Kegelrollenlager

Optimierte Produktkonstruktionen für die Rotorlagerung von Windkraftanlagen

| Autor / Redakteur: Manuel Rettinger* / Ute Drescher

Die Lagerung der Rotorwelle ist unterschiedlichen dynamischen Lasten ausgesetzt: Radial- und Axialkräften sowie Nick- und Giermomenten.
Die Lagerung der Rotorwelle ist unterschiedlichen dynamischen Lasten ausgesetzt: Radial- und Axialkräften sowie Nick- und Giermomenten. (Bild: Schaeffler)

Eine kompakte Kegelrollenlagereinheit für Momentenlager-Konzepte, die direkt an Rotor und Gondel angeflanscht werden kann, vereinfacht Logistik und Montage deutlich. Bis ins kleinste µ optimierte Pendelrollenlager und ein neu entwickeltes asymmetrisches Pendelrollenlager lassen Windkraftanlagen zuverlässiger Energie gewinnen.

Der Wind erzeugt ungeheure Kräfte. Sie wirken auf die Lagerung des Rotors einer Windkraftanlage unmittelbar. 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.

Kompaktes Lager einfach 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.

Fettzustand im Betrieb überwachen

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.

Simulieren und prüfen

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 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 Inbetriebnahme 2011 liefert Astraios Erkenntnisse zu bisher nicht prüfbaren Merkmalen wie Dichtung und Schmierungskonzept, Betriebsspiel (Einfluss der Temperatur und Verbindungsschrauben) und Rollendrehzahl.

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