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Windenergie-Anlagen

NSK ist im Bereich der Windenergie seit Jahrzehnten aktiv und einer der Hauptlieferanten von Wälzlagern für Windkraft-Getriebe. Weitere Schwerpunkte sind die Lagerungen für Hauptrotorwellen und Generatoren.

 

Windenergie-Anlagen erzeugen Strom unter schwierigen und sich stetig ändernden Arbeitsbedingungen sowohl on- als auch offshore. Die Anlagen sind schwer zugänglich und für 20 Jahre Betrieb ausgelegt. Hieraus resultieren höchste Anforderungen an jede Komponente der Anlage – insbesondere an die Wälzlager. Diese müssen den ständigen dynamischen Belastungen auch bei hohen Windgeschwindigkeiten dauerhaft standhalten. Hier benötigen Sie einen Partner, der seit Jahrzehnten Erfahrung in der Windindustrie hat und genau weiß, worauf es bei Wälzlagern ankommt: NSK.

 

NSK Wälzlager werden weltweit für ihre herausragende Qualität geschätzt, die durch eine lange Lebensdauer, Zuverlässigkeit, Widerstandsfähigkeit sowie ein durchdachtes Design zum Ausdruck kommt.

 

NSK Wind Standard. Als erster Hersteller hat NSK bereits 2008 wegweisend den Wind Standard U303 für Wälzlager definiert. Eine 100% Rückverfolgbarkeit der Komponenten jedes einzelnen Lagers bis zur Werkstoffcharge und aller wesentlichen Prozessgrößen sind hier definiert. Ebenso werden NDT-Methoden (Non Destructive Testing) zur Vermeidung von Schleifbrand, Werkstoffrissen und Gefüge-störungen zur Verfügung gestellt.  

 

Unsere Kompetenzen aus Vertrieb und Anwendungstechnik sind im Wind Energy Team gebündelt. In diesen Know-how-Pool fließen die neuesten Forschungsergebnisse aus unseren Technologiezentren ein. Auf unseren Prüfständen können auch Großlager für die Rotorwellen von Windenergie-Anlagen unter verschiedenen Bedingungen getestet werden.

  • Rotorwellen
  • Hauptgetriebe
  • Generator
  • Pitch und Yaw-Getriebe
  • Produkte für die Windindustrie

Rotorwellen

Rotorwellen-Hauptlagerung
 

Betriebsbedingungen: Hohe radiale und axiale Lasten

Die am Rotor angreifenden dynamischen Windlasten erzeugen eine hohe mechanische Beanspruchung der Antriebsstrang-Komponenten einer Windenergie-Anlage. Die Hauptlagerung muss sowohl radiale Lasten als auch axiale Kräfte, einschließlich der daraus resultierenden Biegemomente der Rotorwelle, aufnehmen. Die Drehzahl liegt typisch im Bereich von 5 bis 20 U/min. Kleinere Anlagen laufen schneller und Größere drehen langsamer.

Total Quality Solution:
NSKHPS Pendelrollenlager mit hoher Tragzahl und Winkeleinstellbarkeit & CAM Pendelrollenlager mit optimiertem Messingmassivkäfig

Auf der Rotorwelle werden unterschiedliche Lageranordnungen realisiert. In Anlagen bis 3 MW findet sich häufig eine Kombination aus zwei Pendelrollenlagern. Für kleinere Anlagen oft auch eine sog. 3-Punkt-Lagerung mit nur einem Pendelrollenlager, wobei als Gegenlager dann das angeschlossene Getriebe genutzt wird.

Größere Anlagen ab 2 MW zeigen oft eine Kombination eines zweireihigen Kegelrollenlagers als Festlager und eines Zylinderrollenlagers als Loslager. Zwei gegeneinander angestellte Kegelrollenlager in O-Anordnung finden sich in sehr großen Anlagen. Bei Direct-Drive Turbinen werden auch einzelne, sehr große integrierte Lager verwendet, die intern mit zwei Kegelrollen-Reihen ausgestattet sind.

Ob einzelne Rotorwellenlager oder integrierte Lagerung – Pendelrollenlager  bzw. Kegelrollen- oder Zylinderrollenlager, NSK bietet Ihnen eine ideale Lösung.


