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kupplungen

Selbstsynchronisierende Schaltkupplungen

Unsere Antwort auf Ihre Chancen im Energiemarkt.

Verdienen Sie mehr Geld mit einem Hybridantrieb.

RENK Selbstsynchronisierende Schaltkupplungen machen Antriebsstränge hybrid und rentabler. Ein hybrider Antriebsstrang ermöglicht es, dass ein und dieselbe Anlage zur Spitzenlastdeckung, Netzstabilisierung, Fernwärmeversorgung, Kompression oder Abwärmerückgewinnung genutzt werden kann. Der Betriebsmodus passt sich den Marktbedingungen an – ohne Stillstand, ohne Umbau. So erzielt beispielsweise ein Generator im Sommer als Synchronkondensator im Netz Einnahmen, während die Turbinen stillstehen.

betriebsmodi

Sechs aktuelle Entwicklungen.
Eine Antwort.

Jeder der unten aufgeführten Betriebsmodi wird mit einem Hybridantrieb betrieben, wobei die Umschaltung während der Fahrt erfolgt – ohne anzuhalten und ohne Neuaufbau.

Netzdienstleistungen / Kraftwerke

Durch den Ausbau der Wind- und Solarenergie werden rotierende Massen aus dem Netz verdrängt, wodurch die Frequenzinstabilität zunimmt. Spitzenlast-Gasturbinen mit synchronen Kondensationsbetrieben werden zu unverzichtbaren Netzstabilisatoren. Die Gasturbine Gasturbine Eine Gasturbine ist ein Verbrennungsmotor, der Brennstoff mithilfe von Hochgeschwindigkeitsabgasen in mechanische Energie umwandelt. liefert bei Nachfragehochs innerhalb weniger Minuten Strom ins Netz, selbst unter Black-Start-Bedingungen. Zwischen den Leistungsspitzen dient dieselbe Anlage als sofort einsetzbarer Netzstabilisator, um Flauten oder Störungen zu überbrücken. Es ist kein Steuersignal erforderlich.

Zahlreiche nationale Vorschriften schreiben bereits für neue und bestehende Kraftwerke die Fähigkeit zum synchronen Kondensationsbetrieb vor. Dabei steht die Turbine still, während der Generator als rotierende Masse am Netz verbleibt, die Frequenz stabilisiert, Blindleistung ausgleicht und Trägheit bereitstellt. So stabilisiert er das Netz und erwirtschaftet gleichzeitig Einnahmen – ohne Brennstoffverbrauch und ohne neue Infrastruktur.

Ein saisonaler Wechsel zwischen Stromerzeugung und Wärmeentnahme ohne Stilllegung der Anlage ist für KWK-Betreiber äußerst attraktiv. Im Sommer läuft die Anlage im Modus für maximale Stromerzeugung oder im synchronen Kondensationsbetrieb. Im Winter erzeugt die Hochdruckturbine Strom, während die Niederdruckturbine abgeschaltet wird und ihr Dampf in das Fernwärmenetz eingespeist wird. Der Betriebsmodus wechselt, während die Anlage weiterläuft. Nur die umsatzgenerierenden Maschinen bleiben in Betrieb, während nicht genutzte Anlagen stillstehen – dies reduziert die Betriebsstunden und verlängert die Wartungsintervalle.

Industrie / Speicherung / neue Märkte

Heiße Abgase aus der Stahlherstellung oder chemischen Prozessen wie der Ammoniakproduktion treiben einen Expander oder eine Dampfturbine an. Die Kupplung koppelt diese während des Betriebs innerhalb von Sekunden an einen vorhandenen Kompressor- oder Generatorzug an, ohne den Prozess zu unterbrechen. Abwärme wird so zu einer zweiten Energiequelle, wodurch Strom eingespart und die Anlageneffizienz gesteigert wird.

Druckluft- und Flüssigluft-Energiespeicheranlagen benötigen flexible Maschinengruppen mit mehreren zuschaltbaren Maschinen. Luft wird zur Speicherung komprimiert und zur Stromerzeugung expandiert. Der Generator wird jederzeit, insbesondere während der Kompression, für den synchronen Kondensationsbetrieb mit einem Schwungrad genutzt. Die Kupplung schaltet die Maschinen automatisch oder bedarfsgerecht zu, sodass dieselbe Maschinengruppe sowohl speichern als auch Strom erzeugen und das Netz stabilisieren kann.

Die Stromerzeugung vor Ort mit integrierten Netzstabilisierungskupplungen und Drehmomentbegrenzerkupplungen ermöglicht die synchrone Kondensation als zusätzliche lokale Leistung. Der Generator unterstützt das lokale Netz, während derselbe Antriebsstrang Lastspitzen abdeckt und als Reserve dient. Die fortschrittlichen Rechenkapazitäten von RENK ermöglichen Simulationen von Transienten im Antriebsstrang, um die Ausfallsicherheit Ihres gebundenen Stromerzeugungsnetzes zu stärken.

