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Lager von Windenergieanlagen bis zu 10 MW im Dauerlauf prüfen

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Der Lagerprüfstand Beat 6.1 ermöglicht Dauerlaufprüfungen von Lagern von Windenergieanlagen bis zu 10 MW. Nun wurden speziell gefertigte Hybridbauteile eingebaut, damit sind ab jetzt auch dynamische Lasten auf das Lager aufprägbar. Am Fraunhofer IWES Standort Hamburg wurde der Lagerprüfstand nun eröffnet.

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Letzter Check der sechs Hydraulikzylinder der Lasteinleitung.
Letzter Check der sechs Hydraulikzylinder der Lasteinleitung.
(Bild: Fraunhofer IWES)

Mit dem neuen Lagerprüfstand Beat 6.1 in Hamburg wurden in den letzten Monaten die ersten Blattlager in einem stark vereinfachten aber branchenüblichen Aufbau geprüft. Durch den Einbau von speziell gefertigten Hybridbauteilen sind ab jetzt auch dynamische Lasten auf das Lager aufprägbar, was besonders realistische Testbedingungen schafft. Damit fließt die verbesserte Kenntnis von Schäden und Schadensverläufen an den hochbelasteten Lagern einer Windenergieanlage nun direkt in die Konstruktionspraxis ein, die bisher stark auf Erfahrungen basierte. Optimierte Blattlager beugen Anlagenstillständen vor und tragen dazu bei, den Anlagenbetrieb wirtschaftlicher zu machen.

Widerstandsfähigkeit von Lagern für komplette Betriebsdauer prüfen

In Hamburg sind die ersten Prüf-Durchläufe im Dauerbetrieb von Lagern erfolgt und werden noch bis Mitte August fortgesetzt. Für Dauerlaufprüfungen von Lagern von Windenergieanlagen bis zu 10 MW erzeugen Prüfingenieure des Fraunhofer IWES mittels einer komplexen Datenanalyse Zeitreihen, die unterschiedliche Schadensmechanismen nachbilden. Damit ist es möglich, die Widerstandsfähigkeit von Lagern vor ihrer Installation an einer Windenergieanlage in nur wenigen Monaten für ihre komplette Betriebsdauer zu prüfen. Das Ziel des Prüfstandes Beat 6.1 (Bearing Endurance and Acceptance Test rig) ist eine möglichst realistische Nachbildung der Lasten, die auf die 10 Tonnen schweren Lager im Betrieb einwirken.

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Dynamische Lasten abbilden und realistische Prüfsituation schaffen

Die Erweiterung des Prüfstandes um Hybridbauteile war daher der letzte entscheidende Ausbauschritt: Dort, wo eine Windenergieanlage steifere Anschlusskonstruktionen aufweist (z.B. an den Gurten des Rotorblattes), bringen auch die Bauteile Lasten in das Lager ein; dort, wo die Konstruktion nachgiebiger ist - z.B. an der Hinterkante des Rotorblattes – sind auch die Bauteile elastischer. Auf diese Weise werden dynamische Lasten abgebildet und eine realistische Prüfsituation erzeugt.

„Der neue Prüfstand am Institutsstandort Hamburg bündelt Aktivitäten und erweitert sie um experimentelle Testmöglichkeiten für Lager von Windenergieanlagen der nächsten Generation. Mit dem Prüfstand Beat 6.1. erweitert das Fraunhofer IWES das Portfolio von Validierungsleistungen, das Anlagen- und Komponentenhersteller dabei unterstützt, Weiter- oder Neuentwicklungen vor der Markteinführung abzusichern“, so Andreas Reuter, Institutsleiter Fraunhofer IWES.

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Technische Kennzahlen des Lagerprüfstands
  • Testen von Lagern mit 3-6,5 m Durchmesser
  • Einleitung statischer Lasten bis 50 MNm
  • dynamische Biegemomente mit +/- 25 MNm bei 0,7 Hz
  • hochintegriertes Kontroll- und Datenerfassungssystem mit sehr hohen Prozessgeschwindigkeiten – autarker Betrieb über Monate
  • Messsystem mit 500 hochaufgelösten Messkanälen und redundanten Datenbanken
  • beschleunigte Prüfung: Nachbildung der Lasten aus 20 Betriebsjahren in 6 Monaten
  • Emulation von Anschlussbauteilen und ihrer Eigenschaften

Rotorblattlager mit 5 m Durchmesser untersucht

Mit dem neuen Prüfstand wurden von Beginn an Rotorblattlager mit 5 m Durchmesser aus dem Forschungsprojekt HAPT (Highly Accelerated Pitch Bearing Test) untersucht. Die Versuchsreihen mit Funktions- und Dauertests reichen noch bis zum Sommer 2021. Damit werden die Möglichkeiten der Validierung von Blattlagern auf ein hohes Niveau angehoben.

Zusammen mit den Forschungspartnern, dem Lagerhersteller IMO und dem Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) der Leibniz Universität Hannover sollen Methoden zur beschleunigten Prüfung von Blattlagern entwickelt werden.

„Die Möglichkeit IMO Lager auf diesem einzigartigen Prüfstand testen zu können gibt uns einen großen Wissensvorsprung. Bei der Auslegung neuer und immer größer werdender Lager können wir zukünftig auf Vergleiche unterschiedlicher Lagerkonzepte zurückgreifen“, erläutert Dr. Henrik Albertsen, Leiter Anwendungstechnik bei IMO.

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