Bei einem idealen Design wird ein Lagerring mit einem definierten Presssitz auf der Welle oder im Geh\u00e4use montiert. Der Ring ist etwas kleiner als der Lagersitz auf der Hauptwelle, wodurch ein Anpressdruck entsteht, der sicherstellt, dass sich Ring und Lagersitz unter allen Betriebsbedingungen gemeinsam bewegen. Nur durch die W\u00e4lzk\u00f6rper sollte eine Relativbewegung m\u00f6glich sein. In der Praxis wird dieses Ideal nicht immer erreicht. Als Ringwandern wird das Ph\u00e4nomen bezeichnet, das sich der Lagerring trotz der beabsichtigten Presspassung langsam gegen seinen Sitz verdreht. Die tangentiale Bewegung pro Lastzyklus ist sehr gering und oft nur unterbrochen, kann aber \u00fcber viele Zyklen hinweg zu einer messbaren Umfangsverschiebung des Rings gegen\u00fcber seinem Sitz f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n Die Folgen zeigen sich typischerweise an den Kontaktfl\u00e4chen: Reibspuren und lokaler Verschlei\u00df an der Welle oder am Geh\u00e4usesitz. Die Passung kann sich allm\u00e4hlich verschlechtern, Vorspannung und inneres Spiel k\u00f6nnen sich ver\u00e4ndern, und lokale Spannungskonzentrationen k\u00f6nnen die Erm\u00fcdung beg\u00fcnstigen. Bei kleinen Maschinen handelt es sich dabei in der Regel um ein lokales Konstruktions- oder Montageproblem. Bei gro\u00dfen WEA-Lagern ist das Ringwandern jedoch ein Systemeffekt, der nicht nur das Lager, sondern auch die Welle, das Geh\u00e4use, die Lastverteilung und -spektren sowie die Verformung umgebender Strukturen einbezieht.<\/p>\n\n\n\n Das Hauptlager einer WEA ist besonders hohen Belastungen ausgesetzt. Es muss gro\u00dfe und sich schnell \u00e4ndernde Biegemomente vom Rotor aufnehmen, die mit radialen und axialen Belastungen einhergehen. Gleichzeitig ist der Zugang eingeschr\u00e4nkt, die erwartete Lebensdauer ist lang und ein Austausch ist in der Regel sehr kostspielig.<\/p>\n\n\n\n Besonders kritisch ist Ringwandern am Lagersitz des Hauptlager-Innenrings auf der Hauptwelle. Der Innenring ist in der Regel auf einer Welle montiert, die sich unter Last durchbiegt. Jede lokale Verformung, geometrische Abweichung oder jeder Verlust des Anpressdrucks kann Mikrobewegungen zwischen Welle und Ring beg\u00fcnstigen. Im Laufe der Zeit kann dies zu unerwarteten Sch\u00e4den an der Hauptwelle und einem erh\u00f6hten Risiko eines vorzeitigen Lagerausfalls aufgrund von Verschlei\u00df und Partikeleintritt f\u00fchren. Das Ph\u00e4nomen hat an Relevanz gewonnen, da WEA an Gr\u00f6\u00dfe zugenommen haben und das mechanische System durch gusseiserne Hohlwellen und eine weiter vorangetriebene Leichtbauweise weniger steif geworden ist.<\/p>\n\n\n\n Um solch komplexes Verhalten zu verstehen, reichen vereinfachte Berechnungen nicht aus. Der modulare Triebstrangpr\u00fcfstand f\u00fcr Gro\u00dfkomponenten, welcher in den Forschungsprojekten BeBen XXL<\/a> [1] und Gusswelle<\/a> [2] am Fraunhofer IWES zur Erprobung von Hauptlagereinheiten zum Einsatz kam, bietet die M\u00f6glichkeit, realistische Belastungszust\u00e4nde an verschiedenen Hauptwellen- und Lagerkonfigurationen nachzubilden.<\/p>\n\n\n\n In den Projekten BeBen XXL und Gusswelle wurden Komponenten in Originalgr\u00f6\u00dfe beschleunigten Erm\u00fcdungsversuchen unterzogen. Die Biegebelastungen spiegeln den realen WEA-Betrieb wider, sind jedoch so skaliert, dass relevante Sch\u00e4den in k\u00fcrzerer Zeit entstehen. Die Randbedingungen \u2013 wie Ausrichtung, Steifigkeiten und Lasteinleitung \u2013 lassen sich wesentlich pr\u00e4ziser steuern als im Feld.