Lager schafft Leistung

Schwerpunkt Gleit- und Wälzanlagen

Getriebelager – Modular aufgebaute Wälzlager-Baureihen gewährleisten die Betriebssicherheit von Wind- und Wasserkraftwerken und verringern zugleich die Teilevielfalt.

27. August 2012

Die Erzeugung von elektrischem Strom in Wind- und Wasserkraftwerken stellt hohe Ansprüche an die eingesetzten Maschinenelemente. Speziell die verwendeten Wälzlager müssen dabei eine größtmögliche Betriebssicherheit bei zugleich langer Lebensdauer bieten. So beträgt die projektierte Soll-Lebensdauer für Wälzlager in Windenergieanlagen 175.000 Betriebsstunden. Einsatzgebiete finden sich in Windenergieanlagen für die unterschiedlichsten Lagerbauarten. So eignen sich Zylinderrollenlager für besonders hohe Radiallasten, etwa in Getrieben und Generatoren, während Kegelrollenlager hohe Radial- und Axiallasten sowie Kippmomente aufnehmen können. Einen Ausgleich von Schiefstellungen ermöglichen Pendelrollenlager, die sich für große Radiallasten und niedrige bis mittlere Drehzahlen eignen. Eine typische Anwendung ist die Lagerung der Hauptwelle. Vierpunktlager dagegen eignen sich zur Aufnahme von Axiallasten in beiden Richtungen. Sie dienen deshalb typischerweise zur Lagerung der schnell laufenden Abtriebswellen. Die Aufnahme von mittleren Radial- und Axiallasten in einer oder beiden Richtungen bei sehr hohen Drehzahlen ist die Domäne der Rillenkugellager. Typische Anwendungen sind Generatoren. In elektromechanischen Komponenten schützen zudem elektrisch isolierte Wälzlager mit einer Keramikbeschichtung am Außen- oder Innenring oder mit Wälzkörpern aus Keramik optimal vor Lagerschäden aufgrund von Stromdurchgängen.

Die Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten für Wälzlager in Windenergieanlagen erfordert ein optimiertes Montage- und Wartungskonzept. Der österreichische Wälzlagerspezialist NKE Austria hat deshalb für solche Anwendungen modular aufgebaute Lagersysteme entwickelt, die sich flexibel einsetzen lassen und zugleich die Teilevielfalt verringern. Für die hoch belasteten Lagerstellen der Planetenräder in den ein- oder zweistufigen Planetengetrieben zum Beispiel hat das Unternehmen integrierte Planetenradlagerungen entwickelt, bei denen außenringlose Zylinderrollenlager direkt in das Planetenrad eingesetzt werden, dessen Bohrung die Gegenlauffläche bildet.

Integrierter Führungskäfig

Die Lager besitzen einen innenringgeführten einteiligen Massiv-Messingkäfig, der die Wälzkörper auch bei hohen Beschleunigungen sehr gut führt. Schmiernuten in den Stirnflächen der Innenringe erleichtern die Schmierung der Planetenlager. Inspektionsnuten im Käfig erlauben eine endoskopische Zustandsbeurteilung der Innenringlaufbahn. Bei den bisher realisierten Lagersystemen mit Bohrungsdurchmessern von 160 bis 200 Millimeter für Anlagen mit einer Leistung zwischen 1,5 und 2,5 Megawatt wurde der Innenaufbau der Zylinderrollenlager gegenüber der Standardausführung der Basistypen nochmals verstärkt, um die Tragfähigkeit zu erhöhen.

Der modulare Aufbau der Systeme ermöglicht es, die Lagersätze entsprechend der individuellen Belastungs- und Einbausituation zu Mehrfachsätzen aus zwei, drei oder vier Lagern zusammenzustellen. Zudem lassen sich so die Bauformen der Planetenlager verschiedener Getriebegrößen sowie der ersten und zweiten Planetenstufe vereinheitlichen, was die Variantenvielfalt der Wälzlager verringert.

Noch härter als in Windkraftanlagen sind die Einsatzbedingungen bei Meeresströmungskraftwerken, einer der aktuellsten Entwicklungen zur Nutzung von regenerativen Energiequellen. Sie bestehen aus unter der Meeresoberfläche angebrachten Rotoren, die durch die Gezeitenströmung angetrieben werden. Ein entscheidender Vorteil gegenüber Windkraftwerken ist, dass Meeresströmungen regelmäßig fließen, sodass sich die eingespeiste Strommenge viel besser vorhersagen lässt. Zudem können die Rotoren kleiner dimensioniert werden als bei Windturbinen, weil die Dichte des Wassers wesentlich größer ist als die der Luft.

Das erste kommerziell betriebene Strömungskraftwerk der Welt mit der Bezeichnung SeaGen befindet sich in Strangford Lough in Nordirland und liefert eine Nennleistung von 1,2 Megawatt. Die Getriebe der SeaGen-Turbinen wurden von dem britischen Spezialisten Orbital2 Ltd. entwickelt und in Tschechien gefertigt. Für die Getriebelager dieser »Unterwasser-Windräder« liefern die Österreicher neun verschiedene Lagertypen, darunter Rillenkugellager, Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager und Vierpunktlager mit Außendurchmessern von 300 bis 1.090 Millimeter.

Lagerungen für alternative Energiekonzepte sind für den Wälzlagerhersteller sowohl eine attraktive Perspektive wie auch eine technische Herausforderung, weiß Harald Zerobin, technischer Geschäftsführer von NKE, und freut sich: »Ganz besonders stolz sind wir, beim ersten kommerziell betriebenen Strömungskraftwerk der Welt dabei zu sein.«

Der kaufmännische Geschäftsführer Heimo Ebner ergänzt: »Es ist uns wichtig, einen Beitrag zur Entwicklung emissionsreduzierender Technologien zu leisten. Als etablierter Wälzlageranbieter mit starker technischer Orientierung wird sich NKE auch weiterhin aktiv bei der Entwicklung und Verbesserung neuer Technologien zur Nutzung alternativer und erneuerbarer Energieformen einbringen.«

Erschienen in Ausgabe: 06/2012