Mehr Leistung, mehr Effizienz: Wie Kegelrollenlager die Windkraftbranche verändern

Als Managerin für strategisches Wachstum im Bereich Windenergie ist es Marlé Fernandes‘ Aufgabe, Timken bei der weltweiten Umstellung auf erneuerbare Energien an vorderster Front zu halten.

Timken ist ein ingenieurgetriebenes Unternehmen, das von Innovationen lebt, und die Trends deuten auf einen steigenden Bedarf an Kegelrollenlagern in Windkraftanlagen hin – eine Technologie, die Timken-Ingenieure seit mehr als einem Jahrhundert perfektionieren.

Fernandes verbringt ihre Zeit damit, Makrotrends auf dem Markt zu bewerten und dann sicherzustellen, dass die Timken-Ingenieure über die nötigen Ressourcen und Technologien verfügen, um Herstellern und Betreibern von Windkraftanlagen dabei zu helfen, in einer extrem wettbewerbsintensiven Branche die Führung aufrecht zu erhalten.

Eine unaufhaltsam wachsende und sich weiterentwickelnde Branche

Die Makrotrends sind nicht schwer zu erkennen. „Die Windenergie wächst. Wir sind optimistisch“, so Fernandes. „Es gibt eine enorme Dynamik im Bereich der erneuerbaren Energien, und die Windenergie ist dabei ein wichtiger Pfeiler.“ Da Unternehmen neue Umwelt-, Sozial- und Governance-Aspekte und die soziale Verantwortung der Unternehmen in den Vordergrund stellen, um ihre Ziele zu erreichen, setzen sie auf erneuerbare Energiequellen.

Auch die Größe der Windturbinen nimmt zu, denn je größer die Turbine, desto effizienter ist ihr Betrieb. „Jeder brennt darauf, das nächstgrößere Windrad an den Start zu bringen“, so Fernandes. „Während wir an einem Projekt arbeiten, wird ein anderes gestartet. Dies ist ein sehr aggressiver Markt.“

Letztendlich müssen sich diese riesigen Turbinen als äußerst zuverlässig erweisen, sagt sie. „Erneuerbare Energien müssen gute, erschwingliche Stromkosten ermöglichen, um mit allen anderen Produkten konkurrieren zu können; deshalb sind Zuverlässigkeit und Kosten Schlüsselfaktoren.“

Die Grenzen von Pendelrollenlagern in der Hauptwellenlagerung

Die heutige kommerzielle Windenergiebranche nahm in den 1990er Jahren in Europa ihren Anfang; in den meisten Turbinen wurde für die Lagerung der Hauptwelle ein zweireihiges Pendelrollenlager eingesetzt. Die Konstrukteure rechneten mit hohen Lagerfehlstellungen bei Windstößen und Stürmen, was Pendelrollenlager gut aufnehmen können.

Mitte der 2000er Jahre erreichten die Turbinen eine Leistung von mehreren Megawatt, aber die Pendelrollenlager auf den Hauptwellen wiesen hohe Ausfallraten auf.

„Die Timken-Ingenieure sahen sich das an und fanden heraus, dass Pendelrollenlager bei Fluchtungsfehlern gute Leistungen zeigen, aber axialer Belastung nicht standhalten“, so Fernandes. „Eine schwere axiale Belastung eines Pendelrollenlagers kann das Lager selbst beschädigen und zu einer unerwünschten Lastübertragung auf die nächste Komponente – in diesem Fall das Getriebe – führen, für die es nicht ausgelegt ist.“

Timken half Aftermarket-Kunden, die Lebensdauer der Turbinen zu verlängern, indem sie die Pendelrollenlager mit der hauseigenen verschleißfesten Keramikbeschichtung ES302 beschichteten. Außerdem haben sich die Timken-Ingenieure einen guten Ruf für die Ausrüstung von Turbinengetrieben mit zuverlässigen Kegel- und Zylinderrollenlagern erworben.

Nebenbei haben sie auch ein zweireihiges Kegelrollenlager (TDI) für Windkraftanwendungen entwickelt, das eine Drop-in-Lösung für viele Hauptwellen-Pendelrollenlager darstellt.

„Einige OEMs stellen neue Turbinen immer noch mit ultragroßen Lagern im Vier- bis Sechs-Meter-Bereich auf“, sagt Fernandes, „aber diese Konstruktionen haben ihre Probleme. Zum einen sind sie nicht beliebig skalierbar. Mit diesen ultragroßen Lagern stößt man an die Grenzen der industriellen Fertigungsmöglichkeiten. Es gibt nicht viele Anwendungen auf der Welt, die einen Ring mit einem Durchmesser von sechs Metern benötigen.“

Die 2TS-Zukunft

Als die Turbinen immer größer wurden, entdeckten die OEM-Konstrukteure, dass sie die Größe der Lager weiter reduzieren konnten, indem sie den Abstand zwischen den beiden Lagerreihen vergrößerten, wobei Timken eine führende Rolle spielte. Anstatt ein zweireihiges Paketlager einzubauen, wurden zwei einreihige, voneinander getrennte Lager konstruiert, wodurch das System steifer wurde und größere Lasten aufnehmen konnte. Bei wachsenden Turbinengrößen können Lager und Zusatzkomponenten jetzt angemessen dimensioniert und kosteneffektiv bleiben.

Da die Lagerhersteller die beiden einreihigen Lager unabhängig voneinander konstruieren, können sie genau das wählen, was die Anwendung an jedem Lastpunkt benötigt. „Die Zweilagerkonstruktion hilft uns, einen viel größeren Bereich abzudecken, was die Zuverlässigkeit betrifft. Kegelrollenlager sind die bessere Lösung, weil man sie im richtigen Winkel konstruieren kann, um sowohl axiale als auch radiale Belastungen aufzunehmen“, erläutert Fernandes.

Timken hat ein florierendes Geschäft für die Windenergiebranche aufgebaut – nicht nur mit Lagern, sondern auch mit Kupplungen und automatischen Schmiersystemen. „Unser Marktanteil bei Getrieben ist ein Beweis dafür, dass die Industrie uns vertraut“, sagt sie.

Angesichts des zunehmenden Interesses an Kegelrollenlagern, insbesondere an 2TS (zwei einreihige Lager) für den Hauptwellenlagerung von Turbinen, erwartet Fernandes, dass Timkens Ruf als Windenergieexperte in den nächsten zehn Jahren noch stärker werden wird.

„Wir haben seit langem eine führende Position bei Kegelrollenlagern“, sagt Fernandes. „Außerdem haben wir eine einzigartige Perspektive – über verschiedene Anwendungen, verschiedene Lagerpositionen im Getriebe und verschiedene Produktlinien der Kraftübertragung. Dieser Hintergrund hilft uns, Windenergieanwendungen von Grund auf zu verstehen, so dass wir Innovationen im Bereich der erneuerbaren Energien weiter vorantreiben können“, sagt sie.

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Konstrukteure von Windkraftanlagen wenden sich an Timken, wenn es um technische Lösungen für den gesamten Antriebsstrang geht. Lesen Sie, wie die Kompetenzen des Unternehmens bei Kupplungen und anderen Kraftübertragungskomponenten dazu beitragen, die Windenergie technisch und wirtschaftlich rentabel zu machen.

Published: 2022/03/17