Mit der stetig beschleunigten Tendenz zur Maximierung von Windkraftanlagen und dem ständigen Bruch von Rekorden bei der Einzelmaschinenkapazität von Windkraftanlagen beträgt die Kapazität aktueller Onshore-Anlagen bereits mehr als 15 MW, während die von Offshore-Anlagen sogar über 25 MW hinausgeht. Als zentrales Schlüsselbauteil der Getriebekette von Windkraftanlagen unterliegt das Hauptlager zunehmend strengen Betriebsbedingungen. Neben der Verfolgung einer maximalen Leistung ist die Gewährleistung des langfristigen stabilen Betriebs des Hauptlagers unter komplexen Belastungen zu einem kritischen Indikator für die Bewertung der Zuverlässigkeit von vollständigen Anlagen geworden – er bestimmt sogar direkt den Betriebsertrag von Windparks.

Ein Ausfall des Hauptlagers löst sofort kaskadenartige Verluste aus. Die direkten wirtschaftlichen Verluste einer einzelnen Anlage übersteigen eine Million Yuan und umfassen den Austausch von Bauteilen, die Reparatur von Getriebe und Generator, die Kosten für Instandhaltungspersonal und Transport sowie die Verluste an Stromerzeugung durch Stillstände. Die daraus resultierenden indirekten wirtschaftlichen Verluste, Sicherheitsrisiken für die Anlage und Auswirkungen auf die regionale Energieversorgung übersteigen jedoch bei weitem die direkten Verluste.

Auf die branchenweite Nachfrage nach Hauptlagern mit extrem hoher Zuverlässigkeit hin hat HKW das dreireihige Zylinderrollen-Hauptlager (3CRB) entwickelt – mit seiner innovativen entkoppelten Strukturdesign und hervorragenden Leistungsmerkmalen bringt es eine revolutionäre technologische Veränderung für die Windenergiebranche.

I. Kerntechnologie des 3CRB: Entkoppeltes Strukturdesign

Das 3CRB setzt auf ein entkoppeltes Design mit „1 Reihe vertikaler radialer Rollen + 2 Reihen horizontaler axialer Rollen“ – dies ist der Kern seiner technologischen Durchbrüche. Die drei Rollenreihen haben eine klare Aufteilung von Aufgaben und eine vollständig unabhängige Tragfähigkeit, was eine vollständige entkoppelte Belastung von radialer Kraft, axialer Kraft und Kippmomenten ermöglicht – ohne jeglichen Effekt der Belastungsüberlagerung.

HKW 3CRB-Hauptlager

Durch dieses Design bleibt die Kontaktspannung der Laufbahnen vollständig kontrollierbar, das Risiko eines Ausfalls durch Unterschiebung wird gänzlich beseitigt. Auf struktureller Ebene werden damit traditionelle Probleme von Windenergie-Hauptlagern unter komplexen Windbelastungen gelöst, wie z. B. die Unterschiebung der Laufbahnen, überhöhte Kontaktspannungen und Ermüdungsablösungen.

II. Weiterentwicklung in sechs Dimensionen – umfassende Lösung von Ausfallproblemen

1. Bis zum Problem der komplexen Belastungen – Vollständige entkoppelte Tragfähigkeit

Windbelastungen während des Betriebs von Windkraftanlagen wechseln ständig; komplexe kombinierte Belastungen führen leicht zu einer Unterschiebung der Hauptlagerlaufbahnen und überhöhten Kontaktspannungen, was wiederum zu Ermüdungsablösungen führt. Durch die vollständige entkoppelte Belastung von radialer Kraft, axialer Kraft und Kippmomenten ohne jeglichen Effekt der Belastungsüberlagerung hält das 3CRB die Kontaktspannung der Laufbahnen jederzeit unter Kontrolle, beseitigt gänzlich das Ausfallrisiko durch Unterschiebung und kann mühelos den Anforderungen an komplexe Schwerbelastungen von Großmegawatt-Windkraftanlagen gerecht werden.

2. Bis zum Problem der Kälteschrumpfung – Strukturrevolution

Wird das Hauptlager mit der Hauptwelle über eine Presspassung montiert, kann bei extrem kalten Umgebungen im Norden die metallische Kälteschrumpfung leicht zu Ausfallrisiken wie dem Verrutschen der Ringe und der Abnutzung der Passflächen führen. Das 3CRB verfügt über ein design ohne Hauptwelle – seine Innen- und Außenringe sind direkt über hochfeste Bolzen starr mit anderen Bauteilen verbunden. Diese strukturelle Veränderung vereinfacht nicht nur die Getriebekette, sondern beseitigt auch gänzlich das Ausfallrisiko von Presspassungen bei niedrigen Temperaturen. Unter Betriebsbedingungen in einem breiten Temperaturbereich von -40 °C bis +90 °C bleibt die Passung des 3CRB stabil und gewährleistet den ganzjährigen stabilen Betrieb von Windparks im Norden.

3. Bis zum Problem der Montagefehler – Fabrikseitig voreingestellter Spielraum

Aufgrund der komplexen montagebedingten Gegebenheiten vor Ort an Windkraftanlagen sind Montagefehler und eine unangemessene Regelung der Vorspannung oft die Hauptursachen für einen Ausfall des Hauptlagers bereits im frühen Betriebsstadium. Der Spielraum des 3CRB wird bereits im Werk voreingestellt – eine montage ohne Nachjustage vor Ort ist möglich, es bedarf keiner Anpassung der Koaxialität und Vorspannung. Das Lager weist eine hohe Toleranz gegenüber Montagefehlern auf, beseitigt effektiv menschliche Montagerisiken und reduziert die Schwierigkeit und die Zeitkosten der Montage vor Ort deutlich.