Vorteile

Der einzigartige RENK Vorteil

Ein Antriebsstrang, vielseitig einsetzbar.

Hybride Antriebsstränge ermöglichen vielfältige Einsatzmöglichkeiten derselben Maschinen, indem einzelne Maschinen, Teile des Antriebsstrangs oder alle Komponenten im Betrieb kombiniert werden. Die integrierte, flexible Zahnkupplung verkürzt den Zug und reduziert die Anzahl der benötigten Lager, was weniger Ölverbrauch und geringere Leistungsverluste bedeutet. Bei vollständiger Integration in das Getriebe sorgt die Kupplung für einen äußerst kompakten und effizienten Strang, der es Betreibern ermöglicht, den heutigen Anforderungen an Flexibilität gerecht zu werden, ihre Anlagen wirtschaftlich zu betreiben und einen wachsenden Anteil an erneuerbarer Energieerzeugung mit der erwarteten zuverlässigen Strom- und Wärmeversorgung zu unterstützen.

Flexible Antriebsstränge.
Mehr Betriebsmodi.
Höhere Erträge.

  • Automatisches Ein- und Auskuppeln bis zu sehr hohen Drehzahlen
  • Kompakteste und robusteste Kupplung auf dem Markt
  • Verschleißfrei dank hydrodynamischer Schmierung, geeignet für den täglichen Start-Stopp-Betrieb
  • Bewährte Konstruktion seit 1960, geeignet für Neubauten und Nachrüstungen
  • Unterstützung und Service über den gesamten Lebenszyklus hinweg, weltweit vor Ort

Unsere Synchro-Schaltkupplungen haben sich im Betrieb bewährt:

Selbstsynchronisierende Schaltkupplungen kommen in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen zum Einsatz.

Stromerzeugung

  • Spitzenkraftwerke:
    • Synchrones Kondensationsverfahren
    • Stromabgabe
  • Kombikraftwerke (CCPP)
  • Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK)
  • Druckluftspeicher (CAES)
  • Flüssigluftspeicher (LAES)

Energierückgewinnung, Kombikraftwerkstechnologien, Kraft-Wärme-Kopplung und andere

  • Kompressoren und Gebläse mit Doppelantrieb, d. h. Kombination aus Expander, Dampfturbinen und Elektromotorantrieb in petrochemischen Anlagen (Salpetersäure) und in der Stahlherstellung (Hochöfen)
  • Abwärmerückgewinnung in Prozessanwendungen (grünes Ammoniak)
  • Fernwärmeentnahme aus einem KWK-Antriebsstrang
  • Anlasserantriebe für Gasturbinen (Pony-Motor)
  • Automatische Drehgetriebe

Hybridantriebe für Schiffe

Immer verfügbar. Weltweit.

RENK unterstützt selbstsynchronisierende Schaltkupplungen über ihren gesamten Lebenszyklus hinweg. Betreiber profitieren von Fachkompetenz aus einer Hand – von der Beratung und Konstruktion über die Inbetriebnahme und Zustandsüberwachung Zustandsüberwachung Zustandsüberwachung bezeichnet die kontinuierliche Überwachung technischer Anlagen zur frühzeitigen Erkennung von Abweichungen oder Schäden. bis hin zur Schulung und Wartung. Unsere Außendienstteams sind weltweit im Einsatz und führen Inspektionen, Wartung und Modernisierungen durch – viele davon direkt vor Ort. Dadurch werden Ausfallzeiten und Kosten reduziert. Originalersatzteile und komplette Kupplungen Kupplungen Kupplungen verbinden zwei Wellen zur Drehmomentübertragung und gleichen dabei Versätze oder Bewegungen aus. sind für alle Kupplungs-Typen erhältlich.

funktion

Einrasten. Ausrasten. Automatisch.

RENK Synchro-Selbstschaltkupplungen vereinen drei Elemente:

  • einen Synchronisierungsmechanismus, der die Synchrondrehzahl erkennt
  • ein Schrägverzahnungssystem, das das Drehmoment lenkt und überträgt
  • eine Zahnkupplung, die Wellenauslenkungen ausgleicht.

Die Kraftübertragung erfolgt nur bei korrekten Drehzahlbedingungen. Mühelos. Ohne Stillstandzeiten.

Die Kupplung rastet automatisch ein – ohne Steuersignal, ohne Eingriff. Der Freilauf erkennt die Synchrondrehzahl nach dem gleichen Prinzip wie ein Fahrradfreilauf. Sobald die Eingangsdrehzahl die Ausgangsdrehzahl erreicht, rasten die Sperrklinken ein, und die Kupplung schraubt sich über die Schrägverzahnung wie eine Mutter auf eine Schraube in den Eingriff und überträgt das Drehmoment formschlüssig. Alle Teile sind hydrodynamisch geschmiert und daher verschleißfrei. Axiale, radiale und winklige Wellenversätze werden durch die integrierte Zahnkupplung ausgeglichen.