<\/p>\n\n\n\n Im Hinblick auf das Ringwandern ist dieser Ansatz aus mehreren Gr\u00fcnden hilfreich. Er erm\u00f6glicht Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die systematische Variation von Passungen, Oberfl\u00e4chenbeschaffenheiten und Montageverfahren und anschlie\u00dfend zu beobachten, wie das System reagiert. Verschiebungen, Dehnungen und tangentiale Bewegungen das Lagerrings k\u00f6nnen w\u00e4hrend des Betriebs \u00fcberwacht werden, w\u00e4hrend die Kontaktfl\u00e4chen am Lagersitz nach der Pr\u00fcfung untersucht werden k\u00f6nnen. Auf diese Weise stellt der Pr\u00fcfstand f\u00fcr Hauptlagereinheiten eine Verbindung zwischen theoretischen Annahmen und dem tats\u00e4chlichen Verhalten der Bauteile her \u2013 und er zeigt deutlich, dass sich gro\u00dfe Bauteile unter realen WEA-Belastungen anders verhalten k\u00f6nnen, als es herk\u00f6mmliche Auslegungsmodelle vorhersagen. Im aktuellen WEA-RiWa<\/a> f\u00fchren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Tests mit Hauptlagereinheiten in Originalgr\u00f6\u00dfe durch, um fortschrittliche Simulationsmodelle f\u00fcr Ringwandern zu validieren.<\/p>\n\n\n\n Das Gussverfahren ist f\u00fcr gro\u00dfe Bauteile des Antriebsstrangs wie Hauptwellen attraktiv, da es Kosten- und Konstruktionsvorteile bietet. Gusskomponenten unterscheiden sich jedoch von bearbeiteten Stahlteilen hinsichtlich Ma\u00dfgenauigkeit, Steifigkeit und Verformungsverhalten. Diese Unterschiede wirken sich direkt auf den Lagersitz aus. Lokale Verformungen sowie die lokale Oberfl\u00e4chenqualit\u00e4t und Eigenspannungen beeinflussen die Verteilung des Anpressdrucks \u00fcber den Umfang.<\/p>\n\n\n\n Eine Studie des Fraunhofer IWES [3] zeigt, dass auch bei Einhaltung der Nennma\u00dfe die resultierenden Kontaktbedingungen nicht gleichm\u00e4\u00dfig \u00fcber den Lagersitz verteilt sind. Unter zyklischen Belastungen sind Bereiche mit geringerem Anpressdruck besonders anf\u00e4llig f\u00fcr Mikrobewegungen zwischen Innenring und Welle. Zun\u00e4chst \u00e4u\u00dfert sich dies in winzigen Relativbewegungen, doch \u00fcber viele Zyklen und Belastungsf\u00e4lle hinweg k\u00f6nnen sich diese zu einer messbaren Verdrehung des Lagerrings summieren.<\/p>\n\n\n\n Die klassische Auslegung ist nicht immer ausreichend, um eine robuste Passung ohne Ringwandern im Betrieb zu gew\u00e4hrleisten. Die tats\u00e4chliche Verformung der Hauptwelle, die Belastung und ihre Richtung sowie die Steifigkeit der umgebenden Struktur m\u00fcssen gemeinsam mit den geometrischen Toleranzen ber\u00fccksichtigt werden.<\/p>\n\n\n\n Feldbeobachtungen und Pr\u00fcfstandsergebnisse zeigen, dass Ringwandern auftritt \u2013 sie geben jedoch zun\u00e4chst keinen Aufschluss dar\u00fcber, wie sich der Kontakt am Lagersitz genau verh\u00e4lt. Hierf\u00fcr sind detaillierte und validierte numerische Simulationen erforderlich.<\/p>\n\n\n\n Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer IWES haben anspruchsvolle Modelle entwickelt, um das Ringwandern eines WEA-Hauptlagers zu beschreiben [4]. Das Modell kombiniert realistische Wellen- und Lagergeometrien, Materialeigenschaften, Presspassung sowie zeitabh\u00e4ngige Belastungsverl\u00e4ufe, die den WEA-Betrieb abbilden. Ziel ist es, zu simulieren, wie sich Kontaktdr\u00fccke und Relativbewegungen \u00fcber mehrere Belastungszyklen hinweg entwickeln.<\/p>\n\n\n\n Die Ergebnisse liefern eine vertiefende n Einblick in das Ringwandern. Anstelle des vereinfachten \u00dcbergangs von \u00bbHaften\u00ab zu \u00bbGleiten\u00ab erscheint der Prozess als ein fortschreitender, wegabh\u00e4ngiger Mechanismus. In manchen Belastungszust\u00e4nden k\u00f6nnen sich Abschnitte der Kontaktzone entspannen und ein Mikrogleiten auftreten; in anderen steigt der Anpressdruck und der Ring haftet wieder. Insgesamt entsteht eine kleine inkrementelle Drehung oder tangentiale Verschiebung, die sich im Laufe der Zeit summiert.<\/p>\n\n\n\n Durch die Variation von Parametern im Modell \u2013 beispielsweise Presssitz, Geometrie, Materialverhalten oder Wandst\u00e4rke \u2013 k\u00f6nnen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Einflusskombinationen identifizieren, die besonders anf\u00e4llig f\u00fcr Ringwandern sind. Die Simulationen verdeutlichen zudem die Bedeutung des nichtlinearen-elastischen Verhaltens bei gro\u00dfen Bauteilen.<\/p>\n\n\n\n Konventionelle Auslegungsans\u00e4tze sind f\u00fcr die gro\u00dfen und flexibleren Bauteile moderner WEA-Antriebstr\u00e4nge nicht immer ausreichend genau. Der Lagersitz muss im Zusammenhang mit Wellensteifigkeit, Belastungsspektren und Verformung betrachtet werden. Entscheidend ist die Verteilung des Anpressdrucks: Lokale Bereiche geringen Kontaktdrucks sind Ausgangspunkte f\u00fcr Ringwandern.