Schaeffler nimmt Grosslagerprüfstand "Astraios" in Betrieb

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Schaeffler Technologies AG & Co. KG

Funktionsprinzip des Grosslagerprüfstands

Der Prüfstand simuliert realitätsnah beispielsweise statische und dynamische Kräfte sowie Momente, die auf Rotorlager und Drehverbindungen einwirken. Getestet werden können alle Rotorlagerungskonzepte für Windkraftanlagen bis sechs Megawatt Leistung. Die Funktionsuntersuchungen geben Aufschluss über Wälzlagerkinematik, Wälzlagertemperatur und Reibungsverhalten, Beanspruchungen und Verformungen. Die dafür benötigten Daten liefern mehr als 300 Sensoren an und in den Lagern.

Die wichtigste Komponente des Prüfstands ist der Belastungsrahmen. An ihm sind jeweils vier hydraulisch betriebene Radial- bzw. Axialzylinder befestigt. Sie erzeugen die realen Lasten und Momente, die in einer Windkraftanlage auftreten. Dabei simulieren die Radialzylinder das Gewicht einer Rotornabe mit Rotorblättern, die Axialzylinder generieren die Windlasten.

Bei grossen Anlagen können Rotor und Nabe weit über 100 Tonnen wiegen. Dieses Gewicht wirkt auf das Lager und erzeugt die so genannte statische Radiallast sowie das statische Nickmoment. Entsprechend gross sind die vier Radialzylinder dimensioniert. Jeder Zylinder kann maximal ein Meganewton Kraft erzeugen, was einer Gewichtskraft von 100 Tonnen entspricht. Noch mehr „Power“ haben die Axialzylinder. Jeder von ihnen verfügt über ein Kraftpotenzial von 1,5 Meganewton für die Simulation der statischen Axiallast sowie der dynamischen Nick- und Giermomente. Dieses Nicken und Gieren ist vergleichbar mit dem Heben und Senken bzw. Drehen des Kopfes.

Über den Antriebsstrang mit seinem Planetengetriebe lassen sich die verschiedenen Windgeschwindigkeiten simulieren. Typische Drehzahlen liegen zwischen vier und 20 Umdrehungen pro Minute; auch deutlich höhere Drehzahlen sind möglich. Der Aufspannrahmen verkörpert den Anschluss der Gondel der Windkraftanlage. Bekanntlich weht der Wind ganz selten mit konstanter Grösse oder aus der gleichen Richtung. Vielmehr wirkt er mit unterschiedlicher Intensität und an unterschiedlichen Stellen auf die Windkraftanlage. In Abhängigkeit der Stellung der drehenden Rotorblätter werden unterschiedliche Momente an der Rotornabe erzeugt. Wirkt er zum Beispiel oben oder unten auf die Rotorblätter, verursacht er das so genannte dynamische Nickmoment. Dreht der Wind und bläst stärker von der Seite, kommt noch das so genannte dynamische Giermoment hinzu.

Aus all dem folgt, dass Windkraftanlagen aufgrund der ständig wechselnden Windverhältnisse äusserst komplexen Bedingungen unterliegen. Eine Herkulesaufgabe nicht nur für den Prüfstand und die acht Hydraulikzylinder, die im Zusammenspiel alle realen Lasten und Momente simulieren, sondern auch für SARA, das die umfangreichen Mess-, Regelungs- und Steuerungsprozesse automatisch steuert. SARA steht für Schaeffler Automation System for Research & Development Applications (Schaeffler-Automatisierungssystem für Anwendungen in Forschung und Entwicklung). SARA generiert die Sollwerte entsprechend den Windlasten, regelt die hochdynamischen Servozylinder, steuert und regelt alle Aggregate, sorgt für die Messung und Speicherung aller Daten, ist zuständig für die telemetrische Lagermesstechnik, visualisiert alle Soll-, Ist- und Grenzwerte, wertet die Messdaten aus und erstellt die Protokolle.<<

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