Das Auskuppeln erfolgt ebenso automatisch: Sobald die Eingangsdrehzahl unter die Ausgangsdrehzahl fällt, kehrt die schrägverzahnte Lastverzahnung zur Rückflanke um und schraubt die Kupplung aus – ganz ohne Signal und ohne Energieaufwand. Die MS-Kupplung kuppelt automatisch aus. Die HS-Kupplung hingegen bleibt auch bei negativem Drehmoment eingekuppelt. Sie überträgt das volle positive und negative Drehmoment wie eine klassische Zahnkupplung und wird auf Befehl über die Hydraulikeinheit bei Drehzahlen unter 10 % der Nennlast ausgekuppelt.

Technische Daten

  • Drehmomentbereich: 2 kNm – 4.000 kNm
  • Drehzahlbereich: bis zu 18.500 U/min
versionen

Drei Varianten, ein Prinzip: MS, HS und ZD

Mechanische Selbstschaltung: Vollständig mechanisch, rastet bei jeder Drehzahl innerhalb des zulässigen Bereichs ein. Die einfachste und modularste Variante, geeignet für die meisten Anwendungen.

Die mechanische Synchro-Selbstschaltkupplung (Typ MS) sorgt für eine formschlüssige Verbindung zwischen synchron rotierenden Systemteilen und trennt sich automatisch bei nicht synchronen Drehzahlen. Sie schaltet automatisch bei jeder Drehzahl innerhalb des zulässigen Drehzahlbereichs ein – rein mechanisch, ohne Hydraulik und ohne Steuerungssystem. Durch die integrierte flexible Zahnkupplung lassen sich Lager und Getriebelänge einsparen. Die MS-Kupplung ist die gängigste und modularste Variante, die für die meisten Anwendungen geeignet ist.

Technische Daten

  • Drehmomentbereich: ≤ 1.000 kNm
  • Drehzahlbereich: ≤ 18.500 U/min

Zusätzliche Merkmale für den Typ MS:

RENK Schaltkupplungen lassen sich für eine Vielzahl von Betriebsanforderungen konfigurieren.

  • Lock-in: verhindert das Auskuppeln, ermöglicht Getriebe mit negativem Drehmoment
  • Lock-out: verhindert das Einrücken über Handhebel, Fliehkraft oder hydraulische Fernsteuerung
  • Überlastschutz: Drehmomentbegrenzung und/oder Trennung
  • Internes Axiallager: axiale Positionierung von schwimmend gelagerten Generatoren
  • Elektrische Isolierung
  • In das Getriebe integrierte Lösungen
  • Freistehende, gekapselte Ausführungen: bis zu vier Lager und zwei Wellen
  • Bremse: Betätigung per Handhebel, pneumatisch oder hydraulisch

Weitere Merkmale auf Anfrage erhältlich.

Hydraulisch abgestützte Selbstschaltung: Überträgt das gesamte positive und negative Drehmoment ohne Auskuppeln. Die bevorzugte Lösung für sehr große Maschinen und durch Generatoren gestartete Gasturbinen.

Die hydraulisch unterstützte Selbstschaltkupplung (Typ HS) verfügt über einen ähnlichen, jedoch kleineren Synchronisiermechanismus als die MS-Kupplung, verwendet jedoch anstelle der schrägverzahnten Lastverzahnung eine Stirnradverzahnung. Dadurch kann die HS-Kupplung das gesamte positive und negative Drehmoment ohne Auskuppeln übertragen – sie bleibt wie eine klassische Zahnkupplung eingekuppelt. Das Einrücken erfolgt bei Drehzahlen unter 500 U/min; das Ausrücken wird auf Befehl durch die ferngesteuerte Hydraulikeinheit bei voller Drehzahl unter 10 % Last durchgeführt. Die HS-Kupplung ist die bevorzugte Lösung für sehr große Maschinen und Anwendungen, bei denen die Gasturbine über einen generatorseitig montierten Anlaufumrichter gestartet wird.

Technische Daten

  • Drehmomentbereich: ≤ 4.000 kNm
  • Drehzahlbereich: ≤ 3.600 U/min

Die Schaltkupplung rastet im Stillstand nach Bedarf ein. Ausrasten bei voller Drehzahl nach Lastabwurf. Die vollständige Trennung im ausgerasteten Zustand ermöglicht sichere Wartungsarbeiten an der abgekoppelten Maschine. Es handelt sich hierbei jedoch nicht um eine selbstschaltende Kupplung. Es ist jedoch die einfachste Ausführung einer hochdrehzahlfähigen, trennbaren Kupplung.

