Hydrodynamische Gleitlager für Windkraftgetriebe
Hart am Winde dran
Mit einer Gleitlagerung für Planetenräder stärkt Schaeffler seine marktführende Position im Bereich der Lagerlösungen für Windkraftgetriebe. Durch die additive Fertigung der Gleitlagerschicht und eine Endbearbeitung in industriellem Maßstab eröffnen die hydrodynamischen Gleitlager ein neues Kapitel in der Weiterentwicklung von Windenergieanlagen.
 Hydrodynamisches Gleitlager mit additiv hergestellter Bronzegleitschicht: ein neues Kapitel in der Entwicklung der Windkraftgetriebe
Hydrodynamisches Gleitlager mit additiv hergestellter Bronzegleitschicht: ein neues Kapitel in der Entwicklung der WindkraftgetriebeBild: Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Moderne, hochleistungsfähige Windkraftgetriebe arbeiten mit vielen Planeten, um die stetig steigenden Drehmomente aufnehmen zu können. Schaeffler präsentierte auf der Wind-Energy Hamburg weiterentwickelte, hydrodynamische Gleitlager, die diese Leistungsverdichtung auf engstem Bauraum ermöglichen. Die nur wenige Millimeter dicke Bronzegleitschicht wird mit Hilfe eines additiven Fertigungsverfahrens direkt auf den Planetenradbolzen aufgebracht. Die stoffschlüssige Verbindung zwischen Bolzen und Gleitschicht stellt eine jahrzehntelange Einsatzdauer sicher.

Ergänzend zur FEM-Simulation des gesamten Lagersystems setzt Schaeffler für die Auslegung dieser Gleitlager sogenannte elastohydrodynamische Simulationen (EHD) ein. Das Ziel: die minimale Schmierfilmdicke, aber eine vollständige Trennung der Oberflächen. Um diesen verschleißfreien Betriebszustand sicherzustellen, bietet Schaeffler seinen Kunden eine detaillierte technische Auslegung.

Bild: Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Trend in der Windkraftgetriebeentwicklung

Den steigenden installierten Leistungen begegnen Getriebehersteller u.a. mit einer größeren Anzahl an Planeten pro Stufe. So lassen sich höhere Drehmomente im gleichen Bauraum übertragen. Wälzlagerlösungen stoßen hier aber an geometrische Grenzen, da der Platz in immer kleiner werdenden Planetenrädern nicht mehr ausreicht. Die Gleitlagerlösung bietet hier mit ihrem geringeren Durchmesser den entscheidenden Vorteil. Derzeitiger Stand der Technik sind auf den Planetenradbolzen aufgepresste Bronzebuchsen. Die konsequente Weiterentwicklung dieses Gleitlagers ist die Direktbeschichtung des Bolzens mit Hilfe moderner additiver Fertigung.

Rotorlagertausch direkt in der Gondel

Ein beträchtlicher Anteil der weltweit installierten Windenergieanlagen ist mit Pendelrollenlagern als Rotorlagerung ausgerüstet. Fallen diese Lager vorzeitig aus, ist ein Austausch aufgrund der hohen Kosten meist nicht wirtschaftlich. Denn aktuell lassen sich die Rotorlager nur bei kompletter Demontage des Rotorsterns und großer Teile des Antriebsstrangs austauschen. Dies kann zu einem Szenario führen, in dem Windenergieanlagen abgeschaltet werden, die grundsätzlich noch funktionsfähig wären. Für diesen Fall hat Schaeffler eine Lösung auf Basis geteilter, asymmetrischer Pendelrollenlager entwickelt. Damit lassen sich die Kosten für den Austausch der Lager um gut 50 Prozent reduzieren.

Die Demontage der defekten Lager und die Montage der neuen geteilten Lager kann dabei direkt in der Gondel vorgenommen werden. Die neuen Pendelrollenlager verfügen über Optimierungen, die in den letzten Jahren in mehreren Stufen im Feld etabliert wurden, wie etwa die asymmetrischen Druckwinkel. Bei dieser Gestaltung ist die getriebeseitige Rollenreihe, in der die Windkräfte aufgenommen werden, steiler angestellt. Das führt zu reduzierten internen Lagerkräften und erhöhter axialer Steifigkeit. Schaeffler bietet der Windindustrie mit dieser robusten Reparaturlösung die Möglichkeit, bestehende Windenergieanlagen viele Jahre weiter wirtschaftlich betreiben zu können.

Mit dem German Renewables Award honoriert das Cluster Erneuerbare Energien Hamburg herausragende Innovationen und persönliches Engagement für die erneuerbaren Energien. Bereits zum elften Mal vergab die unabhängige Jury am 24. August 2022 die Auszeichnung. In der Kategorie „Produktinnovation des Jahres“ wurde Schaeffler mit seinem geteilten, asymmetrischen Pendelrollenlager ausgezeichnet.

Bei Windturbinen mit einer Leistung oberhalb von etwa 6MW findet die angestellte Lagerung mit zwei Kegelrollenlagern in O-Anordnung immer häufiger Anwendung. Der große Stützabstand dieser Lagerung reduziert die inneren Lagerkräfte beträchtlich, womit im Umkehrschluss die Lagerung kleiner und leichter ausgeführt werden kann. Die Forderung nach Leistungsverdichtung wird damit erfüllt.

Zuverlässige Funktion von angestellten Lagerungen

Die zuverlässige Funktion von angestellten Lagerungen steht bei Schaeffler auf drei Säulen: Dem validierten Design-Baukasten für Kegelrollenlager, der System-Simulation in verschiedenen Detaillierungsgraden sowie dem Vorspannungsmesssystem Premesy.

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