Rotorblattlager fit machen für eine neue Windanlagengeneration

BU: Der Prüfstand für Blattlager ermöglicht die Verdichtung von 20 Jahren Lebensdauer auf ein halbes Jahr. / Pressebild
BU: Der Prüfstand für Blattlager ermöglicht die Verdichtung von 20 Jahren Lebensdauer auf ein halbes Jahr. / Pressebild
BU: Der Prüfstand für Blattlager ermöglicht die Verdichtung von 20 Jahren Lebensdauer auf ein halbes Jahr. / Pressebild

Blattlager zählen zwar nicht zu den teuersten Komponenten von Windenergieanlagen – Schäden an dieser zentralen Stelle der Anlage verursachen aber lange Ausfallzeiten und hohe Kosten.

(WK-intern) – Durch die realitätsnahe Auslegung und Prüfung von Blattlagern soll der zuverlässige Betrieb von Anlagen der neuen Generation nun verbessert werden.

Im Forschungsprojekt HAPT (kurz für Highly Accelerated Pitch Bearing Test) schaffen Forscher des Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES Nordwest, des Instituts für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) der Leibniz Universität Hannover gemeinsam mit der Unternehmensgruppe IMO Grundlagen für die Weiterentwicklung von Blattlagern.

Auch der von den Herstellern angestrebte Einsatz von Individual Pitch Control Systemen zur Lastenreduktion soll durch die Projektergebnisse möglich werden. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Projekt mit 10,7 Mio. Euro.

Bei Windenergieanlagen (WEA) der 7-10 MW-Klasse trifft der Wind auf bis zu 80 m lange Rotorblätter. Blattlager, die Verbindung zwischen Nabe und Rotorblättern, sind der Flaschenhals bei der Entwicklung von Anlagen dieser Größenordnung: Durch die Größe der Rotorblätter kommen Effekte zum Tragen, die bei kleineren Anlagen schon erkennbar sind, aber noch nicht voll zuschlagen. Unter der steigenden Last können sich Fehler im Blattlager potenzieren und die Anzahl der Schäden steigen. Gleichzeitig gibt es kaum Erkenntnisse, wie diese Fehler entstehen. Dadurch stößt die erfahrungsbasierte Auslegung der Blattlager, die gängige Praxis der Hersteller, an ihre Grenzen.
Eine Möglichkeit, Lasten zu reduzieren, die auf die Struktur der Windenergieanlage wirken, ist Individual Pitch Control (IPC), das die Lasten an den einzelnen Rotorblättern aneinander angleicht und insgesamt reduziert. Weil sichere Aussagen über die Eignung von Blattlagern für den Einsatz von IPC noch nicht vorliegen und auch die Anforderungen an die Blattlager durch den IPC-Einsatz steigen, zögert die Branche beim Einsatz der zukunftsträchtigen Technologie.

Diese Unsicherheiten wollen die Forscher mit dem Projekt HAPT beseitigen, in dem sie einen Prüfstand für Blattlager und eine Methode zur Lebensdauerberechnung entwickeln. Mit beschleunigten Prüfverfahren sollen 20 Jahre Betriebshistorie verdichtet und während einer sechsmonatigen Testdauer simuliert werden. „Im Sinne der strategischen IWES-Ziele bringen wir im Projekt unsere Methodenkompetenz für den Test von WEA-Komponenten ein,“ erläutert Prof. Dr. Jan Wenske, stellvertretender Institutsleiter den IWES-Beitrag im Projekt. Für die Industrie werden so Voraussetzungen für die rechnerische Auslegung der Blattlager geschaffen, die Dimensionierung wird exakter, der Einsatz von IPC zuverlässig ermöglicht und die Stromgestehungskosten reduziert.

