Optimierte und neue Produktkonstruktionen für die Rotorlagerung von Windkraftanlagen

Auf die Lagerung des Rotors einer Windkraftanlage wirken unmittelbar alle Kräfte, die der Wind erzeugt und die Wälzlager sind dabei hochdynamischen Belastungen und Betriebsbedingungen ausgesetzt. Am Markt haben sich unterschiedliche Triebstrangkonzepte etabliert, die entsprechend unterschiedliche Lagerungen erfordern. Deshalb optimiert Schaeffler konsequent bewährte Lager und entwickelt gleichzeitig neue Lager-Designs für verschiedene Lagerungskonzepte.

FAG-Flanschlagereinheit: Kompakt und einfach zu montieren

Für Momentenlager-Konzepte zur Lagerung des Rotors hat Schaeffler eine neue, kompakte Lagereinheit entwickelt: Die anflanschbare Kegelrollenlagereinheit ermöglicht die sichere Aufnahme aller Kräfte und Momente in einem Lager dank großem Druckwinkel und enger axialer Führung des Rotors. Die zweireihige Kegelrollenlagereinheit in O-Anordnung ist befettet und abgedichtet und wird vormontiert ausgeliefert. Sie wird über die Innenringe an den Rotor und über den Außenring an die Gondel angeflanscht. Die Lagerluft ist dabei schon voreingestellt. Das verringert den Aufwand für Logistik und Montage deutlich.

FAG GreaseCheck: Fettzustandsüberwachung im laufenden Betrieb

Optional kann die anflanschbare Kegelrollenlagereinheit ab Werk mit dem FAG GreaseCheck ausgestattet werden. Der Fettsensor ist auf den spezifischen Fetttyp parametriert und misst optisch Wassergehalt, Trübung und mechanischen Verschleiß sowie die Fetttemperatur direkt in der Lagerung. Eine per Kabel angebundene Auswerteeinheit generiert aus den Messungen die Zustandsinformation und gibt sie als analoges Signal aus. Detektiert der GreaseCheck im Fett einen Wassergehalt über dem definierten Schwellenwert, kann er zum Beispiel zwei Reaktionen auslösen: Er gibt die Information an den Leitstand, damit eine Inspektion und gegebenenfalls ein Austausch der Dichtung rechtzeitig geplant werden kann. Zusätzlich kann mit dem Signal des Fettsensors über den Leitstand die Zentralschmieranlage angesprochen werden, damit in kürzeren Intervallen mit zusätzlicher Menge nachgeschmiert wird, um den Fettzustand trotz Dichtungsschaden zu verbessern und das Lager vor einem Schaden durch einen Schmierfettausfall zu schützen.

ASTRAIOS: Simulationsmodelle und Prüfläufe optimieren sich gegenseitig

Zur Entwicklung der anflanschbaren Kegelrollenlagereinheit hat der Schaeffler-eigene Großlagerprüfstand ASTRAIOS beigetragen: Während Berechnungen zur Lebensdauer kleinerer Wälzlager gut auf Großlager übertragbar sind, gilt dies nicht für andere Parameter wie beispielsweise Kinematik oder das Reibmoment. Deshalb müssen Simulationen in diesen Bereichen anhand von Prüfergebnissen validiert werden. Die Messungen werden wiederum in einem mehrstufigen Prozess in die Simulationsmodelle zurückgespielt, die dann die Beanspruchung und das kinematische Verhalten eines Großlagers berechnen. Werden nun beispielsweise Verformungen berechnet, dann können deren Auswirkungen auf die Funktion des Wälzlagers simuliert und am Prüfstand validiert werden. Schon seit seiner Inbetriebnahme 2011 liefert ASTRAIOS wichtige Erkenntnisse zu bisher nicht prüfbaren Merkmalen wie Dichtung und Schmierungskonzept, Betriebsspiel (Einfluss der Temperatur und Verbindungsschrauben) und Rollendrehzahl.

FAG Pendelrollenlager: Robuster denn je

Mit dem Ziel die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und damit die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen zu erhöhen, hat Schaeffler seine Pendelrollenlager für Rotor-Hauptlagerungen optimiert. Diese Lagerbauart wird ausschließlich bei der sogenannten Wellenlagerung eingesetzt - das am häufigsten verwendete Lagerungskonzept. Maßnahmen zur Optimierung wurden sowohl in der Mikro-, als auch der Makro-Geometrie der Lager vorgenommen. Das Ergebnis überzeugt: Reibung und Pressungen im Lager konnten reduziert, die Kräfte besser verteilt und die axiale Steifigkeit erhöht werden. Dadurch sind die optimierten Pendelrollenlager robuster gegen Verschleiß, 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).

Asymmetrische FAG Pendelrollenlager: Neu konstruiert für bessere Lastverteilung

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.