Beitrag zur Zustandsüberwachung von oszillierenden Wälzlagern am Beispiel von Windenergie Pitchlagern
Karl Nienhaus, Dennis Maximilian Röllinger
Die rasante Zunahme der Rotordurchmesser von Windenergieanlagen erfordert Methoden zur Lastregelung. Eine Reduktion der Lasten, die auf die Struktur der Windkraftanlage wirken, kann durch eine Anpassung der Anstellwinkel der Rotorblätter erfolgen. Die ungleichmäßigen Belastungen auf die Anlage können so reduziert werden. Gleichzeitig steigen Belastungen auf die Pitchlager erheblich. Der unvorhersehbare Ausfall eines Pitchlagers ist kostspielig und gefährdet die Wirtschaftlichkeit einer Windenergieanlage. Eine belastbare Einschätzung des Lagerzustands würde es ermöglichen, ein Lager bei einem Stillstand der Anlage zu wechseln, wenn der Abnutzungsvorrat des Lagers dies wirtschaftlich macht.
Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zur Verbesserung der Zustandsüberwachung von oszillierenden Wälzlagern insbesondere Pitchlagern von Windenergieanlagen. Zu Beginn werden die Grundlagen der Wälzlagertechnik zusammengefasst. Es folgt eine Abgrenzung dieser Spezialanwendung zum rotierenden Betrieb. Die für die Lager¬anwendung relevanten Auswertungsmethoden für Acoustic Emission werden vorgestellt. Anschließend erfolgt ein formaler Vergleich der verschiedenen Methoden. Zusätzlich wird ein neuer Ansatz zur Schadenspositionsbestimmung an oszillierenden Lagern vorgestellt. Zu diesem Zweck werden die aus der Literatur bekannten Formeln zur Berechnung charakteristischer Schadensfrequenzen umgeformt, sodass ein Drehzahl unab¬hängiger Schadenswinkel verwendet werden kann. Die Erprobung verschiedener Methoden erfolgt unter Verwendung der Daten aus Vorversuchen mit vorgeschädigten Lagern. Diese Erkenntnisse werden für die Versuche an unbeschädigten Lagern angewendet. Es wurde eine große Zahl an Lagern unter einer radialen Last in oszillierender Bewegung betrieben bis zu einem Schaden. Die Auswertung wird zu einem Konzept für den Praxiseinsatz einer noch zu entwickelten Hardware zusam¬men¬gefasst. Die Kombination der Auswertungsmethoden bietet hin¬reichende Informationen über den Lagerzustand bei einem erheblichen Daten¬reduktions¬potential. Der bisherige Stand der Technik, in Bezug auf die Zustands¬über¬wachung, lässt sich so in Effizienz und Erkennungsqualität deutlich übertreffen.
