Lager Pitch- und Azimuthlager für Windkraftanlagen bis 5 MW

Turm und Rotorblätter von Windkraftanlagen werden so eingestellt, dass sie die Windverhältnisse optimal ausnutzen und gleichzeitig keinen zu extremen Belastungen ausgesetzt sind, die

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Schaeffler Technologies AG & Co. KG

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Turm und Rotorblätter von Windkraftanlagen werden so eingestellt, dass sie die Windverhältnisse optimal ausnutzen und gleichzeitig keinen zu extremen Belastungen ausgesetzt sind, die zu Schäden führen könnten. Turm- und Blattverstellung sind somit eine wesentliche Voraussetzung für die Wirtschaftlichkeit von Windkraftanlagen.

Für die Windnachführung der Gondel und die Verstellung der Rotorblätter entwickelt und produziert Schaeffler Drehverbindungen bis zu einem Außendurchmesser von 4000 Millimeter, derzeit für Anlagen bis zu einer Leistung von 5,0 MW. Sie übertragen radiale und axiale Kräfte sowie Kippmomente und werden als ein- oder zweireihige Vierpunktlager ausgeführt, sowohl unverzahnt als auch innen- und/oder außenverzahnt. Bei unterschiedlichen Belastungen ermöglichen sie eine exakte Winkelverstellung.

Die Blattverstellung steuert die Rotordrehzahl, die eine möglichst gleichmäßige Stromerzeugung ermöglicht. Dabei treten zum Teil sehr hohe Lasten aus der dynamischen Beanspruchung der Rotorblätter auf. Diese müssen sicher über die Laufbahnen und die Schraubenverbindungen der Blattlager in die Rotornabe abgeleitet werden. Zum Einsatz kommen zumeist zweireihige Vierpunktlager, deren Innen- bzw. Außenring verzahnt oder unverzahnt ausgeführt sein kann.

Software-Einsatz sichert Qualität der Lager

Um die Stellung der Gondel immer optimal der Windrichtung anzupassen, kommen im Turmkopf meist einreihige Vierpunktlager zum Einsatz, deren Innen- bzw. Außenring verzahnt oder unverzahnt ausgeführt sein kann. Nach Herstelleranlagen versprechen die Drehverbindungen mit zinkflammgespritzten Oberflächen, Mehrschicht-Lackierung, veredelten Dichtungsanlaufflächen und hochfestem Vergütungsstahl (z.B. 42CrMo4V) hohe Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Sicherheit gegen vorzeitige Schäden. Durch den Werkstoff und die Oberflächenschutzmaßnahmen sind die Lager bis minus 30 °C geeignet.

Zur Sicherung höchster Qualität und Zuverlässigkeit der Lager und Drehverbindungen verfügt die Schaeffler Gruppe Industrie über modernste Software und Berechnungsprogramme. Mit Bearinx modelliert und berechnet die Schaeffler Gruppe die Drehverbindungen. Die Belastungen und inneren Beanspruchungen der Wälzlager, die Vergleichsspannungen der Wellen sowie die wichtigsten Kennwerte werden tabellarisch und grafisch dargestellt. Auch die innere Lastverteilung im Lager wird dabei exakt berechnet - bis hin zur Kontaktpressung unter Berücksichtigung der Laufbahnschmiegung. Für detailliertere Analysen können FEM Berechnungen den Einfluss der Umgebungskonstruktion auf die Wälzlager und umgekehrt ermitteln.

Zusätzlich wird bei Auslegungen eine Sicherheit gegen dynamisches Kernversagen (Core-Crushing) berechnet. Diese bezieht sich auf die Lagerlast, bei der die dynamische zulässige Spannung im Übergang Rand/Kern erreicht wird. Die Beanspruchung des Werkstoffs wird über die Tiefe des Materials mit der zulässigen Beanspruchbarkeit des Werkstoffs verglichen.

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