30. Jul 2018

Bei der Entwicklung des neuen Pendelrollenlagers hat SKF die Leistung von Tausenden möglichen Innengeometrien simuliert bis das Design für die Anforderungen in der Windenergieanwendung gefunden war. ©Bild: SKF

SKF: Will Betriebskosten von Windenergieanlagen mit neuem Explorer-Pendelrollenlager senken

(ee-news.ch) Die Windenergieparks auf See wachsen ebenso wie die dort installierte Technik. Und die grösseren Turbinen, Getriebe, Generatoren und höheren Belastungen stellen neue Anforderungen an die Lagersysteme. Speziell für die Hauptwellen von Windenergieanlagen hat SKF neuartige Explorer-Pendelrollenlager entwickelt. Eines davon testet Vattenfall bereits seit zwei Jahren.


Laut Peter Scheibner, Leiter des Bereichs Erneuerbare Energien bei der dänischen SKF, haben sich Standard-Pendelrollenlager, wie sie normalerweise an den Hauptwellen von Windenergieanlagen eingesetzt werden, durchaus bewährt – mit bis zu 20 Jahren Lebensdauer bei entsprechender Wartung. Aber derartige Lager geraten langsam an ihre Grenzen. Um diese Grenzen noch ein wenig verschieben zu können, hat SKF in Kooperation mit Windenergieanlagenherstellern die technischen Voraussetzungen von Offshore-Windanwendungen genauestens analysiert. Auf Basis der entsprechenden Erkenntnisse konnte das Unternehmen neuartige Pendelrollenlager entwickeln, die speziell für ihre Anwendung in der Windenergie optimiert wurden. Erklärtes Ziel der Weiterentwicklung ist die hundertprozentige Zuverlässigkeit des Lagers über die gesamte angepeilte Lebensdauer der Anlage hinweg – und das sind in diesem Fall 25 Jahre.

Vorausschauende Instandhaltung
Ein solches Lager befindet sich schon seit Februar 2016 im Probebetrieb. Es läuft im dänischen Windpark Tjæreborg Enge, rund zehn Kilometer südlich von Esbjerg. In Esbjerg ist mit der Überwachungszentrale von Vattenfall das Herzstück der Windparkinstandhaltung angesiedelt: Hier können sich die Ingenieure auf zahlreichen Monitoren die Betriebszustände ihrer Windparks detailliert anzeigen lassen – bis hinunter zu einer einzelnen Turbine. Zu den Aufgaben der Überwachungs-Crew gehört u. a., sich anbahnende Wartungsmassnahmen an den Hauptkomponenten mehrerer Turbinen terminlich zu bündeln – um bspw. die Kosten für den Einsatz von Kranen zu minimieren. Das wiederum verlangt nach einer vorausschauenden Instandhaltung; und daran ist im Falle des neuen Pendelrollenlagers auch SKF beteiligt.

Vattenfall setzt in Esbjerg Scada- (Supervisory Control and Data Acquisition) und CM- (Condition Monitoring) Online-Systeme ein, um den Überblick über seine On- und Offshore-Turbinen zu behalten. Diese Systeme überwachen die aktuelle Energieerzeugung, die Windgeschwindigkeit, die Windrichtung, die Getriebeschmierung samt Öltemperatur und -druck sowie Kühlwassertemperatur und -druck des Generators. Die entsprechenden Daten liefern wertvolle Informationen über Veränderungen der einzelnen Betriebszustände, woraus sich Vorhersagen über die Zeit bis zum Ausfall der betroffenen Komponenten ableiten lassen.

Tausende von Simulationen
Von einem Ausfall ist das optimierte SKF Pendelrollenlager freilich noch weit entfernt. Dessen voraussichtliche Lebensdauer konnte vor allem aufgrund einer Überarbeitung seiner inneren Geometrie verlängert werden. Zu diesem Zweck hatte SKF ein neues Designverfahren entwickelt, bei dem die Innengeometrie des Lagers im Computer iterativ modifiziert wurde: Das Programm berechnete die Leistung von Tausenden möglichen Innengeometrien – so lange, bis das optimale Design für die Anforderungen in der Windenergieanwendung gefunden war. Daraus resultierte in der Folge auch eine neuartige Käfig-Geometrie inklusive Ersatz des bislang benutzten Messingwerkstoffs durch Gusseisen: Das ist steifer und härter als Messing.

Im Zuge der Entwicklung wurden ausserdem mehrere metallische Gleitkontakte eliminiert, um Reibung und Verschleiss zu minimieren. Dazu hat SKF u. a. die internen Schmierungseigenschaften des Lagers verbessert. Dadurch – und aufgrund der geringeren Anpressdrücke – stieg die berechnete Lagerlebensdauer um durchschnittlich 60 Prozent. Gleichzeitig gelang es den Ingenieuren, das Gewicht der langlebigeren Lager um rund 4 Prozent zu senken.

Das neue SKF Lager für die Windenergie
Das Pendelrollenlager SKF 240/710 BC wurde sowohl für On- als auch Offshore-Windenergieanlagen entwickelt. Zu seinen Stärken gehören die niedrigen Drehzahlen, seine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Schubkräfte und seine verbesserte Innengeometrie. Das - für diesen spezifischen Anwendungszweck - verhältnismässig weiche Messing des Käfigs wurde durch härteres Gusseisen ersetzt. Diese wichtigen Konstruktionsänderungen tragen erwiesenermassen dazu bei, den Verschleiss zu minimieren und althergebrachte Schmierungsprobleme zu lösen.

Weitere effizienzsteigernde Lösungen für die Windenergiebranche präsentiert SKF in der Zeit vom 25. bis 28. September auf der Windenergy Hamburg. Besucher der Windenergy finden SKF in Halle B6 am Stand 370.

Text: ee-news.ch, Quelle: SKF

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