SKF Hightech-Dichtung macht Windkraftanlagen robuster

Windkraftanlagen sind oft extremen Belastungen ausgesetzt. Dementsprechend hoch sind die Anforderungen an den Maschinenraum in der Gondel, darunter auch an die Hauptwellen. Eine dafür entwickelte Axialdichtung erhöht die Zuverlässigkeit von Windenergieanlagen und verringert hohe Instandhaltungskosten.

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Moderne Windkraftanlagen arbeiten heute sehr effizient. Allerdings schlagen die Kosten für Wartung oder Reparatur gerade im Offshore-Bereich empfindlich zu Buche. Die Anlagen sind durch wechselnde Windkräfte hohen statischen Belastungen ausgesetzt. Die bis zu 170 m langen Rotorblätter aus glas- oder kohlefaserverstärkten Kunststoffen (GFK, CFK) leisten je nach Windstärke 18 bis 50 Umdrehungen in der Minute und übertragen damit hohe radiale und axiale Kräfte auf den Maschinensatz in der Gondel. Besondere Belastungen treten beispielsweise bei plötzlichen, heftigen Windstößen auf. Die Konsequenz: Um zuverlässig Strom liefern zu können, müssen Windenergieanlagen eine enorme Anzahl von Lastwechseln unbeschadet überstehen.

Schneller Verschleiß herkömmlicher Elastomerdichtungen

Die auftretenden Rotorkräfte sind eine Herausforderung für die Getriebekonstruktion. An „vorderster Front“, unmittelbar hinter dem Rotor arbeitet die Hauptwelle der Windkraftanlage. Um deren sicheren und zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, sind unter anderem ausgereifte Dichtungslösungen nötig. Bislang standen der Windenergiebranche allerdings nur handelsübliche Axialdichtungen aus elastomeren Werkstoffen zur Verfügung. Diese haben einen entscheidenden Nachteil: Sie sind kaum imstande, die anspruchsvollen Aufgaben an den Hauptwellen in Windkraftanlagen zu erfüllen. Hier verschleißen herkömmliche Dichtungslösungen meist sehr schnell an den teils rauen Gegenlaufflächen. Auch mit Mangelschmierung sind sie durch die nur begrenzt kontrollierbaren Bedingungen an den Hauptwellenin aller Regel überfordert.

In den Monaten zwischen den Wartungsintervallen muss die Axialdichtung jedoch das Hauptwellenlager der Anlage zuverlässig vor Schmutz schützen. Bei einem Ausfall sind die Lager der Hauptantriebswelle zusätzlichen Verunreinigungen ausgesetzt, was ungeplante Stillstandszeiten und steigende Kosten pro Kilowattstunde nach sich ziehen würde. Darüber hinaus ist der Austausch von Axialdichtungen im Turm sehr schwierig, in Einzelfällen sogar unmöglich.

Hochleistungsdichtung mit minimaler Reibung und Verschleiß

Die Axialdichtung HRC1 von SKF (Bild 1) wurde speziell für raue Gegenlaufflächen und Mangelschmierung entwickelt. Mehrere Konstruktionsmerkmale machen sie zu einer robusten Hochleistungsdichtung. Die besondere Geometrie von HRC1 erlaubt eine axiale Abweichung von ± 2 mm und die robuste Dichtlippe mit optimiertem Profil sorgt für minimalen Kontakt, geringste Reibung und wenig Verschleiß. Ein spezielles Rillendesign unterstützt außerdem die Schmierung der Dichtkante.

Die Dichtung wird aus H-Ecopur gefertigt, einem speziellen Polyurethan-Werkstoff, der von SKF für besondere Anforderungen entwickelt worden ist (Bild 2). Das Material zeichnet sich durch eine hohe Beständigkeit gegen Verschleiß, Abrieb, UV-Strahlung, Ozon und Hydrolyse aus und ist damit sehr gut für den Einsatz in Türmen von Windenergieanlagen geeignet. Umfangreiche Tests haben ergeben, dass H-Ecopur fünfmal abriebbeständiger ist als der nächstbessere Elastomerwerkstoff (Bild 5). Zudem besitzt der Werkstoff eine 3,5-mal höhere Reißfestigkeit als nächstbesseren Elastomere (Bild 6). Durch ihre außergewöhnlich lange Gebrauchsdauer versetzt die HRC1-Dichtung den Betreiber in die Lage, sich an ganz normale Wartungsintervalle zu halten. Das ist ein Vorteil, der die Instandhaltung verbilligt.

Je nach Einsatzfall und Installationsbedingung ist die Dichtung in geteilter und ungeteilter Ausführung erhältlich und für Wellendurchmesser von einem bis drei Meter verfügbar. Ein Schnellspannband aus Stahl ermöglicht den einfachen Einbau und eine schnelle Fixierung auf der Welle. Während sich geteilte Dichtungen auch nachträglich in bestehende Anlagen einbauen lassen, sollten Axialdichtungen in ungeteilter Ausführung für Neuanlagen verwendet werden.

Feldversuche in Windkraftanlagen bestätigen höhere Lebensdauer

HRC1-Dichtungen haben ihre Praxistauglichkeit bereits unter Beweis gestellt. In enger Zusammenarbeit mit einem bekannten Hersteller von Windkraftanlagen hat SKF die Neuheit in umfangreichen Feldversuchen getestet. Die Dichtungen wurden in 40 Windenergieanlagen mit jeweils 2,5 MW Leistung eingebaut und waren kontinuierlich unter Praxisbedingungen im Einsatz. Bei der Erstkontrolle nach drei Monaten wurde ein normales Einlaufverhalten festgestellt. Nach sechs Monaten registrierten die Tester lediglich einen minimalen Verschleiß.

Der Feldversuch hat bestätigt, dass die Axialdichtung HRC1 wesentlich länger eingesetzt werden kann als herkömmliche Elastomerdichtungen und eine Lebensdauer erreicht, die in der Windenergiebranche bislang unmöglich schien. Für Windparkbetreiber bedeutet das mehr Planungs- und Betriebssicherheit anstatt ungeplanter Stillstandszeiten und Reparaturen. Die üblichen Zeitintervalle für Instandhaltungsmaßnahmen können eingehalten werden. Die Axialdichtung HRC1 ist Teil eines umfangreichen Sortiments von SKF-Produkten für Windenergieanlagen. MM

* Robert Blachfellner ist Global Product Manager Power Transmission Seals bei RSS Industrial Seals and Marine BU, SKF Österreich AG in 4401 Steyr (Österreich)

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