<\/p>\n\n\n\n Zudem m\u00fcssen zur Auslegung Materialverhalten und strukturelle Wechselwirkungen in die Berechnungen einbezogen werden. Die Integration nichtlinear-elastischer Modelle und realistischer Belastungsbedingungen in den Entwicklungsprozess erm\u00f6glicht die Auslegung robusterer Lagersitze und realistischerer Sicherheiten.<\/p>\n\n\n\n Die hier vorgestellte Forschung zeigt, wie gezielte Untersuchungen durch Tests im Originalma\u00dfstab und fortschrittliche numerische Simulationen gemeinsam ein umfassenderes Bild des Ringwanderns in Hauptlagern von Windenergieanlagen vermitteln. Da Windenergieanlagen immer gr\u00f6\u00dfer und zunehmend komplexer werden, gewinnen solche Schnittstellen-Ph\u00e4nomene f\u00fcr einen zuverl\u00e4ssigen Betrieb weiter an Bedeutung.<\/p>\n\n\n\n In weiterf\u00fchrenden Arbeiten werden die Simulationsmodelle weiterentwickelt und anhand der Messergebnisse aus den Pr\u00fcfstandsversuchen validiert. Zudem werden die Erkenntnisse in Richtlinien \u00fcberf\u00fchrt. Letztendlich ist die Vermeidung von Ringwandern Teil eines umfassenderen Bestrebens, das tats\u00e4chliche Verhalten gro\u00dfer WEA-Komponenten unter realen Belastungen zu verstehen. Je besser diese Details verstanden werden, desto zuverl\u00e4ssiger und wirtschaftlicher k\u00f6nnen die Anlagen \u00fcber ihre gesamte Lebensdauer betrieben werden.<\/p>\n\n\n\n [1] Herrmann, J., Holz, K., Kyling, H., Zeise, B.: [2] Kirsch, J., Kyling, H., & Niewiadomski, J.: [3] Kirsch, J., Kyling, H.: [4] Grosse, P., Kyling, H.: Der Schritt zum digitalen Pr\u00fcfverfahren: Hybrides Testen von Windenergieanlangen<\/a> <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Dieser Artikel zeigt auf, was Ringwandern ist, warum es in gro\u00dfen WEA-Lagern auftritt, wie aktuelle Forschungsergebnisse zu einem besseren Verst\u00e4ndnis beitragen und was dies f\u00fcr Konstruktion, Fertigung und Betrieb bedeutet.<\/p>\n","protected":false},"author":79,"featured_media":3520,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[68],"tags":[520,711,704],"coauthors":[702,580,682],"class_list":["post-3531","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-windtechnik","tag-forschung","tag-ringwandern","tag-waelzlager"],"acf":[],"yoast_head":"\n![\"\"](\"https:\/\/websites.fraunhofer.de\/iwes-blog\/wp-content\/uploads\/2026\/07\/ringwandern-bild-1-c-fraunhofer-iwes-julian-kirsch.png\")
<\/a>Warum Ringwandern bei Hauptlagern von Windenergieanlagen eine Rolle spielt<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
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<\/a>Ringwandern und die Rolle von Gusskomponenten<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Ein Blick ins Innere der Passung: numerische Simulation des Ringwanderns<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
<\/a>Erkenntnisse f\u00fcr Auslegung und Fertigung<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Ausblick<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
Referenzen<\/strong><\/h4>\n\n\n\n
BeBen XXL \u2013 Beschleunigter Experimenteller Betriebsfestigkeitsnachweis von Windenergieanlagen \u2013 Gro\u00dfkomponenten am Beispiel der Hauptwelle. https:\/\/doi.org\/10.2314\/KXP:1666359084<\/a><\/p>\n\n\n\n
Projekt Gusswelle \u2013 Werkstoff- und Bauteiloptimierung f\u00fcr leistungsf\u00e4higere Gusskomponenten im Antriebsstrang von Windenergieanlagen durch den Einsatz von Kokillenguss : Schlussbericht<\/a> <\/p>\n\n\n\n
Optimized cast components in the drive train of wind turbines and inner ring creep in the main bearing seat. Forschung im Ingenieurwesen 85(2), 199\u2013210 (2021). https:\/\/doi.org\/10.1007\/s10010-021-00458-x<\/a><\/p>\n\n\n\n
Numerical simulation of ring creep on a wind turbine main shaft. Forschung im Ingenieurwesen 89, 2087\u20132112 (2025). https:\/\/doi.org\/10.1007\/s10010-025-00805-2<\/a><\/p>\n\n\n\n
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