HAPT2: Beschleunigte Prüfung von Blattlagern für Multi-Megawatt-Turbinen: Rollenlager als Rotorblattlager

Auf einen Blick

• Das schnelle Wachstum von (Offshore-)Windenergieanlagen bringt die bisher häufig eingesetzten Vierpunktlager als Rotorblattlager an ihre technischen Grenzen.
• Das Forschungsprojekt HAPT2 untersucht, inwieweit Rollenlager als Blattlager der nächsten Generation von Multi-Megawatt-Windenergieanlagen eingesetzt werden können.
• Ziel des Gesamtprojektes ist es, grundsätzliche Fragen zur Validierung von dreireihigen Rollenlagern zu beantworten.
• Das Fraunhofer IWES ist dabei in einem Teilprojekt, neben dem Testen von Rollenlager im Originalmaßstab, unter anderem für die Entwicklung geeigneter globaler Finite Elemente (FE)-Modelle verantwortlich, mit deren Hilfe die Anforderungen an das Rollenlager und die Anschlussstrukturen bestimmt werden können.

Herausforderung

Windenergieanlagen sind in den vergangenen Jahren extrem schnell gewachsen. Das gilt vor allem für Anlagen, die auf See (offshore) errichtet werden. Waren vor wenigen Jahren Windenergieanlagen mit einer Leistung von 5 Megawatt (MW) die Standardgröße, erreichen neu entwickelte Typen eine Leistung bis zu 14 MW.

Das Größenwachstum bleibt nicht ohne Auswirkung auf die Bauteile. Rotorblätter erreichen mittlerweile Längen bis zu 120 Metern. Üblicherweise sind sie über Wälzlager mit der Nabe einer Windenergieanlage verbunden, die ein Rotieren (Pitchen) um die Längsachse des Blattes und somit unter anderem das Abbremsen bei zu viel Last ermöglichen.

Vierpunktlager neigen bauartbedingt zu Ringverkippung und -ovalisierung. Mit zunehmend größeren Durchmessern wird dieses Verhalten immer ausgeprägter. Als Alternative bieten sich dreireihige Rollenlager an, für deren Einsatz in einer Windenergieanlage aber noch grundlegende Fragen offen sind.

Lösung

Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES ist in einem Teilvorhaben für die Bestimmung der Anforderungen an das Rollenlager und die Anschlussstrukturen verantwortlich. Dafür werden geeignete globale FE-Modelle entwickelt. Darüber hinaus sind die Lagerauslegung, die Testplanerstellung sowie die Versuchsdurchführung von Lagern im Originalmaßstab und die anschließende Versuchsauswertung zentrale Bestandteile des Teilvorhabens.

Ziel des Projektes HAPT2 ist daher, Wissenslücken in der Validierung von großen Rollenlagern zu schließen, um so Möglichkeiten und Grenzen für ihren Einsatz in großen Windturbinen wissenschaftlich auszuloten und entsprechende Prüfverfahren zu entwickeln.

Mehrwert  

Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES ist in einem Teilvorhaben für die Bestimmung der Anforderungen an das Rollenlager und die Anschlussstrukturen verantwortlich. Dafür werden geeignete globale FE-Modelle entwickelt. Darüber hinaus sind die Lagerauslegung, die Testplanerstellung sowie die Versuchsdurchführung von Lagern im Originalmaßstab und die anschließende Versuchsauswertung zentrale Bestandteile des Teilvorhabens.

Mehr Informationen im PES-Artikel, Ausgabe 2/2024, ab Seite 86: "Realistically testing large roller-type blade bearings"