 
Unsere Innovationen:
NSKHPS Pendelrollenlager
Pendelrollenlager mit optimiertem CAM Messingmassivkäfig

Die Pendelrollenlager der High Performance Series (NSKHPS) sind für diese Anwendung mit ihren erhöhten Tragzahlen besonders geeignet.

 

Hauptgetriebe

Hauptgetriebe

Betriebsbedingungen: Wechselnde Belastungen

Das Hauptgetriebe einer Windenergie-Anlage (WEA) dient der Umsetzung der geringen Rotordrehzahl in die hohe Generatordrehzahl. Die gängigen Getriebe in der Mega-Watt-Klasse bestehen aus ein oder zwei  Planetenstufen und ein oder zwei Stirnradstufen. Die Betriebsbedingungen der WEA stellen hohe Anforderungen an die Lagerung der einzelnen Wellen und Getriebekomponenten.
 

Ständig wechselnde Windgeschwindigkeiten verursachen stark veränderliche Lastbedingungen der Lager. Bei Windstille oder auch Starkwind werden die Anlagen abgeschaltet und stehen bzw. trudeln mit extrem langsamer Bewegung. Die daraus resultierenden An- und Abfahrvorgänge führen zu starker Beanspruchung. Stillstand führt zu punktuell konzentrierten Lasten die Stillstandsmarken hervorrufen können und undefinierter Trudelbetrieb ist besonders problematisch da sich das Getriebe dann extrem langsam und oft ohne Last bewegt. Es kann sich dann kein ausreichender Schmierfilm ausbilden und statt Rollreibung kommt es vermehrt zu Gleitungen zwischen den Komponenten im Lager.

Wichtige Parameter sind das Gewicht des Getriebes, das durch den Aufstellungsort in einer Höhe von bis zu 120m möglichst gering sein muss und natürlich die Kosten. Eine optimale Auslegung der Lagerstellen ist daher essenziell für einen Entwurf wettbewerbsfähiger Getriebe.

Auslegung der Lagerungen durch erfahrene Ingenieure mit Hilfe hochentwickelter Berechnungs- und Simulationswerkzeuge: Belastungszyklen, Schmierung, Verformungen, Temperaturgang werden ebenso berücksichtigt wie Extrem- und Maximalbedingungen.  Damit kann eine sichere Konstruktion zur Erzielung der angestrebten Lebensdauer mit  kostenoptimierten Komponenten realisiert werden.

Total Quality Solution:
HR-Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager mit hohen Tragzahlen der EM-Reihe & der EW-Reihe

Für Hauptgetriebe eignen sich HR-Kegelrollenlager und Zylinderrollenlager von NSK, da sie auch bei wechselnden Belastungen zuverlässig sind und sich durch hohe Tragzahlen auszeichnen. Sie können dabei in verschiedenen Konstellationen eingesetzt werden – in Fest/Los-Lagerungen, angestellter Lagerung oder auch als schwimmende Lagerung.

Lange Lebensdauern mit BOC (Black Oxide Coating = Brünierung) und patentierten Werkstoffen: Zur Reduktion von WEC (White Etching Cracks) steht als Standard die BOC-Behandlung der Lager zur Verfügung.  Für hohe Ansprüche auch der patentierte Sonderwerkstoff AWS-TF (Anti White Structure-Tough), der zuverlässig Schäden durch WEC verhindert. Zur Steigerung der Tragzahl und Lebensdauer hat sich unser STF-Werkstoff (Super-Tough), besonders auch bei mit Verschmutzungen kontaminiertem Schmierstoff, bestens bewährt. 


Unsere Innovationen:
Zylinderrollenlager mit hohen Tragzahlen der EW-Reihe 
Zylinderrollenlager mit hohen Tragzahlen der EM-Reihe 
NSKHPS Pendelrollenlager
Super TF-Lager

 

 

Generator

Generator

Betriebsbedingungen: Plötzlicher Ladungsaustausch durch Kreisströme

Die Aufgabe eines Generator in einer Windkraft-Anlage:  mechanische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Hierbei entstehen oft durch z. B. magnetische Unsymmetrie oder den Einsatz von Frequenzumrichtern Kreisströme, die sich zwischen Rotor und Stator ausbreiten. Diese Ströme nehmen ihren Weg über die Lagerung.  Durch den häufigen und plötzlichen Ladungsaustausch über den sehr dünnen Film des Schmierstoffes kann es zu Beschädigungen der Laufbahn und der Wälzkörper kommen (Bildung von Mikrokratern). Wirken diese Entladungen über längere Zeit auf das Lager ein, spricht man von Elektrokorrosion.

