Drehverbindungen Schaeffler präsentiert Lager für Windnachführung und Blattverstellung

Für die Windnachführung der Gondel und die Verstellung der Rotorblätter entwickelt und produziert Schaeffler Drehverbindungen bis zu einem Außendurchmesser von 4 000 Millimeter

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Schaeffler Technologies AG & Co. KG

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Windkraftanlagen müssen ihre Ausrichtung den Windverhältnissen anpassen. Turm und Rotorblätter werden dabei 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 die Schaeffler Gruppe Industrie (INA/FAG) Drehverbindungen für Anlagen bis zu einer Leistung von 5,0 MW. Durch ihren konstruktiven Aufbau übertragen sie radiale und axiale Kräfte sowie Kippmomente. Sie werden als ein- oder zweireihige Vierpunktlager ausgeführt, sowohl unverzahnt als auch innen- und/oder außenverzahnt. Bei unterschiedlichen Belastungen ermöglichen sie eine exakte Winkelverstellung.

Zweireihige Vierpunktlager zur Blattverstellung (Pitch-Lager)

Zur Leistungsregelung der Windenergieanlage muss der Blattwinkel über die Drehbewegung am Blattlager immer optimal der Windgeschwindigkeit angepasst werden. Die Blattverstellung steuert so 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.

Einreihige Vierpunktlager passen Gondel der Windrichtung an (Azimuth-Lager)

Auch um die Stellung der Gondel immer optimal der Windrichtung anzupassen, wird eine Drehverbindung benötigt. Die Windlasten und die dynamischen Massenkräfte werden über die Laufbahnen und die Schraubenverbindungen in den Turmkopf abgeleitet. Zum Einsatz kommen hier meist einreihige Vierpunktlager, deren Innen- bzw. Außenring verzahnt oder unverzahnt ausgeführt sein kann.

Mit viel technischem Know-how, wie beispielsweise zinkflammgespritzten Oberflächen, Mehrschicht-Lackierung, veredelten Dichtungsanlaufflächen und hochfestem Vergütungsstahl, bietet Schaeffler die Drehverbindungen mit hoher Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Sicherheit gegen vorzeitige Schäden. Durch den Werkstoff und die Oberflächenschutzmaßnahmen sind die Lager bis minus 30 Grad Celsius geeignet.

Berechnung erhöht Qualität und Zuverlässigkeit

Um hohe Qualität und Zuverlässigkeit der Lager und Drehverbindungen sicherzustellen, nutzt Schaeffler moderne Software und Berechnungsprogramme. Mit Bearinx lassen sich die Drehverbindungen modellieren und berechnen. 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. Analog zur Beanspruchung der einzelnen Wälzkontakte ermittelt diese Software die rechnerische Lagerlebensdauer genauer als bisher möglich. 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) kalkuliert. 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. (mi)

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