Die Antriebskonzepte in Windkraftanlagen sind schon etwas Besonderes. Es gibt Anlagen mit und ohne Getriebe, und es gibt Hybridanlagen, die über ein ein- oder zweistufiges Getriebe verfügen und ohne Hochgeschwindigkeitsgenerator auskommen. Ein Blick in die Vergangenheit zeigt, dass etwa 80 Prozent der Windkraftanlagen mit einem herkömmlichen Getriebe ausgestattet sind, alle anderen sind getriebelose (auch direkt angetrieben genannte) Anlagen oder Hybridanlagen. Derzeit wird in der Branche eingehend darüber diskutiert, ob sich der Trend hin zu direkt angetriebenen Anlagen nun verstärkt oder nicht. Dabei spielen die Energiekosten eine Schlüsselrolle, und es bleibt die Frage, welches Anlagenkonzept besser dazu geeignet ist, die Energiekosten so niedrig wie möglich zu halten.

Dies bedeutet, dass man die Lebenszykluskosten einschließlich der Erstinvestitionskosten sowie die Betriebs- und Instandhaltungskosten gut unter Kontrolle haben muss. Fakt ist jedoch, dass alle Anlagenkonzepte ihre Vor- und Nachteile haben; das heißt, dass Getriebe auch weiterhin eine wichtige Rolle spielen, wobei das oberste Ziel hier eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit ist. Bei Getriebelagern kommt es oft zu vorzeitigen Schäden und Ausfällen, die ungeplante Stillstände und hohe Instandsetzungskosten zur Folge haben. Hier kann SKF mit der Lieferung geeigneter Produkte Abhilfe schaffen.

Die Situation in aller Kürze
In den Planetenstufen der Getriebe sind häufig vollrollige Zylinder­rollenlager eingebaut. Diese Lager, die sich durch eine hohe Tragfähig­keit auszeichnen, erzeugen aufgrund des direkten Kontakts von Rolle zu Rolle mehr Reibung als Lager, die mit einem Käfig ausgestattet sind. In kleineren Getrieben scheinen diese Lager zufriedenstellend zu laufen. Da Windkraftan­lagen jedoch immer größer werden, nimmt auch das Risiko vorzeitiger Lagerausfälle aufgrund von Anschmierungen und Verschleiß zu.

2006 hat SKF eine Reihe Zylinderrollenlager mit erhöhter Tragfähigkeit herausgebracht, um den Anforderungen nach Leistungsdichte und Zuverlässigkeit bei Windkraftanlagen gerecht zu werden. Diese speziellen käfiggeführten Zylinderrollenlager sind in verschiedenen Größen in den Maßreihen 22 und 23 verfügbar. Im Vergleich zu Standardlagern der gleichen Größe und je nach Käfigvariante können Lager der Maßreihe 23 mit bis zu zwei Rollen mehr bestückt sein; Lager der Maßreihe 22 können bis zu drei oder mehr Rollen zusätzlich aufweisen.

Lager mit erhöhter Tragfähigkeit können höhere Radiallasten aufnehmen und dadurch auch hohen Belastungen widerstehen.

Neue Lagerkonstruktion
SKF hat nun eine neue Version seiner High-Capacity-Zylinderrollenlager in separierbarer Ausführung auf den Markt gebracht, bei der die Innen- und Außenringe getrennt montiert werden können. Diese neuartigen Zylinderrollenlager verbinden die Vorteile des separaten Einbaus mit einer hohen Tragfähigkeit.

Die neue Lagerausführung wurde entwickelt, um die Anforderungsbedingungen von Erstausrüstern und Windkraftanlagenbetreibern an zuverlässige Loslagerungen auf der schnellen Welle und der schnellen Zwischenwelle in Getrieben zu erfüllen.

Hier zeichnen sich die neuen separierbaren SKF High-Capacity-Zylinderrollenlager nicht nur durch einen einfachen Ein- und Ausbau sowie Wartungsfreund­lichkeit aus, sondern auch durch höhere Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit.

Diese Lager sind mit einem innenringgeführten, einteiligen Messingmassivkäfig ausgestattet, dessen Taschengeome­trie vom Standard High-Capacity-Zylinderrollenlager übernommen wurde.
Der getrennte Einbau wird durch eine Käfigkonstruktion ermöglicht, die verhindert, dass die Rollen bei der Montage, beim Zusammenbau oder bei der Demontage herausfallen. Der Außenring inklusive Käfig und Rollen kann in das Gehäuse eingebaut werden, während der Innenring separat auf der Welle montiert wird, um damit den späteren Zusammenbau zu erleichtern.

