Eine eingelaufene Generatorwelle entsteht, wenn der Innenring eines Generatorlagers die Wellenoberfläche durch Reibung beschädigt. An der Stelle, wo das Lager des Generators auf der Welle sitzt, reibt das Metall dann länger an der Wellenoberfläche. Die Welle ist dann nicht mehr so glatt und wird im Durchmesser kleiner. Bereits geringe Maßabweichungen können zu erhöhter Unwucht, Erwärmung und Schadensfortschritt führen: Die Lager sitzen nicht mehr fest, die Verbindung wird ungenau und der Verschleiß nimmt weiter zu. Durch die ungleiche Belastung läuft die Anlage unruhiger, sie kann vibrieren oder lauter werden. Am Ende droht der Ausfall des Generators und der Stillstand. Es lohnt sich also, eingelaufene Wellen möglichst frühzeitig zu diagnostizieren und bereits beginnende Schäden zu beseitigen.
Präzise Analyse der Störmeldungen schafft Klarheit
„Als erste Fehlermeldung wird uns in der Technik zumeist ein überhitztes Lager angezeigt. Wir gehen im ersten Schritt von einem defekten Lager aus“, erzählt Lorenz-Theo Feddersen, Engineer Generator Transformer bei der Deutschen Windtechnik. „Wenn unsere Serviceteams vor Ort dann aber keine Geräusche vom Lager feststellen können, ist das ein Hinweis, dass das Lager selbst nicht defekt ist. Einlaufende Wellen hingegen sind zu Beginn noch leise. Erst später treten schwere Vibrationen in Verbindung mit einem schlagenden Geräusch auf!” Die weitere Fehlersuche erfordert Spitzfindigkeit: “Erst wenn der Lagerdeckel demontiert wird und eine optische Kontrolle erfolgt, wissen wir, dass die Welle betroffen ist und ein Schaden durch Einlaufen vorliegt.”
Reparatur auf der Anlage statt Kraneinsatz und Komponentenwechsel
Für den Fall, dass die Welle eingelaufenen ist, bietet die Deutsche Windtechnik in Zusammenarbeit mit einem Partner ein spezielles Laserschweiß-Verfahren an, das im Fachjargon auch “Laserauftragsschweißen” genannt wird. Da bei dieser Methode kein Strom in die Welle gebracht wird, kann sie direkt auf der Anlage im Maschinenhaus instandgesetzt werden. Der Generator bleibt dabei erhalten. Lorenz-Theo Feddersen: „Der Einsatz, bei dem die Welle aufgeschweißt wird und immer beide Lager ausgetauscht werden, dauert im Schnitt nur wenige Tage. Dadurch, dass der Generator nicht getauscht werden muss, entfällt auch der Kran und entsprechendes logistisches Personal.”
Wie läuft der Schweißprozess im Detail ab?
Das Laserauftragsschweißen ist ein Schmelzverfahren, bei dem der Grundwerkstoff, in diesem Fall die Generatorwelle, durch einen gebündelten Lichtstrahl aufgeschmolzen und mit einem Zusatzwerkstoff (Schweißdraht) neues Material aufgetragen wird.
Vor dem Schweißprozess müssen Verunreinigungen und Lunker mittels Schleifen, Fräsen oder Abdrehen aus der Generatorwelle entfernt werden. Während des Schweißprozesses wird dann pro Schweißlage zwischen 0,6 bis 1 mm neues Material aufgetragen. Die geringe Schweißlagendicke entsteht, damit sich die Lagen thermisch miteinander verbinden und ein Gefüge entsteht. Durch den hochkonzentrierten Laserstrahl entsteht dabei nur eine kleine Wärmeeinflusszone: Die Generatorwelle erhitzt sich auf nur max. 45 - 50° C, so dass die Welle noch anzufassen ist, ohne dass man sich verbrennt. Durch diese schnelle und geringe Wärmeeinbringung an der sich drehenden Generatorwelle entsteht also eine gleichmäßige Erwärmung und somit kein Verzug. Bei einem Wellendurchmesser von 170 mm und einer Breite von 85 mm beträgt die Schweißzeit insgesamt nur zwischen 80 und 100 Minuten.
Das Resultat weist gleiche Eigenschaften wie die Generatorwelle auf
Lorenz-Theo Feddersen: „Für hochbeanspruchte Stellen, wie zum Beispiel Lagersitze großer Getriebe- oder Generatorwellen, ist das Laserauftragsschweißen ein alternatives Reparaturverfahren, da beim Schweißen ein homogenes Gefüge entsteht. Das besitzt die gleichen Eigenschaften wie die Generatorwelle. Auch Härte und Zugfestigkeit könnten durch Zusatzwerkstoffe im Schweißdraht zugeführt werden, um zum Beispiel eine harte Oberfläche zu erzeugen.“
