Extrem großes Kegelrollenlager für Windkraft-Pilotanlage

Stürmischer Einsatz

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Für den Einsatz in der Windkraft unter den rauen Witterungsbedingungen Finnlands hat FAG Kugelfischer ein besonders robustes zweireihiges Kegelrollenlager entwickelt. Eingesetzt wird das Lager in WinWinDs neuer Pilotanlage WWD3.

In Europas hohem Norden entsteht derzeit die leistungsstärkste Windkraftanlage Finnlands. Der führende finnische Windkraftanlagenhersteller WinWinD errichtet in Oulu seine neue Pilotanlage WWD3 mit 90 m Durchmesser und 3 MW Nennleistung. Diese mit einem ABB-Generatorsystem und einem Getriebe von Metso-Drives ausgerüstete Anlage ist nach dem „Multibrid“ Triebstrangkonzept ausgeführt. Bei diesem Konzept ist die Rotornabe direkt mit einem Großwälzlager im Maschinenträger gelagert, der Antriebstrang als kompakte integrierte Getriebe-Generator-Einheit ausgeführt und die Generatordrehzahl aus Gründen der Zuverlässigkeit und Lebensdauer sehr niedrig gewählt. Um schädliche Rückwirkungen der Rotorlasten auf Getriebe und Generator zu minimieren, leitet ein nach speziellen Kundenanforderungen ausgelegtes zweireihiges Kegelrollenlager diese Lasten auf die Umgebungsstruktur unter Umgehung der Getriebe-Generatoreinheit.

Modernes Antriebskonzept
Für die WWD3 entwickelte FAG Kugelfischer in enger Partnerschaft mit WinWinD ein besonders robustes, zweireihiges Kegelrollenlager. Es ist in O-Anordnung und mit großem Druckwinkel ausgeführt. Dadurch bietet es eine möglichst große Stützweite zur Aufnahme sämtlicher auftretender Kräfte und Momente. Der Außendurchmesser beträgt 2600 mm, der Innendurchmesser 2200 mm bei einer Breite von 320 mm und einem Gesamtgewicht von ca. 2700 kg. Das Lager ist aus Einsatzstahl gefertigt und bietet in Kombination mit dem verwendeten Bolzenkäfig ein Höchstmaß an Tragfähigkeit und Robustheit. Damit liefert FAG bereits an den dritten Windkraftanlagenhersteller zweireihige Kegelrollenlager für solch ein modernes Antriebsstrangkonzept.
Sauberkeit für reibungslosen Ablauf
Im August diesen Jahres wurde das Lager in Oulu unter Anleitung von FAG Spezialisten auf die Hohlwelle des Antriebsstranges montiert. Die Montagebedingungen vor Ort waren Dank der glänzenden Vorarbeit durch WinWinD und Metso sehr gut. Ein entscheidender Punkt für den später reibungslosen Einsatz ist absolute Sauberkeit. Denn bereits leichte Verunreinigen, die bei der Montage ins Schmiermittel und dann später ins Lager dringen, können Überrollungen, so genannte Pittings, erzeugen und Laufbahnschäden verursachen – bis hin zum vorzeitigen Ausfall.
Montage des Kegelrollenlagers
Bei der Montage selbst wurden die Innenringe des Lagers sowie das Gehäuse erwärmt, da das Lager sowohl im Innen- als auch Außensitz eine Presspassung hat. Die Anwärmung der Bauteile erfolgte mit Hilfe von temperaturgeregelten Heizelementen. Diese Methode bietet eine sehr hohe Sicherheit, da die Wärme direkt auf die entsprechenden Partien übertragen wird und sich diese zügig durchwärmen. So reicht bereits eine Temperaturdifferenz von ~40 °C bei solchen Lagerdurchmessern aus, um die Übermaßpassungen zwischen Welle und Innenringen sowie Außenring und Gehäuse auszugleichen und eine leichtgängige Montage zu ermöglichen. Dabei müssen die erwärmten Komponenten und die Hohlwelle exakt horizontal ausgerichtet werden. Die Montage geschieht vertikal. Während der Montage wurden die Bauteile in einer zügigen und fließenden Bewegung aufgebracht. Sonst besteht die Gefahr, dass die Temperatur recht schnell aus dem erwärmten Bauteil in die Umgebungskonstruktion übergeht, sich dadurch der Temperatur- und Passungsunterschied verringert und die Ringe vor Erreichen der Montageposition festsitzen.
Nach dem Aufbringen des ersten Innenrings mit Rollenkranz war es wichtig diesen mittels Spannelementen fest gegen die Wellenschulter zu verspannen, um ein Verziehen und dadurch eine Spaltbildung beim Erkalten zu verhindern. Der Zwischenring hat eine ausreichende Spielpassung, wodurch er ohne Erwärmen über die Welle gestülpt und am ersten Innenring angelegt werden konnte. Anschließend wurde der Außenring auf den ersten Rollenkranz aufgelegt. Entscheidend war hierbei ebenfalls die exakte horizontale Ausrichtung. Der zweite Innenring wurde ähnlich dem ersten montiert und ebenso verspannt. Hierbei war zu beachten, dass das gesamte Lager während des Montagevorganges in Bewegung gehalten wurde, um es korrekt zueinander auszurichten und Verspannungen zu vermeiden. Diesen Vorgang nennt man auch Eindrehen. Nach dem Verspannen des gesamten Lagerpaketes auf der Welle mittels Bolzen und unter dem vorher exakt berechneten Anzugsmoment, ließ es sich mit entsprechendem Kraftaufwand gut drehen. Während des Betriebs wird das Lager durch die entsprechenden Erwärmungen eine leichte Vorspannung erreichen. Der letzte von FAG überwachte Arbeitsschritt war die Montage des 15 Tonnen schweren Getriebe-Gehäusekörpers, welche ebenfalls problemlos verlief.
Tests noch in diesem Jahr
Die gesamte Windkraftanlage wird noch in diesem Jahr nach ausführlicher Werkstatt-Erprobung in der Nähe von Oulu (Finnland) errichtet, um danach die hohen Lebensdaueranforderungen spielfrei im Dauerbetrieb zu erfüllen. Weitere Windkraftanlagen diesen Typs sollen in nächster Zeit folgen, entsprechende Kontrakte wurden bereits unterzeichnet.
Weitere Informationen
Windenergieanlage
KEM 542
Rotorhauptlagerung
KEM 543
Ein-Lager-Konzept
KEM 544

WinWinD
Bundesverband Wind-Energie
Wirtschaftsverband Windkraft
Fördergesellschaft Windkraft
Messe Husum-Wind
Messe Windenergy
Marktanalyse 2004 von Övermöhle Consult
VDMA Windenergie
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