Die Wartung der Komponenten der Azimutregelung von Windkraftanlagen (WKA) stellt Hersteller und Betreiber immer wieder vor Herausforderungen.

(WK-intern) – Als einer der fünf größten WKA-Hersteller einen „Quantensprung“ bei der Gestaltung dieser Komponenten verlangte, reagierten Svendborg Brakes und Stromag mit einer innovativen Lösung.

Das Endergebnis ist nicht nur wartungsfreundlicher, langlebiger und zuverlässiger, sondern auch leistungsfähiger.

Das Azimutsystem ist zentraler Bestandteil aller WKA, denn es dient der Windnachführung der Gondel. Durch die ständige Beanspruchung ist es jedoch verschleißanfällig und eine der Hauptursachen für Ausfallzeiten, weil die Komponenten des Systems eine relativ kurze Lebensdauer haben und noch dazu extrem schwer zugänglich sind.

Ausgerechnet bei einem so wichtigen Element der Nachführung wie dem Azimutlager, welches die drehbare Verbindung zwischen Turm und Gondel herstellt, treten häufig Probleme auf. Das Lager ist hohen Belastungen durch das Gewicht der Gondel und des Rotors sowie durch Biegemomente infolge der Rotordrehung ausgesetzt.

Die Antwort auf eine Herausforderung

Bei Windkraftanlagen kommen vor allem zwei Bauformen zum Einsatz: Wälz- und Gleitlager:

Wälzlager zeichnen sich in der Regel durch ruhigen Lauf und eine geringe Drehreibung aus. Allerdings müssen Azimutsysteme mit diesem Lagertyp aufgrund der geringen Reibung mit aktiven Bremsen ausgestattet sein. Hierdurch ist der Systemaufbau komplexer, was die Anschaffungs- und Wartungskosten erhöht.

Gleitlager hingegen verwenden reibungsarmes Material als Gleitbelag zwischen den Laufbahnen. Dieser Gleitbelag bildet eine Gleitfläche, auf der der Zahnkranz den Azimutantrieb dreht. Die höhere Reibung des Gleitlagers sorgt dabei für ein passives Bremsen. Trotz des einfacheren Aufbaus im Vergleich zur Wälzlagerlösung steigt mit der Reibung auch der Verschleiß, was den Gesamtwirkungsgrad des Azimutsystems reduzieren und zu vorzeitigem Ausfall führen kann. Auch dies ist mit erhöhten Wartungskosten verbunden.

Inspektionen, Reparaturen und Austausch erfordern Demontagearbeiten an der WKA. Sowohl für Wälz- als auch Gleitlager treibt dies die Wartungskosten in die Höhe.

Beide Bauformen haben demnach Eigenheiten, die Betrieb und Wartung erschweren. Mit dem Wunsch nach einer neuen Lagerausführung ohne diese Negativaspekte wandte sich ein WKA-Hersteller an Svendborg Brakes und Stromag: Partnermarken unter dem Dach von Altra Renewables und jeder für sich ein namhafter Hersteller von Antriebskomponenten für WKA.

Ein innovatives Azimutlager

Svendborg Brakes und Stromag diskutierten daraufhin mit dem Kunden, wie die Konstruktion von Azimutlagern zu verbessern sei, ohne die Kosten signifikant zu erhöhen. Das ideale Lagersystem sollte die Vorteile der beiden vorhandenen Lösungen vereinen und gleichzeitig deren Nachteile auf ein Minimum reduzieren. Die beiden Markenhersteller ließen ihr gebündeltes Know-how in ein Produkt einfließen, das die Effizienz und Langlebigkeit von Wälzlagern mit dem einfachen Aufbau des Gleitlagers kombiniert.

Hierfür wurde die Lagerschale der Gleitbaugruppe durch Haltepratzen ersetzt, die um den Azimutantrieb herum angeordnet sind und dessen Bewegung steuern. Die Pratzen bremsen sowohl aktiv als auch passiv, ohne alle Komponenten der Wälzlagerlösung zu benötigen. Jede Pratze ist mit passiven Gleitbelägen ausgestattet, welche die Rotation passiv bremsen. In der Endposition setzen aktive Reibbeläge den Azimutantrieb aktiv fest und wirken dem Verschleiß der Beläge entgegen.

Durch den einfachen Aufbau mit einer reduzierten Anzahl an Bauteilen können die Kosten für das System niedrig gehalten und seine Installation rationalisiert werden. Vor allem ist das Azimutlagersystem deutlich wirtschaftlicher als herkömmliche Wälzlager. Durch die Hybridbauweise können die Komponenten bei Bedarf einfach ausgetauscht werden, ohne große Teile der WKA zu demontieren. Stillstandszeiten lassen sich so auf ein Minimum reduzieren.

Kostengünstige Lösung

Dank des modularen Aufbaus ist das Hybrid-Azimutlager sowohl für neue als auch für ältere WKA geeignet. Im letzteren Fall kann der Betreiber im Zuge der Wartung entscheiden, ob das vorhandene Azimutlagersystem komplett oder nur teilweise erneuert werden soll. Hierdurch lässt sich die Leistung der WKA auf besonders kostengünstige Weise verbessern.

Darüber hinaus haben Svendborg Brakes und Stromag Funktionen für vorausschauende Wartung und Zustandsüberwachung aus der Ferne entwickelt. Die passiven und aktiven Bremsen des Hybridsystems sind mit Sensoren zur Verschleißerkennung ausgestattet, sodass Mängel und Schäden ohne Inspektion vor Ort aus der Ferne erkennbar sind.

Die innovative Lösung wurde für die großen Windkraftanlagenhersteller entwickelt, ist inzwischen aber auch als herstellerunabhängige Aftermarket-Lösung erhältlich. Das System kann kundenspezifisch an die auftretenden Kräfte, Momente und Lasten angepasst werden. Vor der Auslieferung werden diese maßgeschneiderten Produkte in hauseigenen, zertifizierten Prüfeinrichtungen getestet und validiert.

Azimutlager sind die Achillesferse von WKA. Das Konzept von Svendborg Brakes und Stromag für ein einfach aufgebautes Hybrid-Azimutlager bietet jedoch Kosteneffizienz und Leistung bei deutlich vereinfachter Wartung.

PM: Svendborg Brakes

Windräder / Foto: HB