Mit einer Kombination aus winkeleinstellbaren Kegel- und Zylinderrollenlagern stellt die Schaeffler Gruppe Industrie eine neue Lösung für die Lagerung der Rotorwelle in Windkraftanlagen vor. Diese Lösung ermöglicht eine besonders enge axiale Führung der Rotorwelle. Damit können Wellenverschiebungen und die Auswirkungen von Vibrationen deutlich reduziert werden. Die Lösung verbindet die hervorragenden Eigenschaften des Kegelrollenlagers als Festlager und des Zylinderrollenlagers als Loslager und ermöglicht über die Ausführung des Gehäuses die notwendige Winkeleinstellung, um Fluchtungsfehler der Lagerstellen zueinander auszugleichen.
Pendelrollenlager bisher mit hohem Lagerspiel
Bisher kommen für die Lagerung der Hauptwelle bei getrennten Lagergehäusen zwei Pendelrollenlager als Fest-/Loslagerkombination zum Einsatz. Pendelrollenlager haben den Vorteil, dass sie Winkelfehler der Welle gut ausgleichen und zudem hohe radiale und axiale Lasten aufnehmen können, wie sie typischerweise in Windkraftanlagen vorkommen. Die konstruktiven Eigenschaften führen jedoch auch dazu, dass auf Festlagerseite ein relativ hohes Radialspiel wirkt. Dieses führt mit dem Faktor sechs bis sieben auch zu einem hohen Axialspiel. Treten hohe axiale Lasten bei geringen Drehzahlen auf, etwa bei einem plötzlichen, heftigen Windstoß, weicht das Pendelrollenlager in axialer Richtung aus. So kommt es zu Gleitbewegungen zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen, die das Lager auf Dauer schädigen können. Auf Loslagerseite muss die axiale Verschiebung über das Lagergehäuse erfolgen. Dies erfordert hohe Kräfte, die die Beanspruchung des Lagers erhöhen.
Ideale Fest-/Loslagerlösung auf der Welle
Die neue Lösung auf der Basis von Kegel- und Zylinderrollenlagern vermeidet das hohe axiale Spiel der Pendelrollenlager. Zweireihige Kegelrollenlager in X- oder O-Anordnung stellen ideale Festlager dar. Sie können nahezu spielfrei oder sogar mit Vorspannung eingestellt werden. Die Druckwinkel der Lagerreihen im Lager werden den Lastverhältnissen optimal angepasst. Die Lastverteilung auf beide Wälzkörperreihen ist damit gleichmäßiger. Das Lager nimmt die hohen axialen Kräfte auf, die auf die Welle einwirken, ohne in eine seitliche Gleitbewegung auszuweichen. Schäden am Wälzlager können vermieden werden, gleichzeitig werden Welle und Rotor enger geführt.
An der zweiten Lagerstelle der Hauptwelle kommt mit einem zweireihigen Zylinderrollenlager das optimale Loslager zum Einsatz. Auch hier kann das radiale Spiel minimiert werden. Die Zylinderrollen-Reihen tragen gleichmäßiger. Der axiale Längenausgleich findet nicht mehr über das Lagergehäuse, sondern über die Wälzkörper im Lager statt, was zu einer wesentlich geringeren Belastung des Lagers führt.
Ausgleich von Fluchtungsfehlern
Um Fluchtungsfehler der Welle auszugleichen, ist auch bei dieser Lageranordnung eine Winkeleinstellbarkeit der Lagerstelle erforderlich. Diese Funktion übernimmt bei einer konventionellen Lösung das Pendelrollenlager. Beim Einsatz von Kegel- und Zylinderrollenlager werden statische Winkelfehler durch Kugelflächen zwischen Außenring und Gehäuse ausgeglichen. Beide Lageraußenringe besitzen eine kugelige Mantelfläche, die in den hohlkugeligen Aufnahmebohrungen im Gehäuse sitzen. Wie in einem Gelenklager können die sphärischen Flächen aufeinander gleiten. Eine Beschichtung der Oberflächen verbessert die Gleiteigenschaften und verhindert Passungsrost.