Ein- und Auskuppeln nach Bedarf. Die vollständige Trennung im ausgekuppelten Zustand ermöglicht sichere Wartungsarbeiten an der abgekoppelten Maschine. Die schaltbare Zahnkupplung vom Typ ZD ist die einfachste Kupplungsausführung, die das Einrücken im Stillstand per Handhebel, hydraulisch oder pneumatisch ermöglicht. Im eingekuppelten Zustand funktioniert die ZD wie eine klassische Zahnkupplung, d. h., sie überträgt das gesamte positive und negative Drehmoment. Wie der Typ HS kann auch die ZD bei voller Drehzahl auf Befehl nach Lastabsenkung ausgekuppelt werden. Der Typ ZD wird für Anwendungen eingesetzt, bei denen mehr Zeit zum Schalten zur Verfügung steht und der Prozess zum Einrücken unterbrochen und zum Stillstand gebracht werden kann.

Ausführungsvarianten

Es stehen drei Montagevarianten zur Verfügung. Die Flanschausführung ist die Standardlösung und lässt sich einfach mittels Schraubverbindung montieren. Die Schrumpfsitzausführung nutzt hydraulisch oder thermisch eingepasste Naben und eignet sich für Anwendungen mit hohen Wellenbelastungen. Die Hülsenwellenausführung ist die platzsparende Lösung und die Standardausführung in Schiffsanwendungen; sie wird gleichermaßen in der Industrie, der Stromerzeugung und der Energiegewinnung eingesetzt.

Größen und Konfiguration – Kupplungsgrößen (50 Hz)

Kupplungsgröße  (PCD cm)Drehmoment (kNm)Höchstgeschwindigkeit (U/min)Beispiel (kW @ 3,600 U/min)
26177.6007.500
39815.60030.600
471434.50054.000
572673.800101.000
644303.900162.000
766683.600252.000
881.0503.600400.000
961.3003.600504.000

Typische Größen der Typen MS, HS und ZD. Weitere Größen auf Anfrage.
(Die Zahl steht für den Teilkreisdurchmesser der größten lastübertragenden Verzahnung, z. B. Größe 76 = 760 cm Teilkreisdurchmesser.)

REFERENZEN

Im Betrieb bewährt

Die folgenden Beispiele veranschaulichen, wie Betreiber einen einzigen Antriebsstrang für mehrere Betriebsarten nutzen und welche Auswirkungen dies in der Praxis hat.

Walheim Power Plant, EnBW, Germany

Peaking power and grid stability since 1982

Wenn das Netz Strom benötigt, liefert die Gasturbine der F-Klasse diesen innerhalb von weniger als einer Stunde. Im Stillstand oder bei langsamer Drehung bleibt der Generator als Synchronkondensator angeschlossen und stabilisiert so Frequenz und Blindleistung. Bei Stromanforderung bremst der Generator ab, um die Gasturbine aus der Drehzahl zu übernehmen; dabei rastet die HS-Kupplung automatisch ein. Der Generator zieht die Gasturbine auf Zünddrehzahl (negatives Drehmoment), und anschließend beschleunigt die Gasturbine den Generator auf Netzdrehzahl (positives Drehmoment). Die HS-88-Kupplung ermöglicht all diese Betriebsarten mit nur einem zusätzlichen Lager – je nach Netzbedarf wird sie fast täglich ein- und ausgekuppelt. Die Anlage läuft auf diese Weise seit 1982.

  • Produkt: HS-88 Kupplung
  • Leistung: 170 MW bei 3.000 U/min
  • In Betrieb seit: 1982 (Modernisierung 2013)
  • Betriebsart: Spitzenlast, Gasturbinenanlauf und synchrone Kondensation
  • Besonderheit: Kompakte Kupplung mit nur einem Stützlager

Würzburg CHP Plant, WVV, Germany

Geld im Sommer, Wärme im Winter

Im Sommer erwirtschaftet der Generator als Synchrondenkondensator Einnahmen, während die Turbine stillsteht. Im Winter läuft die gesamte Anlage im Grundlastbetrieb und speist das Fernwärmenetz. Die MS 57 vereint Getriebe und Kupplung in einem einzigen Inline-Baugruppe ohne zusätzliche Lager – eines der modernsten Kraft-Wärme-Kopplungs- und Netzstabilisierungssysteme Deutschlands.

  • Produkt: MS 57 Kupplung
  • Leistung: 22 MW bei 1.500 U/min
  • In Betrieb seit: 2020
  • Betriebsart: Kraft-Wärme-Kopplung, Synchronkondensation
  • Besonderheit: Getriebeintegriert, mit Druckring zur Generatorpositionierung

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Team Special Gears & Clutches

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