Konstruktion: Selbstschmierende Gleitlager für Windkrafttechnik

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Die Frage nach dem bestmöglichen Lagersystem für Komponenten der Windkrafttechnik dürfte auf der diesjährigen HUSUM Wind wieder die Konstrukteure und Entwickler beschäftigen. Dabei sind es unter die Reibungs- und Verschleißminimierung, die selbstschmierende Gleitlager-Lösungen zunehmend ins Blickfeld rücken.

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Die Frage nach dem bestmöglichen Lagersystem für Komponenten der Windkrafttechnik dürfte auf der diesjährigen HUSUM Wind wieder die Konstrukteure und Entwickler beschäftigen. Dabei sind es unter die Reibungs- und Verschleißminimierung, die selbstschmierende Gleitlager-Lösungen zunehmend ins Blickfeld rücken.

Zudem unterstützen die wartungsfreien Maschinenelemente die Realisierung kompakter WKA-Konstruktionen und erweisen sich in der Praxis als ebenso wirtschaftlich wie umweltfreundlich. Sobald es um langsam drehende, oszillierende oder lineare Bewegungen unter hohen mechanischen Belastungen geht, sind die Gleitlager des international renommierten Herstellers erste Wahl.

Die Gleitlager-Lösungen von OILES erobern sich immer mehr Einsatzgebiete in Green Energy Anwendungen. Während sie unter anderem in Hydrotechnik und Stahlwasserbau bereits seit Jahrzehnten zu den bevorzugten Lagersystemen der Anlagenbauer gehören, entdecken nun auch die Konstrukteure und Entwickler der Windkrafttechnik die Vorteile der Gleitlagertechnik. Auslöser dafür sind oft die Probleme, die klassische Wälzlager beim Betrieb von modernen On- und Offshore-Windenergieanlagen verursachen: Wo nämlich längere Stillstandzeiten, häufige Schlaglasten und niedrige Drehzahlen an der Tagesordnung sind, stoßen Wälzlager schnell an ihre technischen Grenzen. Daraus resultiert ein erhöhter Wartungs- und Reparaturaufwand, was jedoch angesichts der ohnehin komplexen Instandhaltung von Windkraftanlagen grundsätzlich unakzeptabel ist. Hinzu kommt ein weiterer Aspekt, der für die Ökobilanz jeder Green Energy Anwendung ein K.O.-Kriterium ist: Die Abhängigkeit von einer externen Schmierstoff-Zuführung, die per se immer eine potenzielle Umweltgefährdung darstellt.

Mehrfache Problemlösung

Die Entscheidung für die selbstschmierenden OILES-Gleitlager befreit sowohl die Konstrukteure als auch die Betreiber der Windenergieanlagen von diesen Problemen. Dabei lassen sich die Gleitlager des weltweit tätigen Herstellers überall dort verwenden, wo langsam rotierende, oszillierende oder lineare Bewegungen unter hohen mechanischen Lasten ausgeführt werden müssen. Konkret können OILES-Gleitlager aus Speziallegierungen oder Verbundwerkstoffen beispielsweise in den Getrieben, in den Verstellaggregaten der Pitch- und Azimut-Systeme sowie im Bereich der Haupt- und Rotorlager eingesetzt werden. Hier lassen sie sich wegen ihres kompakten Designs sehr einfach in die Konstruktionen einarbeiten und unterstützen zudem die Realisierung gewichts- und materialreduzierter Bauweisen. In der Praxis sorgen sie aufgrund ihrer tribologischen Vorteile für einen reibungsarmen und effizienten Anlagenbetrieb – auch in Schwachwindzeiten! Vor allem aber gilt: Da sie dank ihrer konstruktiv integrierten Festschmierstoffe selbstschmierend sind, benötigen sie keinerlei Schmiermittel-Versorgung von außen. Daraus folgt neben dem ökologischen Positiveffekt und der Wartungsfreiheit der komplette Entfall des Kostenblocks für ein zentrales oder dezentrales Schmierstoffsystem! 

Innen PTFE, außen Stahl

Gerade unter den Gesichtspunkten der Bauraum- und Gewichtsoptimierung eine echte Empfehlung sind die sehr dünnwandig ausgeführten – und daher extrem leichten – Multilayer-Lager vom Typ OILES Drymet LF. Bei dieser High-Tech-Lösung handelt es sich um ein mehrschichtiges Verbundsystem mit einer Gleitschicht aus einem PTFE-Compound, einer Zwischenschicht aus gleitoptimiertem Sintermaterial und einem Rücken aus Stahl. Das Gleitlager ist in einem Temperaturbereich von -200°C bis +280°C (!) einsetzbar und läuft bei Geschwindigkeiten von bis zu 0,65 m/s absolut schmierungsfrei. Es ist mit einer statischen Flächenpressung von bis zu 49 N/mm2 belastbar und hat einen beachtlichen pv-Wert von 3,60 (N/mm2 ∙ m/s). Der pv-Wert ist die wichtigste Kenngröße für Gleitlager. Sie beschreibt die Wechselwirkung zwischen Gleitgeschwindigkeit und Belastung, und gibt auch Auskunft über die zu erwartende Haltbarkeit des Lagers.