HKW 3CRB-Hauptlager

4. Bis zum Problem der Schmierausfälle – Integriertes automatisches Schmiersystem

Bei niedrigen Temperaturen im Winter neigt Schmierfett leicht zu überhöhter Viskosität und schlechter Fließfähigkeit, was wiederum zu Schmierausfällen des Hauptlagers führt – ein Problem, das besonders in Windparks in hohen Lagen und im Norden akut ist. Das 3CRB ist mit einem integrierten automatischen Schmiersystem ausgestattet; das Ölkanaldesign passt sich den Anforderungen an die unabhängige Schmierung der drei Rollenreihen an. Zusammen mit synthetischem Schmieröl für breite Temperaturbereiche gewährleistet es auch bei niedrigen Temperaturen eine effektive Ölversorgung aller Kontaktbereiche und somit den normalen Betrieb von Windkraftanlagen unter extremen Wetterbedingungen.

5. Bis zum Problem der fehlenden Instandhaltung – Umfassender Zustandsmonitoring

Windparks sind weit verteilt, und fehlende Instandhaltung während Ferienzeiten kann zu einer irreversiblen Entwicklung von Mikroschäden am Hauptlager führen. Das 3CRB integriert sensoren für einen umfassenden Zustandsmonitoring, mit denen Vibrationen, Temperatur und Schmierstoffqualität ferngesteuert in Echtzeit überwacht werden können. Frühe Risiken werden im Voraus gewarnt, eine schnelle Veiligung von Mikroschäden vermieden, eine vorausschauende Instandhaltung realisiert und ungeplante Stillstände reduziert.

6. Bis zum Problem der Dichtausfälle – Integriertes mehrstufiges Kombinationsdichtungssystem

In Offshore-Windparks verursachen die Korrosion durch Salzwassernebel und in nordischen Gebieten der Sand- und Staub eindringen häufig Dichtausfälle und Wasser eindringen im Hauptlager, was zu einer Emulgierung des Schmierstoffs und einer Rostbildung auf den Laufbahnen führt. Das 3CRB setzt auf ein integriertes mehrstufiges Kombinationsdichtungssystem, das für Betriebsbedingungen mit hoher Umfangsgeschwindigkeit bei großen Durchmessern optimiert ist. Für Offshore-Modelle und Modelle für niedrige Temperaturen im Norden sind zusätzlich Strukturen zur Heizung und Entfeuchtung sowie Wasserablauflöcher verbaut – dies erreicht einen Schutzgrad von IP66 und höher und schützt effektiv vor der Beeinträchtigung durch raue Umgebungen.

HKW 3CRB-Hauptlager

III. Doppelte Validierung – Definition des Branchenstandards für Zuverlässigkeit

Auf der Grundlage einer jahrhundertelangen Erfahrung in der Materialwissenschaft und der ständigen Weiterentwicklung der Wärmebehandlungstechnologien hat die herausragende Zuverlässigkeit des HKW 3CRB eine doppelte Prüfung durch „Labortests unter Grenzbedingungen“ und „Einsatz unter strengen Betriebsbedingungen vor Ort“ bestanden.

Autoritative Laborkertifizierung

In führenden Laboren in Deutschland hat das 3CRB in kernbezogenen Indikatoren wie Verformungskontrolle, Belastungsgrenze und Ermüdungslebensdauer jeweils Branchenrekorde gebrochen und eignet sich perfekt für die Anforderungen an langfristige Schwerbelastungen von großen Windkraftanlagen mit 5 MW und mehr.

Praktische Validierung mit null Ausfällen

Langfristige Betriebsdaten von europäischen Offshore-Windenergieprojekten belegen, dass das 3CRB auch unter extremen maritimen Umgebungen mit starken Stoßbelastungen und hoher Korrosion durch Salzwassernebel eine unerschütterliche Leistung aufweist und einen exzellenten Rekord ohne serienweise Ausfälle aufgestellt hat.

IV. Umfassende Eignung für On- und Offshore-Einsatz – Neugestaltung des wirtschaftlichen Werts

Von der Beeinträchtigung durch Sand und Staub sowie starken Temperaturschwankungen in der Onshore-Windenergie bis zur Korrosion durch Salzwassernebel und stürmischen Wellen in der Offshore-Windenergie zeigt das HKW 3CRB eine starke Anpassungsfähigkeit an alle Betriebsbedingungen.

Extrem hohe Kostensenkung und Effizienzsteigerung

Es reduziert die Zeiten ungeplanter Stillstände von Windkraftanlagen und die Kosten für häufige Reparaturen deutlich und steigert die Verfügbarkeit für die Stromerzeugung erheblich.

Passung zum gesamten Lebenszyklus

Die geplante Lebensdauer übersteigt 20 Jahre und passt perfekt zur Anforderung an die Gestaltung des gesamten Lebenszyklus von Windkraftanlagen – dies realisiert wirklich „Einmalige Installation, langfristige Zuverlässigkeit ohne Sorgen“.

V. Zukunftsvision: Resonanz zwischen Technologie und wirtschaftlichem Erfolg

Zukünftig wird HKW die Ausrichtung seines globalen Netzwerks aus lokalisierten Dienstleistungen weiter vertiefen und auf der Grundlage der jahrhundertelangen Präzisionsfertigungstradition Deutschlands kombiniert mit fortschrittlicher innovativer Technologie Partnerschaften weltweit Produkte über die Erwartungen hinaus liefern. Wir engagieren uns dafür, die Resonanz zwischen der technologischen Weiterentwicklung der grünen Energie und dem geschäftlichen Erfolg der Branchenakteure zu fördern und gemeinsam eine effizientere und zuverlässigere neue Ökologie der Windenergiebranche aufzubauen.