Robustere Pendelrollenlager machen Windkraft wirtschaftlicher

Die Lagerung der Rotorwelle ist in Windkraftanlagen von zentraler Bedeutung. Das Festlager ist dabei besonders hohen Axiallasten ausgesetzt. Vor diesem Hintergrund hat Schaeffler seine bewährten Standard-Pendelrollenlager optimiert, um den spezifischen Anforderungen für den Einsatz in Windkraftanlagen noch besser gerecht zu werden. Zusätzlich entwickelte Schaeffler ein asymmetrisches Lager-Design.

Robuste Konstruktion für weniger Verschleiß

Im Bereich der Mikro-Geometrie verbesserten die Entwickler die Oberflächen, um die Reibung und damit Energieeintrag und Verschleiß zu reduzieren. Darüber hinaus passten sie die Schmiegung an, um die Wälzkörpernormalkräfte über eine große Fläche zu übertragen und so die Kontaktpressungen zu reduzieren. Zusätzlich wurden die Wälzkörper endprofiliert. Die Anpassungen in der Makro-Geometrie umfassten vor allem zwei Punkte. Zum einen reduzierten die Ingenieure die initiale Lagerluft und verbesserten so das Betriebsspiel. Dadurch reduzierten sie die Wälzkörperkräfte und das axiale Schieben des Antriebsstranges. Zweitens verwendeten sie einen festen Mittelbord für die Festlagerung des Windturbinen-Rotors und erhöhten so die axiale Steifigkeit, was die axiale Verlagerung des Antriebsstrangs reduziert. Außerdem kann durch den festen Mittelbord die Kontaktpressung entlang der Rolle besser verteilt werden. Mit beiden Maßnahmen gelang es den Ingenieuren, die Robustheit der Lager gegen Verschleiß zu erhöhen, der insbesondere durch axiale Verschiebungen entsteht. Im Zuge der Validierung wurden die Lager erfolgreich umfangreichen Tests für das Schaeffler-Gütesiegel „X-life“ unterzogen. Die dazu notwendigen Validierungsschritte sind vom Germanischen Lloyd zertifiziert worden (Zertifikat GL-CER-002-2015).

Bessere Lastverteilung durch asymmetrische Pendelrollenlager

Das asymmetrische Lagerdesign bedeutet einen noch weitergehenden Schritt. Es erhöht die axiale Tragfähigkeit und damit die Gebrauchsdauer der Hauptlager in Windkraftanlagen signifikant. Es ermöglicht einen höheren Druckwinkel auf der axial belasteten Lagerreihe und einen flacheren Druckwinkel auf der hauptsächlich radial belasteten Lagerreihe. Dadurch werden eine bessere Lastverteilung, weniger Kontaktpressungen und eine signifikante Reduzierung des axialen Schiebeweges erreicht.

Das asymmetrische Pendelrollenlager erhöht die axiale Tragfähigkeit und damit die Gebrauchsdauer der Hauptlager in Windkraftanlagen signifikant. Es verfügt über einen höheren Druckwinkel auf der axial belasteten Lagerreihe und einen flacheren Druckwinkel auf der hauptsächlich radial belasteten Lagerreihe.

Die Grafik zeigt für die unterschiedlichen Konstruktionsweisen der Lager die axiale Verlagerung in Abhängigkeit von der äußeren Axialkraft. Deren Verlauf zeigt einen Unterschied im Lastbereich Fax/Frad ≈ e. Da Festlager in Windturbinen häufig in diesem Bereich betrieben werden, zeigt eine rechnerisch ermittelte Kumulierung der axialen Schiebewege signifikante Unterschiede. Je höher der Wert ist, desto höher das Risiko von oberflächennaher Ermüdung.

Die Wirksamkeit der profilierten Wälzkörper konnte sowohl in der Berechnung aber auch im Kundenprüfstand im Maßstab 1:1 eindrucksvoll nachgewiesen werden.