WEA-RiWa: Prognose der Ringwanderneigung von Wälzlagern in Windenergieanlagen

Auf einen Blick

• Schäden an Wälzlagern im Triebstrang von Windenergieanlagen führen zu langen Stillstandszeiten und hohen Reparaturkosten.
• Im Projekt WEA-RiWa untersuchen die Projektpartner das Phänomen des Ringwanderns, das eine mögliche Schadensursache an Wälzlagern ist, und entwickeln eine auf Simulation und Validierungsversuchen basierende Berechnungsmethode, um Ringwandern künftig bereits im Auslegungsprozess berücksichtigen zu können.
• Das Fraunhofer IWES ist unter anderem für die Durchführung von Großversuchen an Hauptlagereinheiten verantwortlich.

Herausforderung

Im Triebstrang einer Windenergieanlage (WEA) kommen in der Regel Wälzlager zum Einsatz. Trotz jahrzehntlanger Erfahrung kann es auch bei modernen Windenergieanlagen zu unvorhergesehenen Ausfällen durch direkte oder indirekte Auswirkungen des so genannten Ringwanderns kommen. Hierbei entsteht eine Relativbewegung zwischen Lagerring und Gehäuse, in welches das Lager eingepasst ist, oder zwischen Lagerinnenring und Welle. Die dadurch verursachte Reibkorrosion führt langfristig zum Lagerbruch und somit zum Ausfall der Lagerstelle. Zudem können Verschleißpartikel weitere Schäden an anderen Stellen des Triebstrangs verursachen. Die dann anfallenden Reparatur- und Produktionsausfallkosten können die Wirtschaftlichkeit einer Windenergieanlage stark mindern.

Lösung

Im Forschungsprojekt WEA-RiWa entwickeln die Projektpartner eine validierte, modellbasierte Berechnungsmethode für die Prognose von Ringwandern bei Haupt- und Planetenträgerlagerungen von Windenergieanlagen. Grundlage ist eine Simulationsmethode, die die Mikrobewegungen in den Lagern abbildet. Zur Validierung dieser Methode führen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Experimente an Haupt- und Planetenträgerlagern auf modernen Großprüfständen durch. Aus den Ergebnissen wird eine modellbasierte Prognosemethodik für die Ringwanderneigung abgeleitet, so dass der Ringwandermechanismus künftig bereits im Auslegungsprozess einer Lagerstelle im Triebstrang berücksichtigt werden kann.

Das Fraunhofer IWES bringt unter anderem seinen Prüfstand für Hauptlagereinheiten in das Projekt ein. Zudem entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler basierend auf den Versuchen ein Simulationstool zur Vorhersage der Ringwanderneigung an WEA-Hauptlagern. Sie führen außerdem Großversuche an einer spezifisch angepassten Forschungshauptlagereinheit zur Untersuchung des Ringwanderverhaltens und zur Modellvalidierung durch. 

Mehrwert  

Die zuverlässige Prognosemethodik von Ringwandermechanismen liefert einen wichtigen Baustein zum verlässlichen und kostengünstigen Betrieb von Windenergieanlagen. Sie reduziert nicht nur teure Reparaturen und Stillstandszeiten. Die Integration in industrielle Prozesse hilft auch, Kosten im Auslegungsprozess zu senken, da Iterationsschleifen in der Konstruktion eingespart werden können.