Die neue Hauptlager-Lösung wird auf der Husum Wind 2010 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt. Berechnungen und Simulationen sind abgeschlossen, ab Mitte des Jahres beginnen die umfassenden Prüfstandsversuche. Namhafte Windanlagenhersteller haben bereits ihr Interesse an dieser neuen Lagerlösung bekundet Eine Umsetzung in die Serie kann ab dem zweiten Quartal 2011 erfolgen.
Pendelrollenlager bisher mit hohem Lagerspiel
Bisher kommen für die Lagerung der Hauptwelle bei getrennten Lagergehäusen zwei Pendelrollenlager als Fest-/Loslagerkombination zum Einsatz. Pendelrollenlager haben den Vorteil, dass sie Winkelfehler der Welle gut ausgleichen und zudem hohe radiale und axiale Lasten aufnehmen können, wie sie typischerweise in Windkraftanlagen vorkommen. Die konstruktiven Eigenschaften führen jedoch auch dazu, dass auf Festlagerseite ein relativ hohes Radialspiel wirkt. Dieses führt mit dem Faktor sechs bis sieben auch zu einem hohen Axialspiel. Treten hohe axiale Lasten bei geringen Drehzahlen auf, etwa bei einem plötzlichen, heftigen Windstoß, weicht das Pendelrollenlager in axialer Richtung aus. So kommt es zu Gleitbewegungen zwischen Wälzkörpern und Laufbahnen, die das Lager auf Dauer schädigen können. Auf Loslagerseite muss die axiale Verschiebung über das Lagergehäuse erfolgen. Dies erfordert hohe Kräfte, die die Beanspruchung des Lagers erhöhen.
Ideale Fest-/Loslagerlösung auf der Welle
Die neue Lösung auf der Basis von Kegel- und Zylinderrollenlagern vermeidet das hohe axiale Spiel der Pendelrollenlager. Zweireihige Kegelrollenlager in X- oder O-Anordnung stellen ideale Festlager dar. Sie können nahezu spielfrei oder sogar mit Vorspannung eingestellt werden. Die Druckwinkel der Lagerreihen im Lager werden den Lastverhältnissen optimal angepasst. Die Lastverteilung auf beide Wälzkörperreihen ist damit gleichmäßiger. Das Lager nimmt die hohen axialen Kräfte auf, die auf die Welle einwirken, ohne in eine seitliche Gleitbewegung auszuweichen. Schäden am Wälzlager können vermieden werden, gleichzeitig werden Welle und Rotor enger geführt.
An der zweiten Lagerstelle der Hauptwelle kommt mit einem zweireihigen Zylinderrollenlager das optimale Loslager zum Einsatz. Auch hier kann das radiale Spiel minimiert werden. Die Zylinderrollen-Reihen tragen gleichmäßiger. Der axiale Längenausgleich findet nicht mehr über das Lagergehäuse, sondern über die Wälzkörper im Lager statt, was zu einer wesentlich geringeren Belastung des Lagers führt.
Ausgleich von Fluchtungsfehlern
Um Fluchtungsfehler der Welle auszugleichen, ist auch bei dieser Lageranordnung eine Winkeleinstellbarkeit der Lagerstelle erforderlich. Diese Funktion übernimmt bei einer konventionellen Lösung das Pendelrollenlager. Beim Einsatz von Kegel- und Zylinderrollenlager werden statische Winkelfehler durch Kugelflächen zwischen Außenring und Gehäuse ausgeglichen. Beide Lageraußenringe besitzen eine kugelige Mantelfläche, die in den hohlkugeligen Aufnahmebohrungen im Gehäuse sitzen. Wie in einem Gelenklager können die sphärischen Flächen aufeinander gleiten. Eine Beschichtung der Oberflächen verbessert die Gleiteigenschaften und verhindert Passungsrost.
Die neue Hauptlager-Lösung wird auf der Husum Wind 2010 erstmals der Öffentlichkeit vorgestellt. Berechnungen und Simulationen sind abgeschlossen, ab Mitte des Jahres beginnen die umfassenden Prüfstandsversuche. Namhafte Windanlagenhersteller haben bereits ihr Interesse an dieser neuen Lagerlösung bekundet Eine Umsetzung in die Serie kann ab dem zweiten Quartal 2011 erfolgen.