Während der Montage werden die Wälzkörper vom Käfig soweit geschützt, dass das Risiko von Schäden durch unsachgemäßes Hantieren verringert wird. Die Käfigkonstruktion zeichnet sich auch durch einen verbesserten Rollendurchhang aus, wodurch der Zusammenbau erleichtert wird. Der innenringgeführte Käfig wirkt dem Risiko von schädigenden Gleitbewegungen der Wälzkörper auf den Laufbahnen bei hohen Drehzahlen und gleichzeitig auftretenden Minimallastbedingungen entgegen. Der rotierende Innenring treibt dabei durch den Kontakt im Randbereich der Innenringlaufbahn außerhalb der Wälzkörperüberrollung den Käfig an, was zu einer verbesserten Kinematik des Wälzkörpersatzes führt.

Es wurden verschiedene Tests hinsichtlich des Rollenschlupf­verhaltens insbesondere bei sehr geringer Last durchgeführt. Dabei hat man einen um 40 bis 50 Prozent geringeren Rollenschlupf gegenüber den weit verbreiteten Lagern der Bauform NU festgestellt. Hiermit wurde nachgewiesen, dass die neuen „Separable High-Capacity“-Zylinderrollenlager den Anforderungen selbst unter Minimallastbedingungen gut gewachsen sind. In Verbindung mit ihrer erhöhten Tragfähigkeit verringern sie das Risiko vorzeitiger Lagerschäden und Lagerausfälle und erhöhen die Betriebssicherheit.

Gesteigerte Anforderungen
Windkraftanlagen werden immer größer und leistungsfähiger – derzeit bis 7,5 MW verfügbar und 10 MW im Planungsstatus. Hinzu kommt, dass Windparks auf offener See oder in abgeschiedenen Gebieten liegen, wo sie rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, was dazu führt, dass Zuverlässigkeit eine noch wichtigere Rolle spielt. Aufgrund der für die Reparatur oder den Austausch eines Getriebes anfallenden hohen Kosten und der damit verbundenen langen Standzeiten gelten Getriebeausfälle als eine der ernst zu nehmendsten Ursachen für den Ausfall von Windkraftanlagen.

Die an Lager in Windgetrieben gestellten Anforderungen verlangen nach mehr Leistung durch größere Betriebszuverlässigkeit bei höheren Lastbedingungen, wobei die Bauform so kompakt wie nur möglich sein soll. Die High-Capacity-Zylinderrollenlager erfüllen diese Anforderungen für die verschiedensten Lagerpositionen in einem Windgetriebe.

Die neu entwickelte, separierbare High-Capacity-Lagerversion empfiehlt sich für Erstausrüster zum Einbau in neue Anlagen oder aber zum Nachrüsten bestehender Anlagen, bei denen die optimierte Lagerkonstruktion das Risiko von Getriebeschäden in Folge von Lager­ausfällen reduziert. Der Lageraustausch kann problemlos erfolgen, da die Außenabmessungen der neuen Lager der ISO-Norm 15 entsprechen

Anwendungen
Die bisherigen SKF High-Capacity-Zylinderrollenlager wurden erfolgreich in die Planetenräder von Windgetrieben eingebaut. Die neue separierbare Lagerkonstruk­tion erfüllt die Anforderungen hinsichtlich Wartung und Inspek­tion, wenn beispielsweise die schnelle Welle direkt in der Gondel demontiert werden muss. In dieser Situation erleichtert eine separierbare Zylinderrollenlagerkonstruktion diese Aufgabe erheblich.

Das SKF Separable High-Capacity-Zylinderrollenlager ist in zwei Maßreihen für zwei unterschiedliche Positionen im Getriebe verfügbar: Maßreihe 22 ist hauptsächlich für die schnelle Welle vorgesehen, Maßreihe 23 vor allem für die schnelle Zwischenwelle. Es wurden Lager in beiden Maßreihen entwickelt, um den verschiedenen Anforderungen nach höherer Tragfähigkeit, vermindertem Gleiten (Rollenschlupf) und geringerem Verschleiß bei gleichzeitiger Separierbarkeit gerecht zu werden. Die beiden Maßreihen 22 und 23 decken Bohrungsdurchmesser von 100 mm bis 240 mm ab.

Die verbesserte Tragfähigkeit ermöglicht höhere Betriebssicher­heit unter Beibehaltung der bisherigen geometrischen Form oder aber bei gleicher Betriebs­sicherheit kleinere und kompaktere Lager anbieten zu können.

SKF High-Capacity-Zylinderrollenlager helfen Kunden ihre Anlagen zuverlässiger, leistungsfähiger und wartungsfreundlicher zu betreiben.