Rotorlagerungen für die 7-MW-Offshoreklasse

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4. SKF Nautilus in Direktantrieben (DD)

Die Auswahl der Lagertypen und deren Anordnung haben Einfluss auf die Gesamtverformung sowie die Steifigkeit des Triebstrangs und damit auch auf den vorzuhaltenden Luftspalt in der elektrischen Maschine, auf die Magnetstärken und die Magnetmasse. Bei den aktuellen Preisentwicklungen für Neodym und Kupfer kann bei mehreren Tonnen benötigter Magnetmasse für eine 5-MW-DD-Turbine eine Luftspaltreduzierung von nur einem Millimeter bereits eine gewaltige Kosteneinsparung bewirken und die Effizienz der Turbine in ihrer Gesamtlebensdauer maßgeblich steigern.

Neben den TRB-und-TRB- sowie DRTRB-und-CRB-Rotorlagerkonzepten, vorrangig montiert auf stillstehenden Achszapfen, ist vor allem die Variante mit Momentenlager auf den weltweiten Vormarsch. Das Momentenlager dient dabei als zentrales Bindeglied zwischen Nabe und langsam laufendem Generator, der vor dem Turm platziert ist („Bug-Generator“). Der Überhang gilt als technisch höchst anspruchsvoll für das Rotorlager. Das ist aber von Vorteil aufgrund der sehr kompakten Bauform gegenüber der Variante mit extrem langer und zweifach gelagerter Rotorwelle mit „Heck-Generator“ und zusätzlich eigenständiger Generatorlagerung.

Radiale Verschiebung deutlich reduziert

SKF Untersuchungen zur Verformung bei extrem hohen My Nickmoment ergeben für ein an die Nabe zentral angeordnetes und vorgespanntes Nautilus eine überwiegende Verkippung, weniger eine radiale Einfederung, wie es bei Konzepten mit einer 2-Punkt-Lagerung der Fall ist. Setzt man das Lager mit großem Ringdurchmesser kompakt an die Nabe, kann eine radiale Verschiebung des Läufers und des Luftspalts durch das steife Momentenlager erheblich reduziert werden.

Sollte ein Nautilus Momentenlager vorgesehen werden, muss grundsätzlich zwischen einer Variante mit feststehendem oder drehendem Außenring unterschieden werden. Beide Varianten erfordern eine detaillierte Ausarbeitung der Lagerperformance und Luftspaltoptimierung (Exzentrizität, Einfederung, Winkelversatz) per FEM zur Verformung der Gesamtkonstruktion. Daneben stehen sehr pragmatische Überlegungen bezüglich Zugänglichkeit zum Dichtungswechsel sowie zur Schmierstoffein- und Altfettausbringung. SKF bietet hierzu entsprechende Großdichtungen in einteiliger sowie geteilter Ausführung an. Hinzu kommen rotierende oder nicht rotierende SKF Schmieraggregate für eine Fett- oder Ölschmierung.

Variante mit massiven Innenringen

Das SKF-Momentenlager Nautilus hat zwischenzeitlich eine zehnjährige Evolution durchlaufen. Die jüngste Neuerung ist eine Variante mit massiven Innenringen, die eine direkte Verschraubung mit der angrenzenden Konstruktion ermöglicht. Durch Eliminierung des klassischen Wellensitzes wird der Einfluss der Toleranzen zwischen Welle oder Achszapfen und Lagerbohrung eliminiert und damit die Variation der Lagervorspannung wesentlich reduziert. Dies führt zu einer exakteren Lastverteilung auf alle Wälzkörper und damit zu einer höheren Betriebszuverlässigkeit.

Weil Gehäuse und Welle angeschraubt werden und die Dichtungen bereits integriert sind, vereinfacht sich die Montage deutlich. Das spart Montagezeiten und reduziert die Montagefehler beim Umgang mit Großlagern.

Zudem hat SKF eine spezielle Oberfläche zum Schutz vor Korrosion und zur Erhöhung der Reibung zwischen den Oberflächen, die beispielsweise Antriebsmomente übertragen müssen, entwickelt. Weiterhin bietet SKF auch einen rollensegmentierten Käfig an, der noch mehr Flexibilität bei betriebsbedingten Verformungen ermöglicht. Die bei SKF vorrangig einsatzgehärteten Momentenlager zeichnen sich insgesamt durch hohe Härte, Festigkeit und risshemmende Druckeigenspannungen in der beanspruchten Randschicht sowie durch gute Kernzähigkeit und damit erhöhte Sicherheit gegen Bruch aus.

Vielfalt an Triebsträngen wird weiter zunehmen

Für Rotorlager in der 7-MW-Klasse ist SKF grundsätzlich breit aufgestellt und kann somit auf Kundenwünsche offen eingehen. Die heutige Vielfalt von unterschiedlichen Triebsträngen wird in Zukunft sogar weiter ausgedehnt werden. SKF versteht sich dabei als Partner der Windkraftanlagen-Hersteller und -Betreiber und verfügt in aller Welt über Fertigungsstätten. Dort arbeiten Experten, die neue Triebstränge von der Idee bis zur Serienreife mitentwickeln. (jv)

* Dipl. Ing. Matthias Hofmann ist technischer Berater Windkraft bei SKF.

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