Ein niedriger Reibungskoeffizient und eine hohe Verschleißfestigkeit gehören zu den weiteren Leistungsmerkmalen des OILES Drymet LF. Erstaunlich ist zudem, dass das Gleitlager trotz seiner dünnwandigen Geometrie mit einer hohen Formbeständigkeit und mechanischen Festigkeit aufwarten kann. Der Hersteller empfiehlt diese Lösung aus seinem breit gefächerten Portfolio daher unter anderem für pendelnde und oszillierende Kinematiken, die im Stop-and-Go-Betrieb laufen. Hierbei profitieren sowohl die Konstrukteure als auch die Anlagenbetreiber davon, dass das OILES Drymet LF im Trockenlauf arbeiten kann, sich aber gleichzeitig auch als hydrodynamisches Lager nutzen lässt und außerdem keinerlei „Stick-Slip-Effekte“ versursacht.

Vielseitigkeit auch unter Wasser

Aus einer hochwertigen Bronzeguss-Legierung mit integrierten Festschmierstoff-Depots bestehen die OILES-Gleitlager der Produktfamilie #500, die sich im internationalen Offshore-Bereich inzwischen einen Namen als tribologisch-kinematische Vielseitigkeitssportler gemacht haben. Ein Gleitlager dieser Serie ist der Typ OILES #500SP1-SL464LT, der sich auch für Unterwasser- und Seewasser-Anwendungen eignet. Nachdem sich dieses Lager mit seinen auffällig grünen PTFE-Schmierstoff-Depots inzwischen in anspruchsvollen hydrotechnischen Anwendungen bewährt hat, kommt es verstärkt auch vor den Küsten Europas zum Einsatz. Es ist ausgelegt für hohe statische Belastungen von bis zu 150 N/mm2 und hat einen pv-Wert von 1,65 (N/mm2 ∙ m/s). Exzellente Gleiteigenschaften bei zugleich minimalem Verschleiß bietet es beispielsweise bei kleinsten Pendel- und Oszillationsbewegungen und in einem bei Temperaturbereich von -40°C bis +60°C.

Ultraleichter Verbund

Auf der Basis seiner jahrzehntelangen Forschungs- und Entwicklungsarbeit sowie Praxiserfahrung auf dem Gebiet der Gleitlagertechnik hält OILES inzwischen mehr als 2’300 Patente und verfügt über einen großen Fundus an tribologischem und materialtechnischem Knowhow. Immer wieder entstehen daraus neue Werkstoffe, Produkte und neuartige Sonderlösungen, wie die wartungs- und korrosionsfreien Ultraleicht-Gleitlager der Fiberflon-Serie, die aus einem Phenolharz-Faserverbund mit PTFE-Komponenten bestehen. Diese Lager, die mittlerweile in verschiedenen Varianten angeboten werden, erweisen sich heute als interessante Leichtbau-Lösung auch für die Windkrafttechnik. Sie sind traditionellen Kunststoff-Gleitlagern werkstofftechnisch überlegen und empfehlen sich für Low-Speed-Anwendungen (bis 0,15 m/s). Sie zeichnen sich nicht nur durch geringes Gewicht aus, sondern auch durch einen niedrigen Reibungskoeffizienten, eine geringe Quellneigung und eine hohe Beständigkeit gegenüber (Petro-)Chemikalien. In der Praxis halten sie Flächenbelastungen von bis zu 150 N/mm² stand und punkten mit pv-Werten von 1,20 (N/mm2 ∙ m/s). Außerdem sind sie elektrisch isolierend.

Weltweites Entwicklungsnetzwerk

Hersteller OILES liefert seine Gleitlager für den Einsatz in der Windenergietechnik in fast jeder gewünschten Größe und Bauform. In den meisten Fällen stehen Buchsen, Flanschbuchsen, Platten und Scheiben auf der Bestellliste der Kunden. Je nach Gleitlager-Typ können die Durchmesser der Buchsen, Ringe oder Kalotten dabei von 2,0 bis über 2.000 mm reichen. Groß ist zudem die Auswahl möglicher Werkstoffe, denn OILES verarbeitet neben Bronze, Messing und Stahl auch Technische Kunststoffe, Graphit und Verbundmaterialien. Kunden- und anwendungsspezifisch können daher maßgeschneiderte Gleitlager-Lösungen mit den optimalen Leistungsparametern – zum Beispiel hinsichtlich Reibung und Verschleiß – entwickelt werden. Darüber hinaus realisiert der japanische Hersteller für die Green Energy Branche kundenspezifische Sonderlösungen ab Losgröße 1 sowie innovative Neuentwicklungen. Hierfür nutzt das Unternehmen sein weltweites Forschungs- und Entwicklungs-Netzwerk, in das das Ingenieurteam von OILES Deutschland in Ober-Mörlen bei Frankfurt am Main fest eingebunden ist. Von hier aus erfolgt auch die Betreuung, Beratung und Versorgung der europäischen Kunden von OILES.

Die selbstschmierenden Gleitlager von OILES eignen sich für den rauen Einsatz in der Windkrafttechnik. Sowohl in On- als auch in Offshore-Anlagen können sie sich als wartungsfreie und ökologisch unproblematische Dauerläufer bewähren, die bauraum- und gewichtsoptimierte Konstruktionen ermöglichen und den wirtschaftlichen Anlagenbetrieb unterstützen. Gerade vor dem Hintergrund des steigenden Kosten- und Wettbewerbsdrucks könnten für viele Anlagenbauer die Gleitlager-Lösungen von OILES zunehmend als attraktive Alternative zu meist deutlich teureren und wartungsintensiveren Wälz- oder Stahllagern erscheinen.

Bild: Für die Windenergie darf es auch mal etwas größer sein: OILES realisiert selbstschmierende Gleitlager mit Durchmessern von teilweise über 2’000 mm. (Bild: OILES Corporation)

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