IMO Technikleiter Hubertus Frank ist sich sicher: „Durch die Testmöglichkeit im Rahmen von HAPT wird die Entwicklung zukünftiger Blattlager auf neue Füße gestellt. Im Projekt bringen wir dafür unser Anwendungs-Know-How und Blattlager für die Tests ein.“ Positive Effekte sieht auch Prof. Dr.-Ing. Gerhard Poll von der Leibniz Universität Hannover voraus: „Ich erwarte, dass dieses Projekt die Kompetenzen des Fraunhofer IWES, der Leibniz Universität Hannover und damit auch der ForWind-Gruppe in beispielhafter Weise zusammenbringen und stärken wird. In Zusammenarbeit mit der Firma IMO wird die WEA-Technologie damit an einem entscheidenden Punkt vorangebracht.“ Die Projektergebnisse sollen in die zukünftige Standardisierung von Blattlagern einfließen.

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende Organisation für angewandte Forschung in Europa. Unter ihrem Dach arbeiten 67 Institute und Forschungseinrichtungen an Standorten in ganz Deutschland. 24 000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter erzielen das jährliche Forschungsvolumen von mehr als 2,1 Milliarden Euro. Davon fallen über 1,8 Milliarden Euro auf den Leistungsbereich Vertragsforschung. Über 70 Prozent dieses Leistungsbereichs erwirtschaftet die Fraunhofer-Gesellschaft mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten. Internationale Kooperationen mit exzellenten Forschungspartnern und innovativen Unternehmen weltweit sorgen für einen direkten Zugang zu den wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen.

Das Institut für Maschinenkonstruktion und Tribologie (IMKT) der Universität Hannover geht zurück auf die 1913 an der damaligen Technischen Hochschule eingerichtete Professur für „Wasserkraftmaschinen“. Die 1949 von Prof. Martyrer eingeleitete Hinwendung zu den Maschinenelementen wurde von seinen Nachfolgern Ehrlenspiel und Paland konsequent weitergeführt und auf den Bereich Konstruktionstechnik ausgeweitet. Mit der Berufung von Prof. Poll ist seit 1996 als weiterer Schwerpunkt die Tribologie dazu gekommen. Derzeit arbeiten am IMKT unter der Leitung von Prof. Poll ca. zwanzig Personen an der Erforschung von Maschinenelementen und tribologischen Themen aus dem Bereich der Antriebstechnik Im Mittelpunkt des Interesses stehen die Wälzlager-, Getriebe-, Schmierungs- und Dichtungstechnik. Den Einsatzschwerpunkt der betrachteten Komponenten stellt die Fahrzeugtechnik dar. Ein großes und gut ausgestattetes Prüffeld bietet optimale Voraussetzungen für qualifizierte Untersuchungen an einem breiten Spektrum von Maschinenelementen. Die technische Ausstattung der Institutswerkstatt ist auf diesen Aufgabenbereich zugeschnitten und das Personal verfügt über langjährige Erfahrungen im Prüfstandsbau.

Die Unternehmensgruppe IMO wurde 1988 in Gremsdorf, Metropolregion Nürnberg gegründet. IMO verfügt über mehr als 25 Jahre Erfahrung mit Großwälzlagern und Getriebebaugruppen. In den Unternehmen der Gruppe sind weltweit ca. 500 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter beschäftigt. IMO Kugel- und Rollendrehverbindungen werden im Durchmesserbereich von 100 mm bis über 6.000 mm in großer Ausführungsvielfalt entwickelt, hergestellt und vertrieben. Anwendungsbereiche sind z.B. Industrie- und Anlagenbau, Krane, Baumaschinen und Medizintechnik. In den Erneuerbaren Energien sind IMO Drehverbindungen als Blattflansch-, Turmkopf- und Hauptlager für Windkraftanlagen sowie Blattlager für Gezeitenkraftwerke im Einsatz. IMO Schwenktriebe finden sich z.B. in Anwendungsbereichen wie Hubarbeitsbühnen, Tunnelvortriebstechnik, Lenkgetrieben und Kranen.

PM: Fraunhofer Instituts für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES

Weitere Beiträge:



Diesen Artikel weiterempfehlen:






Top