| Titel | Dauertest von Rotorblattlagern von Windenergieanlagen |
| Autor | Matthias Stammler, Andreas Reuter, Gerhard Poll |
| Infos zum Autor | Matthias Stammler, Fraunhofer IWES, Appelstraße 9A, 30167 Hannover Prof. Dr. Andreas Reuter, Fraunhofer IWES, Appelstraße 9A, 30167 Hannover Prof. Dr. Gerhard Poll, IMKT, Leibniz Universität Hannover, Welfengarten 1 A, 30167 Hannover |
| Inhalt | Zusammenfassung Rotorblattlager von Windenergieanlagen (WEA) haben weitgehend einzigartige Betriebsbedingungen. Sie führen hauptsächlich oszillierende Bewegungen mit kleiner Amplitude aus, sind dabei stochastischen Lasten in fünf Freiheitsgraden ausgesetzt und in eine relativ weiche Umgebungskonstruktion eingebunden. Die üblicherweise fettgeschmierten Lager haben zudem Nenndurchmesser von mehreren Metern; die Kontaktfläche zwischen Wälzkörper und Laufbahn hat dementsprechend Größen im Bereich von mehreren Millimetern. Rotorblattlager sind eine sicherheitskritische Komponenten von WEA und werden auf eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren ausgelegt. Im Verlaufe dieser Zeit führen sie oszillierende Bewegungen in der Größenordnung von 108 Zyklen aus. Die Laufbahn der Lager kann dabei durch Ermüdung oder oberflächeninduzierte Schadensmechanismen geschädigt werden. Für die Ermüdung von Lagern, die mit Fettschmierung unter oszillierender Bewegung betrieben werden, gibt es keine standardisierte Berechnungsmethode. Für die Entstehung und den Verlauf von Verschleiß unter den genannten Bedingungen gibt es überhaupt keine anerkannten Rechenmodelle. Bei Veränderungen an Konstruktion und Betriebsweise der Lager ist somit ein Test vor Einsatzbeginn die einzige Möglichkeit, die Eignung des Lagers für den Einsatzzweck zu überprüfen. Einige Hersteller von Blattlagern und WEA und einige Forschungsinstitute verfügen über Blattlagerprüfstände, deren Gestaltung und Einsatzzweck aber deutliche Unterschiede aufweist. Nicht jeder dieser Prüfstände ist in der Lage, die besonderen Betriebsbedingungen von Blattlagern wiederzugeben, womit in Folge auch der Anwendungsbereich eingeschränkt ist. In diesem Vortrag werden die spezifischen Herausforderungen für einen Blattlagertest aufgezeigt und mögliche Prüfstands- und Testkonzepte erläutert. Es wird auf die Effekte, die aus der Kombination aus Schnittstellen und stochastischen Lasten entstehen, eingegangen. Insbesondere das aus Faserverbundwerkstoffen gefertigte Rotorblatt mit seiner relativ weichen Anbindung, einer Lastüberhöhung im Bereich der tragenden Gurte und aktiver Ovalisierung muss dabei berücksichtigt werden. Methoden zur Beschleunigung der Tests im Vergleich zur geplanten Lebensdauer der Lager (üblicherweise 20 Jahre) werden aufgezeigt. Abstract Rotor blade bearings of wind turbines operate under conditions which are more or less unique. They primarily execute small-amplitude oscillating movements during which they are subjected to stochastic loads with five degrees of freedom and are integrated into a relatively flexible surrounding structure. The usually grease-lubricated bearings additionally have nominal diameters of several meters; the contact surface between rolling element and raceway accordingly has dimensions of several millimeters. Rotor blade bearings are safety-critical components of wind turbines and are designed to have a service life of at least 20 years. Over the course of this time, they execute oscillating movements in the order of 108 cycles. As a result, damage can be caused to the bearing raceway by fatigue or surface-induced damage mechanisms. No standardized method exists for calculating the fatigue of bearings which are operated with grease lubrication and subjected to an oscillating motion. No recognized computational models exist at all for the development and the progression of wear under the conditions stated. When the design and operating mode of the bearings change, a test before the bearing is used is the only means of checking the suitability of the bearing for its intended purpose. Several manufacturers of blade bearings and wind turbines and several research institutes have blade bearing test stands, the design and intended purpose of which, however, differ significantly. Not all these test stands are able to replicate the special operating conditions of blade bearings, which consequently limits their fields of application as well. In this talk, we will present the specific challenges for a blade bearing test and illustrate possible test stand and testing concepts. The effects created by the combination of interfaces and stochastic loads will be discussed. Particular consideration must be given here to the rotor blade, which is manufactured from fiber composite materials, with its relatively soft connection, a load increase around the load-bearing spar caps, and active ovalization. Methods to accelerate the tests in comparison with the planned service life of the bearings (usually 20 years) are also presented. |
| Datum | 2017 |
