Aus einem umfassenden Produktportfolio an Wälz- und Gleitlagern und technologischem Know-how in der Dichtungstechnik sowie bei Werkstoffen und Beschichtungen weisen die dafür eingesetzten Lagerungen der Schaeffler Gruppe ein hohes Mass an Steifigkeit und Tragfähigkeit auf und ermöglichen unter extremen Einsatzbedingungen einen zuverlässigen Betrieb. Die Schaeffler Gruppe Industrie ist derzeit u. a. Entwicklungspartner und Zulieferer in Projekten für Parabolrinnen-, Solarturm- und Dish-Stirling-Kraftwerken.

Die Solarenergie unterscheidet zwei wesentliche Prinzipien der Energieumwandlung: In der Photovoltaik wird die Sonnenenergie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Bei solarthermischen Anlagen hingegen werden die Sonnenstrahlen über Reflektoren auf einen Absorber fokussiert und zum Aufheizen eines Fluids genutzt, das über einen Wärmetauscher Wasserdampf erzeugt. Damit werden wie in konventionellen thermischen Kraftwerken Turbinen und Generatoren angetrieben. Bekannteste solarthermische Kraftwerkstypen sind Parabolrinnen,- Fresnel- und Solarturm-Kraftwerke. Eine Sonderform stellen Dish-Stirling-Kraftwerke dar, in denen die fokussierten Sonnenstrahlen direkt einen Stirling-Motor antreiben, der wiederum den Generator betriebt. Gemein ist all diesen Solaranwendungen, dass sie über ein- oder zweiachsige Nachführsysteme verfügen, um die Reflektoren kontinuierlich am Lauf der Sonne auszurichten.

Beitrag zur Wirkungsgradmaximierung

Die Präzision der Lagerung und ihre Robustheit tragen ganz entscheidend dazu bei, den maximalen Wirkungsgrad der Anlage zu erreichen. Hohe Steifigkeit ist gefordert, um eine exakte Nachführung der Reflektoren und Paneele und damit eine präzise Fokussierung der Sonnenstrahlen zu erreichen. Dabei sind die Lager hohen Kräften und Momenten ausgesetzt, wie sie etwa durch heftige Windstösse entstehen können  Je nach Kraftwerkstyp und individueller Konstruktion eignen sich Drehverbindungen, Schrägrollenlager, Kugelgewindetriebe, Gehäuseeinheiten und Spannlager mit Kugellagern sowie Laufrollen als Wälzlager-Lösungen. Aber auch Gleitbuchsen und Gelenklager werden eingesetzt.

Im Andasol-Solarkraftwerk in Spanien zum Beispiel ermöglichen Gleitlager der Schaeffler Gruppe das präzise Schwenken der Parabolrinnen um die Elevationsachse. Insgesamt sind über 1200 Hydraulik-Gelenkköpfe eingesetzt. Sie haben die Aufgabe, die mehreren hundert hydraulisch verstellbaren Parabolrinnen zu stützen, zu positionieren und der Sonne kontinuierlich nachzuführen. Gleitlager sind optimal für die langsamen und präzisen Schwenkbewegungen geeignet. Sie nehmen hohe Kräfte auf und sind sowohl für hohe einseitige aber auch für wechselnde Belastungen geeignet, z.B. infolge sich ändernder Windrichtungen. Damit können die 150 Meter langen Kollektorstränge mit einer Genauigkeit von Zehntelmillimetern dem Ost-West Tagesverlauf der Sonne nachgeführt werden.

Die Hydraulik-Gelenkköpfe sind mit manganphosphatierten Radial-Gelenklagern mit Stahl/Stahl-Gleitpaarungen ausgerüstet. Diese besondere Oberflächenbehandlung schützt das Material vor Verschleiss und verringert die Reibung. Der 70 Millimeter breite Innenring der Gelenklager hat eine zylindrische Bohrung mit 110 Millimeter Durchmesser und eine kugelige Aussengleitbahn, während der 160 Millimeter grosse Aussenring eine zylindrische Mantelfläche und eine hohlkugelige Innengleitbahn mit 140 Millimeter Durchmesser hat. Die Schaeffler-Leistungen für Andasol 1 werden komplettiert durch über 7400 umweltfreundliche Gleitstreifen aus dem Sortiment der INA Metall-Polymer-Verbundgleitlager. Sie sorgen in den Stützen zwischen den einzelnen Segmenten der immerhin 150 Meter langen Kollektorstränge für nahezu reibungsfreies Schwenken beim Nachführen.

Schwingungsarme Solarspiegel-Lagerung

Wälzlager, etwa AXS-Schrägrollenlager, wiederum kommen zum Beispiel in Zweiachsnachführungen von solarthermischen Anlagen wie Solarturm- und Dish-Stirling-Kraftwerken zum Einsatz. Eine typische Anwendung sind Spiegelverstellungen. In zweiachsigen Antriebseinheiten ermöglichen die Wälzlagerungen die Bewegung von Azimuth- und Elevationsachse. Hohe Tragfähigkeit und Steifigkeit sowie exakte Führungsgenauigkeit sind auch hier von entscheidender Bedeutung. Diese Eigenschaften sind Voraussetzung für eine sichere, ruhige und schwingungsarme Lagerung der Solarspiegel. Auch in diesem Fall müssen die Lager hohe Kräfte und Momente aufnehmen, die etwa durch Windstösse hervorgerufen werden. Die Lagerungen sind somit entscheidend für die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit der Anlagen.

Auch die Umweltbedingungen müssen bei der Entwicklung und Auslegung von Lagerungen für Solarkraftwerke mit berücksichtigt werden. Die Umgebung – zum Teil Wüsten oder wüstenähnliche Regionen – ist meist von Trockenheit, Sand, hohen Temperaturen und erheblichen Temperaturschwankungen geprägt. Daher sind zuverlässige Dichtungen erforderlich, die das Eindringen von Partikeln in das Lager verhindern und das hochwertige Lagerfett im Lagerinneren halten, sowie besondere Materialien und Beschichtungen, die das Lager vor Korrosion schützen.

Mit der Anwendung unterschiedlicher Dichtprinzipien, der Auswahl verschiedener Dichtsysteme, der Anordnung von Dichtelementen und deren Kombination untereinander verfügt die Schaeffler Gruppe über einen modularen Dichtungsbaukasten. Auf dem Gebiet innovativer Oberflächen- und Beschichtungstechnik ist die Schaeffler Gruppe bereits seit vielen Jahren führend und optimiert so die Funktionalität von Oberflächen hoch beanspruchter Wälzlager und Präzisionsbauteile. Das Oberflächentechnikum der Schaeffler Gruppe ermöglicht dabei sowohl die Entwicklungsarbeit im Labormassstab als auch die sichere Überführung in den Produktionsprozess der Grossserienfertigung. Als Korrosionsschutz werden in erster Linie Zink und seine Legierungen eingesetzt. Die Schaeffler Gruppe hat unter dem Namen Corrotect unterschiedliche Beschichtungen auf den Markt gebracht, zum Beispiel Zink (Corrotect ZK), Zink-Eisen (Corrotect ZI) oder Zink-Nickel (Corrotect ZN).