Im selben Maße wie der Markt für Windkraftanlagen wächst, steigt auch die Nachfrage nach Großlagern, die einen zuverlässigen Langzeitbetrieb mit geringer Wartung gewährleisten. Als Teil des Entwicklungsprozesses hat SKF einen einzigartigen Prüfstand für Großlager für Windkraftanlagen gebaut

Die regenerativeEnergieerzeugung spielt eine bedeutende Rolle beim Energieerzeugungsmix. Parallel zur wachsenden Fachkenntnis bei der Konstruktion von Stromerzeugungssystemen, wie zum Beispiel Windkraftanlagen, steht die Entwicklung stetig wachsender Energieanlagen. Bereits in Betrieb befindliche Turbinen haben eine installierte Leistung von bis zu fünf Megawatt (MW). Während die Gesetzgebung strenge Vorgaben für die Kohlendioxid (CO₂)-Reduzierung macht, ist anzunehmen, dass sowohl die Menge installierter Windkraftleistung als auch die Größe der einzelnen Anlagen zunehmen wird.

Bei Turbinen mit einer Leistung von drei Megawatt, welche sich in 90 Meter Höhe befinden, werden große Lagersysteme im Kern des Generators eingesetzt. SKF hat den Prüfstand gebaut, um die Validierung neuer Lagerausführungen und avancierter Berechnungsverfahren an Lagern in Originalgröße zu unterstützen (Bilder 1 und 2).

Deutschland, das sowohl im Küstenbereich als auch im Landesinnern Windparks betreibt, ist einer der stärksten Anwender dieser erneuerbaren Energiequelle und daher ein geeigneter Standort für eine derartige Anlage.

Zusammen mit zunehmender installierter Leistung geht der Trend nach immer größeren Lagern im Innern der Turbinen. Das am häusten gefertigte SKF Hauptrotorachsenlager ist ein zweireihiges Spezialkegelrollenlager mit einem Außendurchmesser von beinahe 2,4 Metern (Bilder 2 und 3). Dieses Lager, das mit dem Bayerischen Energiepreis 2008 ausgezeichnet wurde, ist das größte in Serie gefertigte Hauptrotorlager für Windkraftanlagen. Bisher wurden etwa 1.500 Lager für einen Kunden hergestellt.

Die Erntemaschinen für Wind befinden sich häu an entfernten geographischen Orten, die oft schwer zugängig sind. Hierdurch nimmt die Forderung nach zuverlässiger Funktion der Turbine und der Lager in der Anlage zu. Trotz der langen erfolgreichen Geschichte der Lagerentwicklung unter Anwendung fortschrittlicher Fertigungstechniken und High-End-Konstruktionen sowie Berechnungsverfahren, werden die Entwicklungsingenieure von SKF mit der Notwendigkeit konfrontiert, eine primäre Frage ihrer Windkraftkunden zu beantworten: „Sind Ihre Berechnungen validiert?“

Nach einer umfassenden Auswertung der Prüfstrategie wurde der Entschluss gefasst, einen Prüfstand in Originalgröße zu entwickeln, der den Ingenieuren die Möglichkeit gibt, diese sehr großen Lager zu untersuchen.

Das SKF Prüfzentrum in Schweinfurt (Deutschland) wurde ausgewählt, den Prüf-stand zu entwerfen, zu bauen und zu bedienen. Eine der Hauptüberlegungen bei der Ortswahl war die Nähe zu der Fabrik für Großlager und auch zu den Produktentwicklungsingenieuren sowie dem erfahrenen Mitarbeiterstab der Abteilung.

Die Entwicklung des Prüfstands bedingte eine ständige Abwägung der gewünschten und der erreichbaren Ziele innerhalb des festgesetzten Zeitrahmens. Der Prüfstand wurde innerhalb von 18 Monaten fertig gestellt. Entwurf und Konstruktion des Prüfstands schlossen ein:

• Definition der Prüf- und Messgrößen
• Ausarbeitung der Prüfstandskonstruktion
• Suchen nach geeigneten Zulieferern für Prüfstandskomponenten
• Komplexe Berechnungsmethoden der Prüfstandskomponenten und des Lagers im belasteten Zustand.

Große zweireihige Kegelrollenlager können nun in Fabriknähe untersucht werden, anstelle in der fertigen Anwendung ohne die Komplikationen, die mit der Zugänglichkeit und den variierenden Betriebsbedingungen einhergehen. Die Lager können mit Drehzahlen bis zu 60 min¹ geprüft werden, was mehr als die dreifache Drehzahl in der echten Anwendung ist. Der Prüfstand erlaubt die Untersuchung unterschiedlicher Schmierstoffe, Schmierstoffverteilung und Schmierbedingungen (Bild 4), welche genau überwacht werden müssen. Die Lagerbelastung kann bis zum zweifachen Wert der nominellen Tragzahl des Lagers erhöht werden. Zur gleichen Zeit werden Reibungsverhalten, elastische Verformung (Bild 5), Temperaturen und andere Größen ausgewertet.

Konstrukteure und Fertigungsingenieure von SKF glauben, dass der Prüfstand neue Möglichkeiten in der Konstruktion von Großlagern eröffnet.

Der neue Prüfstand ermöglicht die Validierung der komplexen Berechnungsver-fahren von SKF für Großlageranwendungen in Bezug auf Reibmoment- und Schmierungsverhalten, Dichtungsfunktion und Lebensdauer. Neue Ausführungen und Fertigungsverfahren können in Originalgröße validiert werden und wichtige Informationen in Bezug auf den Werkstoff können von den Versuchen abgeleitet werden. Die auf dem Prüfstand installierte SKF Zustandsüberwachungsausrüstung ermöglicht dem Überwachungspersonal, ihren Kenntnissen den letzten Schliff zu geben, ohne zu entfernten Gefilden aufbrechen zu müssen.

Der Prüfstand ist ein Beweis für die Führungsrolle der SKF in dieser Lagertechnologie, SKFs Beitrag zur Energieeinsparung und die Unterstützung bei der Erzeugung „grüner“ Energie. Der Prüfstand wird ein bedeutendes Sprungbrett beim Betreten des noch größeren und mächtigeren Markts der Zukunft für Windkraftanlagen sein.