26.09.2018 Neue Großdichtung für immer größere Windkraftanlagen

Zur Gewinnung sauberer Energie werden immer größere Windkraftanlagen eingesetzt. Das spart Material und Baukosten im Vergleich zur Errichtung mehrerer kleinerer Anlagen. Rotoren mit einem Durchmesser von 180 m sind heute keine Seltenheit mehr. Beim Betrieb derart großer Anlagen entstehen aber gewaltige Kräfte, die sich insbesondere auf Wälzlager und Hauptwellendichtungen auswirken. Daher ist es notwendig, die Dichtungskonzepte entsprechend anzupassen. Die neue Dichtung für fettgeschmierte Lager kann bei großen Wellendurchmessern radial sowohl innen- als auch außendichtend eingesetzt werden und toleriert starken Wellenschlag. Herkömmliche Wellendichtungen, die die Vorspannkräfte an der Dichtlippe mithilfe einer Wurmfeder erzeugen, kommen konstruktionsbedingt bei sehr großen Durchmessern an ihre Grenzen. Zudem lassen sich in dieser Bauweise radial außendichtende Lösungen schwer bis gar nicht realisieren. Die neue Wellendichtung „Seventomatic“ für Wellendurchmesser ab 1,5 m verwendet daher eine Mäanderfeder, um die nötigen Vorspannkräfte aufzubauen. Namensgebend ist das Design, das auf der Form der Zahl 7 basiert – ein langer Dichtschenkel wird mit dem statischen Teil der Dichtung über ein flexibles Gelenk verbunden. Herausragend an der neuen Konstruktion ist, dass sie konsistente Linienkräfte erzeugt und im Vergleich zu anderen Lösungen gegenüber Wellenschlag unempfindlicher ist. Die Wellendichtung akzeptiert in der Standardgröße eine Auslenkung von ±4 mm ohne Funktionseinbußen und zeigt sich daher auch gutmütig gegenüber Fertigungstoleranzen der Welle. Hergestellt wird sie aus hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk (HNBR), einem Werkstoff der Ventoguard-Familie.

Die Grundform der Seventomatic basiert auf den bewährten Dichtungen für Tunnelbohrmaschinen von Freudenberg Sealing Technologies. Ziel der neuen Entwicklung war es, das spezielle Design einer Dichtung für Tunnelbohrmaschinen mit den Vorteilen eines klassischen Radialwellendichtringes (RWDR) für die Hauptwelle des Rotors zu kombinieren. Dazu wurden umfangreiche Simulationen genutzt, um die Konstruktion eines robusten Designs schon im Vorfeld zu ermöglichen. Mithilfe der dabei gewonnenen Datensätze wurde ein mathematisches Modell erstellt, um das Verhalten der Dichtung hinsichtlich der Linienkraft und der maximalen Folgemöglichkeit bei Wellenschlag und Exzentrizität vorauszusagen. Dabei hat sich gezeigt, dass die Robust-Design-Simulationen die Anforderungen und Bedingungen so umfangreich und gezielt abdecken, dass Anpassungen am realen Prototypen kaum mehr notwendig sind. So führten Lebensdauerversuche an Proben mit ca. 15 Mio. Lastwechseln weder zu erkennbaren Schädigungen noch zu Einschränkungen der Funktionen. Weitere Untersuchungen betrafen Temperaturwechsel zwischen -30 und +100 °C sowie die Haltbarkeit bei Schwingungen von 8 Hz mit einer Amplitude von ±3 mm bei 110 °C. Außerdem wurden die Linienkräfte montierter Dichtungen nach 240 Tagen Lagerung bei Raumtemperatur und +100 °C untersucht.

Die Ergebnisse zeigten, dass die neue Dichtung für Wellen ab 1,5 m Durchmesser in Windkraftanlagen das in den verbauten Wälzlagern verwendete Fett zuverlässig zurückhält, unempfindlich gegenüber statischer und dynamischer Exzentrizität ist und gleichzeitig eine konstante Linienkraft bietet.