Services - 06/06/2025

NSK präsentiert hochzuverlässige Pendelrollenlager für die Hauptwellen von Windturbinen

Verbesserte Verschleißfestigkeit sorgt für einen stabileren Betrieb mit geringerem Wartungsaufwand über längere Zeiträume; dadurch lassen sich Wartungskosten und CO2-Emissionen senken.

  • Erstmals von NSK angewandte Kombination aus Wälzlagerwerkstoff, Rollenbeschichtung und verstärktem Käfig zur Reduzierung von Verschleiß
  • Komplettlösung für eine längere Lebensdauer – über 90 % weniger Laufbahnverschleiß als bei Standardprodukten.

NSK Ltd. (NSK; Hauptsitz: Tokio, Japan; President und CEO: Akitoshi Ichii) hat eine Reihe von Pendelrollenlagern* für die Hauptwellen von Windturbinen entwickelt und auf den Markt gebracht, die drei fortschrittliche Technologien kombinieren und so eine außergewöhnlich hohe Zuverlässigkeit erreichen. Neben dem langlebigen NSK Werkstoff Super-TF und der diamantartigen, hochharten DLC-Beschichtung sorgt ein neuer verstärkter ECA-Käfig mit hoher Tragfähigkeit für eine Komplettlösung, die optimal auf die Herausforderungen moderner Windturbinen abgestimmt ist.

Durch die vollständige Anwendung dieser technologischen Fortschritte ist es NSK gelungen, den Laufbahnverschleiß auf weniger als ein Zehntel im Vergleich zu Standardprodukten zu reduzieren. Das bedeutet eine erhebliche Verbesserung der Lebensdauer, zumal Laufbahnverschleiß die häufigste Ursache für Schäden an Pendelrollenlagern für Hauptwellen darstellt. Da weniger Wartungsarbeiten anfallen und weniger Teile ausgetauscht werden müssen, tragen diese hochzuverlässigen Wälzlager dazu bei, Ausfallzeiten zu reduzieren und einen stabilen Betrieb in Windparks weltweit sicherzustellen.

NSK liefert seinen Spezialwerkstoff Super-TF und die eigens entwickelte DLC-Beschichtung schon seit Jahren an Unternehmen in der Windkraftindustrie. Im Juni 2024 hat NSK ein Pendelrollenlager mit neuem, verstärktem ECA-Käfig entwickelt, um die Anforderungen der Märkte in Nordamerika zu erfüllen. Parallel dazu wurde ein Produktionssystem für hochzuverlässige Pendelrollenlager implementiert, das diese drei fortschrittlichen Technologien kombiniert und in Kürze auch eine weltweite Belieferung ermöglichen soll.

Zukünftige Pläne sehen die Kombination dieser Pendelrollenlager mit NSK Condition-Monitoring-Lösungen vor, um das Geschäft in den Bereichen Wartung, Reparatur und Betrieb auszuweiten. Die hochzuverlässigen NSK Pendelrollenlager sind Teil eines Portfolios von Aftermarket-Angeboten, die im mittelfristigen Managementplan 2026 von NSK definiert wurden mit dem Ziel, den Umsatz in diesem Sektor gegenüber dem Geschäftsjahr 2021 um 25 Milliarden Yen zu steigern.

Entwicklungshintergrund

Jeder Ausfall einer Komponente in einer Windturbine zieht hohe Reparaturkosten und lange Ausfallzeiten nach sich. Da Windturbinen in besonderen Umgebungen wie auf Bergen oder auf offener See installiert werden, können der Austausch und die Beschaffung von Teilen, Reparaturkranen und anderer Ausrüstung, um entstandene Schäden zu beheben, viel Zeit und Ressourcen in Anspruch nehmen. Viele große Teile für Windturbinen werden nur auf Bestellung gefertigt – und die Wälzlager für die Hauptwelle zählen zu den größten Komponenten, die in den Maschinen zum Einsatz kommen. Schäden an diesen wichtigen Teilen können langwierige Austauscharbeiten mit Ausfallzeiten von einem Jahr oder mehr erforderlich machen**. Aus diesem Grund müssen Wälzlager für die Hauptwellen von Windturbinen äußerst langlebig sowie hochzuverlässig und widerstandsfähig gegen vorzeitige Beschädigung sein.

