Untersuchungen zum Betriebsverhalten oszillierender Wälzlager am Beispiel von Rotorblattlagern in Windenergieanlagen

Abstract

Rotorblattlager in Windenergieanlagen sind typische Beispiele für oszillierende Wälzlager. Zum einem werden Rotorblattlager gewollten Oszillationen ausgesetzt, um den aerodynamischen Angriffswinkel des Rotorblattes einzustellen. Zum anderem entstehen ungewollte Mikrooszillationen (Vibrationen) durch Turbulenzen, wenn die Windenergieanlage stillsteht. Durch Oszillationen aufkommende Schadensmechanismen können die Gebrauchsdauer der Maschinenkomponente reduzieren und im schlimmsten Fall zum Ausfall des Gesamtsystems führen.

Auf Basis des Betriebsverhaltens einer Referenzwindenergieanlage und Lastsimulationen für das zugehörige Referenzrotorblattlager werden verschiedene Verschleißphänomene analysiert. Zu diesem Zweck werden experimentelle Untersuchungen zur Identifikation und Ermittlung von Einflussparametern unternommen. Die experimentellen Untersuchungen werden an Schrägkugellagern der Baugröße 7208 durchgeführt. Die Betriebsbedingungen des Referenzrotorblattlagers werden mit Hilfe einer Skalierungsmethode auf die Prüflagergröße übertragen. Ein zeitlicher Zusammenhang der Verschleißphänomene wird durch die Inkubationshypothese hergestellt. Der Einfluss der Oszillationsamplitude und -frequenz wird durch die Untersuchungen deutlich. Darüber hinaus werden Untersuchungen an Vierpunktlagern mit einem Laufkreisdurchmesser von 675 mm durchgeführt.

Auf Basis der Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen wird ein Simulationsmodell aufgebaut, welches die Kinematik des Kontakts zwischen Wälzkörper und Laufbahn abbildet. Das Auftreten und die Form des Verschleißes können mit Hilfe der Reibarbeit erklärt werden. Mit Hilfe des parametrischen Aufbaus des Modells, kann der Einfluss der Lagergeometrie und der Eingangsparameter auf die Reibarbeitsdichte analysiert werden.

Um den Einfluss des Schmiermittels bestimmen zu können wird eine weitere Versuchsreihe durchgeführt. In dieser Versuchsreihe werden gängige Schmierfette für Rotorblattlager getestet. Die Ergebnisse zeigen, dass keines der untersuchten Schmierfette für alle Betriebsbedingungen Verschleiß verhindern kann. Allerdings lassen sich für bestimmte Betriebsparameter Aussagen zur geeigneten Fettzusammenstellungen treffen.

Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen den Zusammenhang zwischen Verschleiß und Betriebsparametern in Rotorblattlagern anhand experimenteller Untersuchungen und Simulationen.