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Wälzlager Großwälzlager für Windkraftanlagen auslegen und fertigen

| Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Großwälzlager für Windkraftanlagen müssen außerordentlich leistungsfähig sein, um während der gesamten Betriebsdauer von bis zu 25 Jahren den kontinuierlich hohen Belastungen standzuhalten.

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Für die Rotorblatt- und Azimutverstellung liefert Liebherr das gesamte System aus eigener Entwicklung und Fertigung - bestehend aus Großwälzlager, Drehantrieb mit Elektromotor und optional der Steuerung.
Für die Rotorblatt- und Azimutverstellung liefert Liebherr das gesamte System aus eigener Entwicklung und Fertigung - bestehend aus Großwälzlager, Drehantrieb mit Elektromotor und optional der Steuerung.
(Bild: Liebherr Components)

Großwälzlager für die Rotorblatt- und Azimutverstellung zählen zu den Schlüsselkomponenten einer Windkraftanlage. Die hohen Anforderungen resultieren auch aus den enormen Kosten, mit denen ein Austausch während der Betriebszeit der Anlage verbunden wäre. Gleichzeitig sind die Komponenten in der Rotorblatt- und Azimutverstellung wichtig für den optimalen Ertrag der Windkraftanlage. Die präzise Windrichtungsnachführung der Gondel über das Azimutsystem sorgt für eine optimale Ausrichtung der Maschine. Mit der Rotorblattverstellung wird die Drehzahl der Rotornabe und damit die maximale Ausnutzung der im Wind enthaltenen Energie geregelt.

Seit über zehn Jahren werden die von Liebherr produzierten Großwälzlager und Planetengetriebe bereits erfolgreich eingesetzt. Dabei werden hauptsächlich zweireihige Vierpunktlager verwendet, in einzelnen Fällen aber auch Rollendrehverbindungen. Für die Blattverstellung mittels Hydraulikzylinder liefert Liebherr auch unverzahnte Drehverbindungen. Je nach Anforderung werden die Laufbahnen der Großwälzlager mit Zwischenstücken oder Käfig ausgeführt.

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Um den sicheren Betrieb während der gesamten Lebensdauer von durchschnittlich 120.000 Betriebsstunden zu gewährleisten, wird bei Liebherr bei der Herstellung der Komponenten besonders auf drei Faktoren geachtet:

  • die sichere Auslegung der Lager,
  • die absolute Beherrschung der Fertigungsprozesse,
  • sowie eine konsequente Qualitätskontrolle mit Hilfe modernster Prüfmethoden.

Sichere Auslegung der Großwälzlager

Für die sichere und wirtschaftliche Auslegung eines Lagers muss zunächst die innere Lastverteilung ermittelt werden. Konventionell werden Axialkraft und Biegemoment mit Gleichungen der Technischen Mechanik berechnet, das Großwälzlager wird dabei wie ein dünnwandiges Rohr behandelt. Dabei werden ideale Anschlusskonstruktionen vorausgesetzt. Der Einfluss der konstruktiven Gestaltung von unterer und oberer Anschlusskonstruktion bleibt unberücksichtigt.

Beim Anwendungsbeispiel des Rotorblattlagers in Windkraftanlagen weisen die Anschlusskonstruktionen auf Rotorblatt- und Nabenseite sehr unterschiedliche Steifigkeiten auf. Unter Last führt dies zu ungleichen Verformungen des Innen- und Außenrings und zu unterschiedlichen Druckwinkeln im Bereich der hochbelasteten Wälzkörper. Im schlimmsten Fall kann es zu Kantenträgern kommen. Da diese Effekte erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer haben, müssen sie sehr viel genauer untersucht werden als dies mit der konventionellen, analytischen Auslegungsmethode möglich ist.

Beim Azimutlager sind die Anschlusskonstruktionen ebenfalls stark unterschiedlich. Zur Turmseite hin ist eine nahezu ideale Situation gegeben. Auf Gondelseite kommt es durch bauliche Zwänge der Anlage dagegen oft zu Anschlussbedingungen, die zu einer ungünstigen Krafteinleitung bis hin zur Punktbelastung im Lager führen können. Derartige Spannungsspitzen müssen bei der Auslegung unbedingt berücksichtigt werden.

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