Die Wälzlager in den Hauptwellen von Windturbinen müssen das hohe Gewicht der Rotorblätter (Leitschaufeln) und die unterschiedlichen Belastungen durch wechselnde Windverhältnisse aufnehmen. Pendelrollenlager sind die Lösung der Wahl, da sie eine hohe Tragfähigkeit aufweisen, Montagefehler tolerieren und die Durchbiegung der Welle oder des Gehäuses automatisch ausgleichen (Selbstausrichtung). Unerwartet hohe Belastungen unter erschwerten Betriebsbedingungen sind die häufigste Ursache für vorzeitige Schäden an Pendelrollenlagern. Diese Faktoren verhindern, dass sich der notwendige Schmierfilm im Bereich zwischen den Rollen und den Lagerringen bildet. Ohne diese Schmierung kommt es zu Verschleiß, wodurch das Wälzlager früher als erwartet ausgetauscht werden muss. Die Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Laufbahnen ist daher entscheidend für die Verfügbarkeit und Betriebssicherheit der Turbine.

Vorteile und Konstruktionsmerkmale

Verbesserte Verschleißfestigkeit

  • Hochzuverlässige Pendelrollenlager für die Hauptwellen von Windturbinen reduzieren den Laufbahnverschleiß um 90 % oder mehr im Vergleich zu Standardprodukten. Da Laufbahnverschleiß die häufigste Ursache für Schäden an diesen Pendelrollenlagern ist, bietet die hochzuverlässige Lösung von NSK eine deutlich verbesserte Lagerlebensdauer.

Anwendung

  • Stabiler Turbinenbetrieb über lange Zeiträume – hochzuverlässige Pendelrollenlager verlängern die Wartungsintervalle und reduzieren unerwartete Ausfallzeiten.

Produkttechnologien

  • Die Kerntechnologien von NSK in den Bereichen Werkstoffe, Tribologie und Analyse sorgen für eine außergewöhnliche Festigkeit gegenüber Laufbahnverschleiß. Erstmals hat NSK den Werkstoff Super-TF, eine DLC-Beschichtung und einen neuen, verstärkten Käfig in einem Wälzlager kombiniert.
    • Langlebiger Werkstoff „Super-TF“
      • Der exklusive NSK Werkstoff Super-TF sorgt für eine lange Lebensdauer, da er durch die gleichmäßige Verteilung von feinen Karbiden die Oberflächenfestigkeit verbessert. Der Einsatz von Super-TF für den Außen- und Innenring schafft eine robuste Grundlage für eine verbesserte Festigkeit gegenüber Laufbahnverschleiß.
    • Hochharte DLC-Beschichtung
      • Diamantartiger Kohlenstoff (DLC; Diamond-Like Carbon) ist ein Oberbegriff für ein Kohlenstoffmaterial, das dank seiner gemischten Zusammensetzung aus Graphit- und Diamantbindungsstrukturen einzigartige tribologische Eigenschaften aufweist. Basierend auf dem langjährigen Know-how von NSK im Bereich der Tribologie werden die Rollen der Wälzlager mit einer hochharten DLC-Beschichtung versehen, um einer Verschlechterung ihrer Oberflächeneigenschaften entgegenzuwirken. Dadurch steigt die Verschleißfestigkeit dort, wo die Rollen die Laufbahn berühren.
    • Neuer verstärkter ECA-Käfig
      • Der neu entwickelte ECA-Käfig von NSK macht einen Führungsring überflüssig und ermöglicht so eine höhere Anzahl größerer Rollen. Die von uns analytisch optimierten ECA-Käfige erhöhen die Tragfähigkeit der Wälzlager und verbessern gleichzeitig die Verschleißfestigkeit der Laufbahnen.

 

*Pendelrollenlager haben einen Innenring mit in zwei Reihen angeordneten Tonnenrollen, die eine kugelige Laufbahn im Außenring berühren. Diese Konfiguration trägt hohe Lasten und ermöglicht die Selbstausrichtung der Pendelrollenlager, sodass diese auf eine Durchbiegung der Welle oder des Gehäuses reagieren können.

**Quelle: 平成29 年度 電気施設等の保安規制の合理化検討に係る調査風力発電業界の構造調査 [Abschlussbericht über die Strukturstudie 2017 zur Straffung der Sicherheitsvorschriften für elektrische Anlagen in der Windkraftindustrie], Deloitte Tohmatsu Consulting Co. Ltd., 2018.

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