dies ist absolut im wörtlichen Sinne zu verstehen: Die gestiegenen Anforderungen an die Leistung der Windenergieanlagen bedeuten, dass diese selbst immer größer werden. Entsprechend wirken enorme Kräfte auf die einzelnen Komponenten.

So kann etwa das Hohlrad im Getriebe einer modernen Windenergieanlage bis zu zwei oder sogar drei Meter im Durchmesser haben. Gemeinsam mit einem namhaften Hersteller haben die Ingenieure bei Oerlikon Balzers Testreihen durchgeführt, bei der die Oberfläche dieser Zahnräder mit dem modernen Plasmanitrierungsverfahren BALITHERM IONIT behandelt wurde. Im Gegensatz zum heute üblichen Gasnitrieren verursacht diese Behandlung deutlich weniger Verzug und erreicht gleichzeitig höhere Tragfähigkeit.

»Im Klartext bedeutet das: Die Maße, die der Konstrukteur vorgesehen hat, werden eingehalten. Gegenüber dem Gasnitrieren können die Toleranzen in Bezug auf Rundheit, Ebenheit und Parallelität selbst bei so großen Teilen wie den Hohlrädern viel besser eingehalten werden, und das ist wesentlich für die Lebensdauer einer Anlage, auf die alleine schon wegen ihrer Größe so enorme Kräfte wirken«, erklärt Sascha Hessel, Director of Sales and Operations bei Oerlikon Balzers Deutschland.

Die Ergebnisse der Testreihen wurden durch eine Studie des FZG Instituts der Technischen Universität München bestätigt, und inzwischen wurde Oerlikon Balzers vom Entwicklungspartner ein entsprechender Auftrag zur Behandlung der Hohlräder erteilt.

Weniger Wartungsaufwand für schwer zugängliche Anlagen

Weniger Wartungsaufwand für schwer zugängliche Anlagen

Jedes einzelne Teil in einer Windenergieanlage ist für den reibungslosen Ablauf der Energiegewinnung nötig. Einige sorgen zum Beispiel dafür, dass die Anlage möglichst effizient arbeitet: Stell-Lager positionieren etwa den oberen Teil der Anlage, die Gondel, so, dass sie genau im Wind arbeitet. Kugellager hingegen positionieren die Rotorblätter so, dass eine möglichst hohe Energieausbeute erreicht wird. Mittels Lichtbogenspritzen beschichtet Oerlikon Metco diese Lager mit Zink oder Zink-Aluminium, um sie vor Korrosion zu schützen.

Oerlikon Balzers wiederum bietet Dünnschicht-Lösungen, um Zahnräder in den Planetengetrieben und Wälzlager vor Verschleiss zu schützen. Denn bei den meisten Anlagen ist die laufende Schmierung unzureichend bzw. oft auch nur schwer möglich – man denke nur an Offshore-Anlagen. Die Beschichtung der Zahnräder und Wälzlager mit BALINIT C verbessert die Abriebfestigkeit und verlängert so die Standzeit der Komponenten.

Spezialisierte Anwendungen

Jedoch nicht nur für das Innenleben, sondern auch für die äusseren Teile der Windenergieanlagen hält Oerlikon Lösungen bereit. So ist etwa der deutsche Oerlikon Metco Standort Weissenborn auf die Reparatur von Rotorschäften spezialisiert. »Auf dem Rotorschaft, der bis zu sechs Meter misst, sitzt eine sogenannte Lagerschale. Wirken extreme Kräfte auf die Anlage, zum Beispiel beim plötzlichen, unerwarteten Stillstand der riesigen Rotorblätter, kann diese Schale verrutschen und den Schaft schädigen. Dieser Schaden kann behoben werden, wofür wir in Weissenborn Thermisches Spritzen als einen Prozessschritt zur Regenerierung anwenden«, erklärt Franz Jansen, Geschäftsführer von Oerlikon Metco Coatings Deutschland.

GWEC: Vorreiterrolle für die Windenergie

Das Ziel der Reise ist nach dem Pariser Übereinkommen klar. Ob es wirklich erreicht wird, ist abhängig vom Willen der Staaten, die es unterzeichnet haben. »Windenergie ist eine ausgereifte Technologie. Ihre Kostenstabilität macht sie zu einer sehr attraktiven Option für Versorgungsunternehmen, unabhängige Stromerzeuger und Unternehmen, die sich gegen die stark schwankenden Preise fossiler Brennstoffe absichern und gleichzeitig ihren CO2-Ausstoß reduzieren möchten. Überall auf der Welt gibt es immer noch dringenden Bedarf an neuen Kraftwerken, die sauber, erschwinglich, lokal, zuverlässig und schnell zu installieren sind. Die Windenergie hat eine Vorreiterrolle beim Übergang von den fossilen Brennstoffen; und sie wird die Konkurrenz in Bezug auf Preis, Leistung und Zuverlässigkeit weiter hinter sich zurück lassen«, ist der GWEC überzeugt.

http://www.oerlikon.com/balzers/de/balitherm-ionit