Blick auf die MBU in Windkraftanlage, Bild: Eolotec

Noch im Aufbau: Blick auf die MBU in einer Windkraftanlage. Bild: Eolotec

In den letzten Jahren gingen gerade auch von Betreibern und Servicefirmen vermehrt Anfragen zu diesen Herausforderungen ein. Dies und die in der Vergangenheit aufgetretenen Serienschäden zeigen, dass nicht jede Lagerungsvariante den hohen Ansprüchen der Windkraft gleich gut gewachsen ist. Oft werden die Anforderungen, die ein Wälzlager an seine Umgebung stellt, nicht betrachtet, und anstatt das Lager zu unterstützen, verursachen Anbauteile zusätzliche Risiken, die die Lebensdauer der Lager minimieren. Abhilfe leisten sollen Produkte, die ausschließlich für bereits entwickelte und zum Teil schon im Betrieb befindliche, problembehaftete Lagersysteme als Ersatz dienen.

Eine Main Bearing Unit (MBU) zeichnet sich durch ihren Baugruppencharakter aus. Ähnlich wie ein Radlagersatz bei einem Automobil wird die MBU in einem abgedichteten, eingestellten und montagefertigen Zustand an ihren Verwendungsort geliefert. Dort entfällt eine aufwendige und fehleranfällige Montage der Hauptlagerung in der Turbinenendmontage, da sie ohne tiefes Fertigungs- oder Montage-Know-how mit ihren Flanschverbindungen in den Antriebsstrang geschraubt werden kann (Ready to mount). Auch das Risiko des Verlustes von Gewährleistungsansprüchen aufgrund einer fehlerhaften Lagermontage fällt vollständig weg.

Zukünftig wird es kaum mehr wirtschaftlich und wohl auch technisch schwer zu verwirklichen sein, die gesamte Gondel vormoniert auf die Baustelle zu liefern. Vielmehr werden Modulmontagen direkt am Errichtungsort der Turbine zunehmen: Eine Entwicklung, der das MBU-Konzept entgegenkommt. Eolotec hat sich bei der modularen Hauptlagerlösung auf den Einsatz von angestellten Kegelrollenlagern spezialisiert. Hierbei werden die zwei Kegelrollenlager von speziell für die Anwendung entwickelten Gusskomponenten umgeben, die die Lagerung unterstützen und sich in den restlichen Antriebsstrang fügen. Die Anordnung der angestellten Kegelrollenlagerung ermöglicht bei einer korrekten Montage über die gesamte Gebrauchsdauer einen verlässlichen Betrieb, der sich unter anderem auf das geringe Lagerspiel und die geringen Gleit- und Schlupfanteile im Wälzkontakt gründet. Das Lagerspiel führt einerseits zu einer ungünstigeren Lastverteilung über den Umfang und andererseits zu hohen Lastschwankungen zwischen den oftmals zwei Lagereihen. Bei einer vorgespannten Kegelrollenlagerung können diese Phänomene auf ein Minimum reduziert, eine sehr gute Kinematik und somit hohe Lebensdauer und sehr gutes Verschleißverhalten erreicht werden – wenn die Vorspannung bei der Montage exakt eingebracht wird. Um dies zu realisieren, bedarf die Montage solcher Einheiten zum einen einer Betreuung von geschultem Personal und zum anderen einer technischen Möglichkeit, die Vorspannung während des Vorganges kontinuierlich zu überwachen. Aus diesem Grund hat das Team von Eolotec das Preload Measurement System (Premesy) entwickelt, das anhand von drei, in die Einheit integrierten Sensoren und der für die Montage verwendeten Assembly Box, die Vorspannung aufzeichnet.

Vorspannung überwachen

Montage einer Main Bearing Unit (MBU). Bild: Eolotec
Montage einer Main Bearing Unit (MBU). Bild: Eolotec

Mit Premesy ist es möglich, die Vorspannung auch während des Betriebs zu überwachen. Kommt es zu Vorspannungsverlust aufgrund von Verschleiß, Setzen oder Lösen von Verschraubungen, wird dies erfasst und es können rechtzeitig Maßnahmen ergriffen werden, um größere Schäden zu vermeiden. Auch die Temperaturverteilung im System hat einen entscheidenden Einfluss, da sich durch die Wärmeausdehnung der Umbauteile die Vorspannung im Vergleich zum Montagezustand stark verändern kann. Simulationen sind teilweise nur ungenau möglich und genaue Werte lassen sich erst bei Prototypentests endgültig bestimmen. Daher ist es besonders wichtig, auf bereits erworbene Kenntnisse zurückgreifen zu können, um ein korrektes Bild der Temperaturverteilung und den daraus resultierenden Einfluss auf die Lagervorspannung zu erhalten. Erschwerender Weise handelt es sich oftmals um eine Art Einschwingvorgang. Hier bietet das Messsystem die Möglichkeit, den Einfluss verschiedener Betriebszustände auf die Vorspannung während einer Prototypentestphase zu erfassen, sodass gegebenenfalls Anpassungen für die Serie vorgenommen werden können.

Das MBU-Konzept wurde bereits für Drei- bis Fünf-Megawatt-Windkraftanlagen mit Getriebe und für getriebelose Windkraftanlagen im Bereich drei Megawatt umgesetzt. Zwei der Einheiten für getriebelose Windkraftanlagen wurden in Deutschland installiert, was ein Condition Monitoring durch Eolotec ermöglicht. So kann auf eine mehrjährige Betriebserfahrung zurückgeblickt werden, in denen sich die Möglichkeit bot, anhand von Fettprobenentnahmen, Schwingungsanalysen und Temperaturüberwachung an mehreren Messpunkten das Verhalten im Feld mit theoretischen Berechnungen abzugleichen. hei

Mit Premesy ist es möglich die Vorspannung auch während des Betriebs zu überwachen. Bild: Eolotec

Technik im Detail

Vorspannungsmessung Premesy

Premesy (Preload Measurement System) bieten für die vorgespannte Lagerung, zum Beispiel Hauptlager, Getriebelager und Generatorenlagerung, folgende Vorteile:

  • Genaue Vorspannungseinstellung im Mikrometer-Bereich
  • Dokumentation der Einstellwerte beim Montageprozess
  • Bewertung von Toleranzabweichung am Lagersitz
  • Condition Monitoring der Vorspannung
  • Validierung der FE-Berechnung aus der Konstruktionsphase
  • einfache und kostengünstige Integration in die Lagerumgebung.