Maßgeschneiderte Gleitlagerbeschichtungen für hochbelastete Lagerstellen durch Thermisches Spritzen

  • Tailored coatings for highly stressed sliding bearings by thermal spraying

Wietheger, Wolfgang; Bobzin, Kirsten (Thesis advisor); Jacobs, Georg (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2021)
Buch, Doktorarbeit

In: Schriftenreihe Oberflächentechnik 69
Seite(n)/Artikel-Nr.: VI, 152, J Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Das Rotorhauptlager von Windenergieanlagen (WEA) stellt eine besonders hochbelaste Lagerstelle dar. Die derzeit überwiegend eingesetzten Wälzlager stoßen jedoch vermehrt an ihre technischen Grenzen und haben somit eine direkte Auswirkung auf die Stromgestehungskostenerneuerbarer Energien. Eine vielversprechende Alternative stellt die Verwendung von Gleitlagern für diese Anwendung dar, deren mögliche Segmentierung im Schadensfall einen einfacheren Austausch im Gegensatz zu aktuell verwendeten Wälzlagern verspricht. Der Einsatz von konventionellen Gleitlagern wird meist jedoch auf den Bereich der Hydrodynamikbeschränkt. Für das vorherrschende Belastungskollektiv aus hohen dynamischen Lasten und häufigen Anfahrvorgängen muss speziell eine hohe Verschleißbeständigkeit auch im Mischreibungsgebiet gewährleistet werden. Eine Möglichkeit zur Herstellung anforderungsgerechter Gleitlagerbeschichtungen bietet das Thermische Spritzen (TS). Hierdurch sind Werkstoffkombinationenrealisierbar, die durch die bisher eingesetzten Verfahren wie Walzplattieren oder Schleuderguss nicht herstellbar sind oder Beschränkungen hinsichtlich Form und Größe unterliegen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene Spritzzusatzwerkstoffe ausgewählt und mittels des Atmosphärischen Plasmaspritzens (APS), einer TS-Verfahrensvariante, appliziert. Zur Bewertung und Auswahl der Schichtsysteme wurden tribologische Hochlastuntersuchungen in einem geschmierten Ring-Scheibe-Tribometer durchgeführt. Insgesamt konnte in den tribologischen Untersuchungen insbesondere eine thermisch gespritzte Beschichtung auf einer Kobaltbasis aus CoCrAlYSi mit hexagonalem Bornitrid den geringsten Materialabtrag und somit eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweisen. Dieses Verhalten konnte zusätzlich mittels unterschiedlicher Gleitlagerprüfstände bestätigt und das Schichtsystem zur finalen Evaluierung für ein Demonstratorlager ausgewählt werden. Hierbei wurde erstmalig eine thermisch gespritzte Gleitlagerbeschichtung als Substitution konventionell eingesetzter Wälzlager unterrealistischen Betriebsbedingungen für Hauptlagerungen von WEA qualifiziert. Die Überprüfung erfolgte mithilfe eines Systemprüfstands am Center for Wind Power Drives(CWD) der RWTH Aachen. Nach einer Testanzahl von über n > 8.000 Anfahrzyklen, entsprechend einer Betriebsdauer von circa acht Jahren, war kein ausgeprägter Materialabtragfeststellbar. Hierdurch konnte das Potential der thermisch gespritzten Gleitlagerbeschichtung für die Rotorhauptlager von WEA bestätigt werden.

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