NSK – Keramik als Werkstoff für Wälzlager in Windkraftanlagen

Extrem hohe Lebensdauer auch unter ungünstigen Umgebungsbedingungen

In der Windkrafttechnik geht der Trend zu immer höheren Leistungen. Das hat auch Auswirkungen auf die Wälzlager. Zudem werden die Anforderungen an die Dynamik und an den Schutz vor widrigen Umgebungsbedingungen höher. Kerntechnologien sind hier die Werkstoff- und die Schmierstoffentwicklung. Auf der Hannover Messe zeigte NSK neue Generationen von Wälzlagern, die speziell für die Windkrafttechnik entwickelt wurden – darunter auch neue Hybridlager mit Keramikkugeln.

In einigen Bereichen des Maschinenbaus bewährt sich Keramik bereits als idealer Werkstoff, wenn sehr hohe Anforderungen an die Verschleißfestigkeit gestellt werden. NSK hat bei den „Robust“-Wälzlagern entsprechende Erfahrungen gesammelt. Sie sind mit Laufbahnen aus Hochleistungsstahl und optional mit Kugeln aus Keramik ausgestattet und kommen im Werkzeugmaschinenbau zur Anwendung.

Auf der Basis dieses Know-hows hat NSK speziell für die Anforderungen der Windtechnik stromisolierte Wälzlager mit keramisch beschichteten Außenringen entwickelt. Sie zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer aus – die Anlagenhersteller fordern 175.000 Betriebsstunden bei äußerst dynamischen Belastungen, und diese Forderung erfüllen die neuen Lager. Zugleich verhindert der Keramikwerkstoff Stromdurchgänge im Antriebsstrang und minimiert Schäden z.B. bei Stromlastspitzen oder Kreisströmen (Elektrokorrosion). Deshalb eignet sich diese Lagerbauart besonders für den Einsatz als Generatorlager.

Bei den bislang eingesetzten Keramiklagern wird mittels Plasmaspritzen eine dauerhafte Keramikbeschichtung auf die Stahloberfläche aufgebracht. Als Alternative bietet NSK jetzt als Neuheit auch Wälzlager mit Kugeln aus Vollkeramik an. Bei der Entwicklung der Hybridlager konnte NSK auf den umfassenden Erfahrungen aufbauen, die mit dem Werkstoff Keramik und der Werkstoffpaarung Keramik/ Hochleistungsstahl gesammelt wurden.

Bei der Konstruktion dieser und anderer Wälzlager für die Windkrafttechnik setzt NSK modernste rechnergestützte Berechnungs- und Simulationsmethoden ein. Sie haben u.a. zum Ziel, die Lebensdauer der Wälzlager möglichst verlässlich prognostizieren zu können. Dabei geht NSK noch weit über die Vorgaben der DIN ISO 281 hinaus und berücksichtigt zusätzliche Parameter, die eine sehr exakte Lebensdauerprognose ermöglichen.

Auf der Hannover Messe hat NSK neben den neuen Hybrid-Wälzlagern für die Windtechnik auch eine Antriebswelle aus einem 2 MW-Windkraftgetriebe vorgestellt, bei der die Lagerung der Generatorseite – ein Kegelrollenlagerpaar – auf Basis der Berechnungsergebnisse dieser Software ausgelegt und konstruiert wurde.