Axialdichtung High-Tech-Dichtung macht Rotorwelle robuster

Redakteur: M.A. Bernhard Richter

Windkraftanlagen im On- oder Offshore-Bereich sind witterungsbedingt oft extremen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend hoch sind die Anforderungen an den gesamten Maschinenraum in der Gondel, darunter auch die Hauptwellen. Für deren reibungslosen Betrieb hat SKF die HRC1 Axialdichtung entwickelt.

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(Bild: facebook.com/WindenergieWindkraft)

Moderne Windkraftanlagen arbeiten heute sehr effizient. Allerdings schlagen die Kosten für Wartung oder Reparatur gerade im Offshore-Bereich empfindlich zu Buche. Durch wechselnde Windkräfte sind die Anlagen enormen statischen Belastungen ausgesetzt: In modernen WEAs werden Rotorblätter bis zu einer Länge von bis zu 80 m eingesetzt: Die z. B. in der Vesta V164-8.0 MW verbauten Prototypen aus Faser-Kunststoff-Verbundmaterial erreichen je nach Windstärke Umdrehungen von 12 min -1. Grundsätzlich übertragen die Rotorblätter eine hohe radiale und axiale Kräfte auf den Maschinensatz in der Gondel.

Besonders hohe Belastungen treten beispielsweise bei plötzlichen, heftigen Windstößen auf. Die Konsequenz: Um zuverlässig Strom liefern zu können, müssen Windenergieanlagen eine enorme Anzahl von Lastwechseln unbeschadet überstehen.

Schneller Verschleiß bei normalen Dichtungen

Die auftretenden Rotorkräfte sind eine Herausforderung für die Getriebekonstruktion. Unmittelbar hinter dem Rotor arbeitet die Hauptwelle der Windkraftanlage. Um deren sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, sind ausgereifte Dichtungslösungen nötig. Bislang standen der Windenergiebranche allerdings nur handelsübliche Axialdichtungen aus elastomeren Werkstoffen zur Verfügung. Diese haben einen entscheidenden Nachteil:

(Bild: SKF)
Sie sind kaum imstande, die anspruchsvollen Aufgaben an den Hauptwellen in Windkraftanlagen zu erfüllen. Hier verschleißen herkömmliche Dichtungslösungen meist sehr schnell an den teils rauen Gegenlaufflächen. Auch mit Mangelschmierung durch die nur begrenzt kontrollierbaren Bedingungen an den Hauptwellen sind sie in aller Regel überfordert.

Dichtungsaustausch manchmal unmöglich

In den Monaten zwischen den Wartungsintervallen muss die Axialdichtung das Hauptwellenlager der Anlage zuverlässig vor Schmutz schützen. Bei einem Ausfall sind die Lager der Hauptantriebswelle zusätzlichen Verunreinigungen ausgesetzt. Mögliche Konsequenzen sind ungeplante Stillstandzeiten und steigende Kosten pro Kilowattstunde. Darüber hinaus ist der Austausch von Axialdichtungen im Turm sehr schwierig und in Einzelfällen sogar unmöglich.

Die Axialdichtung HRC1 von SKF wurde speziell für raue Gegenlaufflächen und Mangelschmierung entwickelt. Die besondere Geometrie erlaubt eine axiale Abweichung von ± 2 mm. Das Profil der Dichtlippe soll für minimalen Kontakt, Reibung und Verschleiß sorgen. Das Rillendesign unterstützt die Schmierung der Dichtkante, so der Hersteller.

Die Dichtung wird aus einem speziellen Polyurethan-Werkstoff gefertigt, der von SKF für besondere Anforderungen entwickelt worden ist. Das Material zeichne sich durch eine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß, Abrieb, UV-Strahlung, Ozon und Hydrolyse aus und soll damit sehr gut für den Einsatz in Türmen von Windenergieanlagen geeignet sein. Die Dichtung aus H-Ecopur soll fünf Mal abriebbeständiger und mehr als drei mal so reißfest sein als der nächstbessere Elastomerwerkstoff HNBR (Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk).

Nachträglicher Einbau ist möglich

Je nach Einsatzfall und Installationsbedingung ist die SKF Dichtung in geteilter und ungeteilter Ausführung erhältlich. Sie ist für Wellendurchmesser von 1 m bis 3 m verfügbar. Ein Schnellspannband aus Stahl soll einen einfachen Einbau ermöglichen und die schnelle Fixierung auf der Welle ermöglichen. Geteilte Dichtungen lassen sich auch nachträglich in bestehende Anlagen einbauen. Für Neuanlagen sollte die Axialdichtung in ungeteilter Ausführung verwendet werden, so SKF.

Feldversuche bestätigen höhere Lebensdauer der Dichtung

HCR1-Dichtungen haben ihre Praxistauglichkeit bereits unter Beweis gestellt, so das Unternehmen. In enger Zusammenarbeit mit einem bekannten Hersteller von Windkraftanlagen hat SKF die Neuheit in umfangreichen Feldversuchen getestet. Die Dichtungen wurden in 40 Windenergieanlagen mit jeweils 2,5 MW Leistung eingebaut und waren kontinuierlich unter Praxisbedingungen im Einsatz. Bei der Erstkontrolle nach drei Monaten wurde ein normales Einlaufverhalten festgestellt. Nach sechs Monaten registrierten die Tester lediglich einen minimalen Verschleiß.

Der Feldversuch von SKF bestätigt, dass die Axialdichtung wesentlich länger eingesetzt werden kann als herkömmliche Elastomerdichtungen. Windparkbetreibern gebe das mehr Planungs- und Betriebssicherheit anstatt ungeplanter Stillstandszeiten und Reparaturen. Die üblichen Zeitintervalle für Instandhaltungsmaßnahmen können eingehalten werden. (br)

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