28. Nov 2018

Schaeffler bietet sein FAG-Rotorflanschlager nun als abgestimmtes System bestehend aus Lagereinheit, Schmierstoff und Sensorik an. ©Bild: Schaeffler

Rotorlager überwachen: kritische Betriebsbedingungen erkennen, Lagerschäden vermeiden und Betriebskosten senken

(PM) Wie können typische Schadensbilder an Wälzlagern in Windenergieanlagen, insbesondere an der Rotorlagerung, frühzeitig erkannt oder sogar vermieden werden? Schaeffler bietet für die Lösung dieser komplexen Aufgabe eine Kombination aus Sensoren an, welche in der Lage sind, die kritischen Einflussgrössen auf diese Schadensbilder zu überwachen.


Um die Wälzlagerungen im Triebstrang und das Gesamtsystem weiter zu verbessern und den Anlagenbetrieb zu optimieren, bieten reale Betriebsdaten ein grosses Potential. Beispielsweise können durch die Auswertung und Interpretation der erhobenen Daten Sicherheitsfaktoren genauer bestimmt und für neue Entwicklungen angepasst werden. Darüber hinaus entwickelt Schaeffler gemeinsam mit Pilotkunden Sensorkonzepte, um relevante Einflussgrössen auf Schadensmechanismen an Lagern erfassen zu können, die bislang nicht überwacht werden. Für das Rotor-Flanschlager besteht eine solche Sensorkombination beispielsweise aus bereits etablierten Temperatur- und Schwingungssensoren sowie dem Fettsensor Schaeffler Grease Check, dem neuen Schaeffler Load Sense-Pin und einem ebenfalls neuen Rollensatz-Gleitwegsensor.

Fettsensor Schaeffler Grease Check
Beim Schaeffler Grease Check handelt es sich um ein optisches Sensorsystem, mit dem frühzeitig Veränderungen des Fettzustandes erkannt werden können. Der Sensorkopf mit nur 5 mm Durchmesser erfasst die drei Parameter Trübung, Wassergehalt und Temperatur des Fettes. Über das Setzen individueller Schwellenwerte für Trübung und Wassergehalt können die Kunden den Zustand des Fettes im Betrieb in gut oder schlecht klassifizieren. Von besonderem Nutzen: Mit Schaeffler Grease Check können Windparkbetreiber zur Festlegung von Nachschmierintervallen an neuen Anlagen auf die aufwendige Prozedur der Fettproben-Entnahmen und -Analysen verzichten. Durch die permanente Überwachung des Fettzustandes können Betreiber auf Veränderungen im Schmierstoff mit Wartungsmassnahmen reagieren, unter Umständen sogar noch bevor ein Schaden am Lager aufgetreten ist. Sind genügend Anlagen installiert, entsteht mittelfristig die Möglichkeit, die Nachschmierintervalle bedarfsorientiert festzulegen und so noch mehr Wartungsaufwand einzusparen.

Schaeffler Load Sense-Pin für die Überwachung der Lagervorspannung
Bei Rotorlagersystemen, die vormontiert an die Umgebungskonstruktion angeflanscht werden, hat die Vorspannung der hierzu verwendeten Schraubenverbindungen einen direkten Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Gebrauchsdauer des Lagers, da sie die Lastverteilung im Lager mitbestimmen. Für die Überwachung dieser Schraubenvorspannung entwickelte Schaeffler den sogenannten Load Sense-Pin. Dieser neue Sensor basiert auf der Dünnschichtsensorik Sensotect und nutzt das Messverfahren von Dehnungsmessstreifen. Beim Load-Sense-Pin ist diese Sensorik direkt auf die Stirnseite und zur Temperaturkompensation auch auf die Mantelfläche eines kleinen Zylinders aus Stahl beschichtet. Der Sensor wird mit leichtem Übermass in eine Bohrung des zu messenden Bauteiles eingepresst und erfährt so die gleiche Dehnung wie das umgebende Material. Im Gegensatz zu den bekannten geklebten Dehnungsmessstreifen wird der Load Sense-Pin also direkt in den Lagerring eingebracht.

Mit dem Load Sense-Pin schafft Schaeffler die Möglichkeit, die Vorspannung der Verschraubung des Flanschlagers im Betrieb zu überwachen, sodass ein bedarfsgerechtes Nachziehen der Schrauben möglich wird. Eine in festen Abständen sonst erforderliche Überprüfung der Vorspannung entfällt. Die Zuverlässigkeit des Lagersystems wird erhöht und Wartungskosten werden gesenkt.

Indikator für ungünstige Betriebszustände am Rotorlager
Der induktive Sensor zählt für eine feste Anzahl von Rotorwellenumdrehungen, wie häufig ein Wälzkörper den Sensorkopf passiert. Der Wälzvorgang der Kontaktpartner im Lager beinhaltet immer – bei korrekter Auslegung kleine – Gleitvorgänge. Dieser Mikro-Schlupf, zwischen angetriebenem Lagerring und Wälzkörpersatz, ändert die Umfangsgeschwindigkeit des Wälzkörpersatzes und damit auch die Häufigkeit, wie oft ein Wälzkörper den Sensorkopf passiert. Bei bekannter Wälzlagerinnengeometrie kann dann aus der Anzahl der passierten Wälzkörper der mittlere Gleitweg und Mikro-Schlupf auch bei schwankender Rotordrehzahl zeitlich gemittelt sehr genau berechnet und damit auf verschiedene Last-, Reibungs- und Schmierverhältnisse zurückgeschlossen werden. Die Messung ist einfach, äusserst zuverlässig und erlaubt Rückschlüsse auf Betriebszustände (unter anderem hinsichtlich der Kinematik) des Wälzlagers.

Pilotkunden bietet sich im Rahmen dieser Entwicklungsprojekte mit Schaeffler die Chance, auf Basis der gemessenen Daten die kritischen Einflussgrössen für die Rotorlagerungen zu ermitteln. Abgesehen vom mittelfristigen Ziel, definierte Schadensmechanismen in Rotorlagern vorhersagen zu können, ist es mit dieser Sensorkombination bereits heute möglich, mehrere ungünstige Betriebszustände am Lager zu erkennen und diese über eine angepasste Wartungs- und Betriebsstrategie zu vermeiden oder bereits frühzeitig Gegenmassnahmen einzuleiten. Ebenso werden für das Lager ungünstige Zustände erkannt, die beispielsweise durch eine Nachschmierung behoben werden können, bevor eine Lagerschädigung beginnt. Auf diese Weise lassen sich schon kurz nach der Installation die Gebrauchsdauern der Rotorlager steigern und die Betriebskosten reduzieren.

Text: Schaeffler Technologies AG & Co. KG

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