Total Quality Solution:
Standard Rillenkugellagerkeramisch beschichtete Rillenkugellager und Hybridlager zur Vermeidung von Elektrokorrosion

Gängige Rillenkugellager halten den mechanischen Belastungen in Generatoren stand. NSK Rillenkugellager mit keramischer Beschichtung oder Hybridlager können mehr, denn hierbei wird Elektrokorrosion vermieden.

Bei beschichteten Rillenkugellagern wird durch eine keramische Isolierschicht das Lager elektrisch vom Gehäuse (Stator) getrennt. Die Schicht ist wenige zehntel Millimeter dick und besitzt Durchschlagfestigkeiten von mehreren tausend Volt.

Hybridlager dienen durch ihren Wälzkörper aus Keramik ebenso der elektrischen Isolierung von Stator und Rotor.

Unsere Innovation:
Keramisch beschichtete Rillenkugellager

Generator (source: LEROY SOMER)

Pitch und Yaw-Getriebe

Pitch und Yaw-Getriebe

Betriebsbedingungen: Hohen Anteil statischer Belastung

Yaw-Getriebe drehen die Gondel in oder aus dem Wind. Sie dienen dazu, das Maschinenhaus so zu verstellen, dass die gesamte Rotorfläche senkrecht zum Wind steht. Pitch-Getriebe sind für die Rotorblattverstellung erforderlich, um die Strömungsenergie maximal auszunutzen.

Nach Verstellung der Rotorblätter oder des Maschinenhauses verbleiben die Antriebe häufig für mehrere Stunden in dieser Position. Dabei müssen die Antriebe ständigen Lastschwankungen und Vibrationen standhalten.

Total Quality Solution:
HR-Kegelrollenlager, Zylinderrollenlager mit hohen Tragzahlen der EM-Reihe & der EW-Reihe

NSK bietet Ihnen ein breites Spektrum von Kegel- und Zylinderrollenlagern mit hohen statischen Tragzahlen, mit denen Antriebe jeglicher Leistungsklasse realisiert werden können.

Unsere Innovation:
NSKHPS Pendelrollenlager

Pitch und yaw Getriebe

 

Produkte für die Windindustrie

Wälzlager der TF-Reihe

Diese wurden für besonders widrige Betriebsbedingungen entwickelt. Sie bieten extreme Wiederstandsfähigkeit gegen Verschleiß und eine geringe Wärmeentwicklung. Dadurch ermöglichen Sie eine lange Gebrauchsdauer.  >>

Pendelrollenlager - CAM-Reihe

Pendelrollenlager mit optimiertem Messingmassivkäfig - Extrem widerstandsfähig gegenüber Höchst- sowie Stoßbelastungen  >>

NSKHPS Pendelrollenlager

Die Lager der NSKHPS-Reihe stehen für „High Performance Standard“. Das verwendete Material entspricht den neusten Entwicklungen. Die Lager sind besonders gut geeignet für hohe Drehzahlen und Lagerbelastungen.  >>

Zylinderrollenlager der EW-Reihe

Lager mit hoher radialer Tragfähigkeit und Hochleistungs- Stahlblechkäfig.  >>

Zylinderrollenlager der EM-Reihe

Lager mit hoher radialer Tragfähigkeit und besonders hoher Laufruhe. Bei dem Hochleistungskäfig handelt es sich um einen einteiligen Messingmassivkäfig.  >>

Stromisolierte Lager mit Keramikbeschichtung

Ideal für Anwendungen welche anfällig für Lagerbeschädigungen und Frühausfälle durch Elektrokorrosion sind  >>

Wind Turbines and NSK

  • NSK Fallstudien

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