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Kegelrollenlager

Optimierte Produktkonstruktionen für die Rotorlagerung von Windkraftanlagen

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Pendelrollenlager: Robuster denn je

Mit dem Ziel die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und damit die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen zu erhöhen, hat Schaeffler seine Pendelrollenlager für Rotor-Hauptlagerungen optimiert. Diese Lagerbauart wird ausschließlich bei der sogenannten Wellenlagerung eingesetzt – das am häufigsten verwendete Lagerungskonzept. Anhand der Betriebsdaten von rund 10.000 Windturbinen untersuchte Schaeffler die Zuverlässigkeit von Pendelrollenlagern, die in vielen Anlagen als Hauptlager eingesetzt werden. Die Ingenieure entdeckten dabei typische Schadensursachen und entwickelten entsprechende Gegenmaßnahmen. Sie optimierten den Verschleißkennwert p*v in zwei Bereichen.

In der Makro-Geometrie der Pendelrollenlager reduzierten die Ingenieure die initiale Lagerluft und verbesserten so das Betriebsspiel. Dadurch reduzierten sie die Wälzkörperkräfte und das axiale Schieben des Antriebsstranges. Darüber hinaus verwendeten sie einen festen Mittelbord für die Festlagerung des Windturbinen-Rotors und erhöhten so die axiale Steifigkeit, was die axiale Verlagerung des Antriebsstrangs deutlich reduziert. Außerdem kann durch den festen Mittelbord die Kontaktpressung entlang der Rolle besser verteilt und so auch der Verschleißkennwert p*v letztendlich optimiert werden.

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Verschleißkennwert reduziert

Im Bereich der Mikro-Geometrie verbesserten die Entwickler die Oberflächen, um eine gleichmäßigere Verteilung der Pressung zu erreichen. Darüber hinaus passten sie die Schmiegung an, um die Wälzkörpernormalkräfte über eine große Fläche zu übertragen und so die Kontaktpressungen zu reduzieren. Als wichtigste Änderung in der Mikro-Geometrie wurden die Wälzkörper endprofiliert, was den Verschleißkennwert p*v im kritischen Bereich signifikant reduziert.

Im Zuge der Validierung wurden die Pendelrollenlager erfolgreich umfangreichen Tests für das Schaeffler-Gütesiegel „X-life“ unterzogen. Die dazu notwendigen Validierungsschritte sind vom Germanischen Lloyd zertifiziert worden (Zertifikat GL-CER-002-2015). Am Ende dieser Validierung standen Versuche im Maßstab 1:1.

Lastverteilung verbessert

Das asymmetrische Lagerdesign bedeutet einen noch weitergehenden Schritt. Es erhöht die axiale Tragfähigkeit und damit die Gebrauchsdauer der Hauptlager in Windkraftanlagen signifikant. Es ermöglicht einen höheren Druckwinkel auf der axial belasteten Lagerreihe und einen flacheren Druckwinkel auf der hauptsächlich radial belasteten Lagerreihe. Dadurch werden eine bessere Lastverteilung, weniger Kontaktpressungen und eine signifikante Reduzierung des axialen Schiebeweges erreicht. (ud)

* *Manuel Rettinger ist Experte Antriebsstrang Entwicklung Windkraft bei der Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Herzogenaurach.

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