Neue Lagerlösungen ermöglichen höhere Leistungsdichte, längere Laufzeiten und niedrigeren CO2-Fußabdruck

Hersteller und Betreiber von Windkraftanlagen stehen aktuell vor großen Herausforderungen: Wie gelingt es, mehr Leistung in gleich großem Bauraum dauerhaft zu übertragen, gleichzeitig die Laufzeiten bestehender Windparks zu verlängern, außerdem die CO₂-Bilanz zu verbessern und schlussendlich die Stromgestehungskosten zu reduzieren? Antworten auf diese Fragen präsentiert Schaeffler vom 27. bis 30. September 2022 auf der WindEnergy Hamburg. In Halle B5, Stand 333, können sich Besucher von den innovativen Lösungen des Unternehmens und den daraus resultierenden Möglichkeiten für die Herstellung von Windkraftanlagen sowie deren nachhaltigen und wirtschaftlichen Betrieb überzeugen.

Serienreife hydrodynamische Gleitlager für Planetengetriebe

Steigende Leistungsdichte in Windkraftgetrieben und die Forderung nach Gewichts- und Kostenreduzierungen verlangen nach neuen Lagerkonzepten. Bei Planetengetrieben führt das zu einer größeren Anzahl an Planeten mit kleineren Durchmessern – Stichwort „Multi-Planet-Concepts“. Für eine Wälzlagerung der Planetenräder ist dadurch nicht genügend Bauraum verfügbar. Durch ihren niedrigen Querschnitt sind hydrodynamische Gleitlager hier die Lösung. Auf der WindEnergy Hamburg wird Schaeffler erstmals seine neuen hydrodynamischen Gleitlager für Planetenräder und das damit verbundene Engineering vorstellen. Denn um die einwandfreie Funktion der Lager sicherzustellen, bedarf es eines hohen Systemverständnisses und neuer Simulations- und Berechnungsmethoden sowie entsprechender Werkzeuge.

Angestellte Rotorlagerung: Kompakt und sicher im Betrieb mit PREMESY

Aufgrund der Leistungsverdichtung ist bei neuen Rotorlagerungen ein Trend zur angestellten Lagerung mit zwei Kegelrollenlagern in O-Anordnung zu beobachten. Der erhöhte Stützabstand dieser Lagerung reduziert die inneren Lagerkräfte, womit im Umkehrschluss die Lagerung kleiner und leichter umgesetzt werden kann. Um sicherzustellen, dass die angestellte Lagerung über Jahre hinweg funktioniert, greifen die Schaeffler-Ingenieure auf verschiedene Optionen aus dem Baukasten für Kegelrollenlager zurück. Die Auswahl erfolgt im Rahmen einer mehrstufigen Systemsimulation, die den Einfluss von Kräften und Verformungen auf die auszulegenden Lager im Betrieb berücksichtigt. Mit Abschluss der Lagerdetaillierung wird simulativ die korrekte – für angestellte Lagerungen essenzielle – Vorspannung ermittelt. Um diese sowohl während des Montagevorgangs als auch im Betrieb sicherzustellen, bietet Schaeffler das Vorspannungsmesssystem PREMESY an.

Die angestellte Rotorlagerung reduziert durch ihren erhöhten Stützabstand die Lagerkräfte. Dadurch kann die Lagerung kleiner und leichter umgesetzt werden. Das Vorspannungsmesssystem Schaeffler PREMESY sorgt für die korrekte Vorspannung – während der Montage und im Betrieb (Bild: Schaeffler AG)

Geteilte asymmetrische Pendelrollenlager: Wirtschaftlicher Betrieb nach Lagertausch

Ein großer Anteil der weltweit aufgestellten Triebstrangkonzepte sind mit Pendelrollenlagern am Rotor ausgerüstet. Fallen diese Lager vorzeitig aus, ist ein Austausch aufgrund der hohen Kosten, zum Beispiel für Kräne, meist nicht wirtschaftlich. Schaeffler hat für diesen Fall eine innovative und robuste Lösung auf Basis geteilter, asymmetrischer Pendelrollenlager entwickelt. Damit können die Kosten für den Austausch der Lager um gut 50 Prozent reduziert werden. Da der gesamte Austausch der Lager in der Gondel stattfindet, ist keine Demontage des Rotorsterns und des Antriebsstrangs notwendig. Alle benötigten Komponenten lassen sich mit dem Bordkran in die Gondel fördern und vor Ort montieren. Schaeffler bietet Betreibern damit die Möglichkeit, bestehende Windkraftanlagen wirtschaftlich weiterzubetreiben.

Das geteilte asymmetrische Pendelrollenlager kann direkt in der Gondel montiert werden. Damit entfallen die Demontage des Rotorsterns und des Antriebsstrangs und die Kosten für den Austausch werden um gut 50 Prozent reduziert (Bild: Schaeffler AG)

CO₂-Bilanz: Bei der Herstellung von Wälzlagern große Fortschritte möglich

Die Windenergie zählt nach der Wasserkraft zu den klimafreundlichsten Technologien der Energiegewinnung. Allerdings werden Vorkettenemissionen wie die Stahlproduktion und -verarbeitung zur Herstellung der verschiedenen Bauteile einer Windkraftanlage in der Gesamtbilanz mitberücksichtigt. Um den CO₂-Fußabdruck von Wälzlagern signifikant zu reduzieren, realisiert Schaeffler CO₂-Einsparpotenziale über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg – vom Einkauf des Stahls über die Fertigungsverfahren bis hin zu Logistik und Verpackung.

Strategischer Partner für die Energiewende mit grünem Wasserstoff

Seit 2021 erweitert eine eigene Wasserstoff-Einheit das Leistungsportfolio von Schaeffler. Diese arbeiten gemeinsam mit der Windkraftsparte an neuen, integrierten Lösungen, welche auch die Erreichung von Schaefflers Nachhaltigkeitszielen unterstützen. Unter anderem soll am Standort Schweinfurt ein Elektrolyseur zur Produktion von grünem Wasserstoff in Betrieb genommen werden.

Die Herzstücke dieser Elektrolyseure, die Stacks, sind Bestandteil des Schaeffler Produktportfolios. Die Schaeffler Hydron PowerStack K-Serie wird ein Einsatzspektrum von 1 bis 1.000 Kilowatt abdecken. Sie werden entsprechend der höchsten Qualitätsstandards an europäischen Standorten von Schaeffler entwickelt und produziert. Die Elektrolyseure können als modulare Systeme auch dezentral aufgestellt werden. Beispielsweise ist so auch die direkte Anbindung an einzelne Windturbinen möglich.