Anspruchsvolle Wälzlager für Windkraftanlagen

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Lebensdauer wird durch Einsatz von Sonderwerkstoffen erreicht

Neben der Auswahl der Lagerbauart spielt die Werkstoffauswahl eine ganz entscheidende Rolle: Eine Lebensdauer von zum Beispiel 175 000 Stunden unter ungünstigen Bedingungen und dynamischen Belastungen kann z. B. durch den Einsatz von Sonderwerkstoffen erreicht werden. Daher hat NSK auf der Basis seiner langjährigen Werkstoffkompetenz Materialien eigens für extreme Betriebsbedingungen entwickelt. Ein Beispiel dafür ist die Super-TF-Technologie. Ziel der Entwickler war es hier, die Lagerlebensdauer unter solchen Betriebsbedingungen zu maximieren, unter denen herkömmliche Lager von der Oberfläche ausgehende Ermüdungsschäden zeigen.

Untersuchungen von NSK zeigten, dass diese Schäden auf Fremdpartikel zurückzuführen sind, die mit dem Schmierstoff in den Wälzkontakt transportiert werden und Eindrücke in den Laufbahnen erzeugen. Gelöst wurde diese Aufgabenstellung durch die Verwendung eines hochreinen Wälzlagerstahls in Verbindung mit einem besonderen Wärmebehandlungsverfahren, das einen optimierten Restaustenitgehalt gewährleistet. Mit diesem Super-TF-Stahl kann man die Belastung des Lagers im kritischen Schulterrandbereich der Eindrücke verringern. Die nach dem Eindringen von Fremdkörpern entstandenen Aufwerfungen erzeugen beim erneuten Überrollen eine wesentlich geringere Spannung im Werkstoff als bei konventionellem Stahl. Dieser Tatsache ist es zu verdanken, dass Schäden durch Verunreinigungen sehr viel seltener auftreten. Zudem wird über das gesamte Produktionsverfahren die Bildung von nichtmetallischen Einschlüssen kontrolliert und somit auf ein Minimum reduziert. Dieses Material weist ein besonders homogenes Gefüge auf. Die Super-TF-Technologie kann für einen großen Bereich von Lagertypen angewendet werden.

Dynamische Belastungen am Wälzlager genau erfassen

Zusammenfassend kann man sagen, dass gerade die hohen dynamischen Belastungen, denen die Windkraftanlagen ausgesetzt sind, eine große Herausforderung darstellen. Wälzlager, die in Getrieben ähnlicher Leistungsklassen zum Einsatz kommen, bewähren sich nicht unbedingt auch in Windkraftanlagen. Denn die von außen auf den Antrieb einwirkenden Windkräfte führen zu dynamischen Belastungen, die die Wälzlager stark beanspruchen. Hier gilt es also individuelle, speziell auf den Anwendungsfall zugeschnittene Lösungen zu finden.

Um diese Herausforderungen durch intensive Entwicklungsarbeiten zu meistern, nutzt NSK komplexe Berechnungsmethoden, die die dynamischen Belastungen am Wälzlager exakt erfassen. Dies schafft eine fundierte Grundlage für die Auswahl der richtigen Lagerkonstruktion. Darüber hinaus wurden Wälzlagerprüfstände konzipiert, die eine Simulation der dynamischen Belastungen und Bewegungsverhältnisse erlauben. Dazu gehören beispielsweise ein Großlagerprüfstand mit der Möglichkeit, dynamische Kräfte und Momente aus der Rotorbelastung aufzubringen und ein Prüfstand zur Simulation von Anfahr- und Bremsvorgängen von schnelldrehenden Zylinderrollenlagern.

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Die Projektingenieure des NSK-Geschäftsbereichs Wind Energy arbeiten eng mit den Entwicklern zusammen, die diese Prüfstände nutzen. Damit erhalten die Hersteller von Windkraftanlagen bzw. von Getrieben für diese Anlagen eine verlässliche Grundlage zur Auslegung bzw. zur Auswahl der Wälzlager. Zudem hat NSK eine neue Produktionsstätte errichtet, die ausschließlich Wälzlager für anspruchsvolle Aufgaben in der Windkrafttechnik und im Großanlagenbau fertigt. Dieses Werk wurde im Februar 2008 in Betrieb genommen – und schon ist abzusehen, dass es aufgrund der starken Wachstumsraten und des wachsenden Marktanteils von NSK an Kapazitätsgrenzen stoßen wird. Deshalb wird zurzeit die zweite Ausbaustufe der Produktionsstätte geplant.

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