Ultraschallprüfung von Windkrafturbinenlagern

Insbesondere die in Windkraftturbinen verbauten Lagerringe unterliegen dem Risiko der vorzeitigen Materialermüdung. Eine zuverlässige Prüfung ermöglicht das Ultraschallprüfkonzept von Vogt Ultrasonics.

01. Juni 2015
WEC-betroffener Lagerring. Ultraschallprüfung ab 1 mm vor der Lauffläche, Empfindlichkeit 0,6 mm Kreisscheibe. Die Prüfung erfolgt senkrecht und unter einem Winkel von 45 Grad. Bild: Vogt Ultrasonics
Bild 1: Ultraschallprüfung von Windkrafturbinenlagern (WEC-betroffener Lagerring. Ultraschallprüfung ab 1 mm vor der Lauffläche, Empfindlichkeit 0,6 mm Kreisscheibe. Die Prüfung erfolgt senkrecht und unter einem Winkel von 45 Grad. Bild: Vogt Ultrasonics )

Schuld an der vorzeitigen Materialermüdung bei den in Windkraftturbinen verbauten Lagerringen ist das Phänomen der sogenannten White Etching Cracks (WEC). White Etching Cracks sind unregelmäßig mikrostrukturierte Gefügeveränderungen die sich unterhalb der Materialoberfläche bilden und unter dem Einfluss eines Schwingungsrisskorrosionsprozesses in den Werkstoff eindringen. Die durch Belastungseinwirkungen entstehenden Risse breiten sich nach und nach bis zur Oberfläche aus. Es kann zu einem Reißen des Lager-Innen- oder Außenrings kommen.

Auch wenn die Ursachen der Entstehung von WEC noch nicht vollständig geklärt sind, sicher ist, dass Dynamik, Reibungseinflüsse und auch elektrische Ströme sowie die Wechselbeziehungen zwischen allen Einflussfaktoren das Entstehen begünstigen. Diese Schäden sind nicht durch klassische Wälzkontaktermüdungsmechanismen hervorgerufen und können folglich auch nicht durch Standardlagerlebensdauer-Berechnungsverfahren entsprechend ISO 281 und ISO/TR 1281-2 prognostiziert werden. Damit drohen der Lagerausfall und ein ungeplanter, teurer Stillstand der gesamten Windkraftanlage.

Ultraschall - zuverlässiger als Oberflächenrissprüfung

Die derzeitige Prüfmethode der Lagerhersteller zur Reduzierung von WEC basiert auf umfassende Untersuchungen unter Verwendung der Triboanalyse sowie Verschleiß-, Friktion- und Schmierungssimulationen. Da der größte Anteil der Risse sich unterhalb der Lageroberfläche befindet und keinen Kontakt zur Oberfläche hat, sind sie mittels einer Oberflächenrissprüfung nicht zu erfassen. Bereits jetzt nutzen Hersteller von hochbelasteten Bauteilen die Ultraschallprüfung als produktionsbegleitende Prüftechnik, um mit hohen Empfindlichkeiten das Gefüge im Bereich der Laufbahn auf Fehlstellen zu prüfen.

Condition Monitoring statt Anlagenstillstand

Neben der produktionsbegleitenden Prüfung bietet Ultraschall, als zerstörungsfreie Prüfmethode, die Möglichkeit Lagerringe von Windkraftanlagen innerhalb ihrer Lebensdauer auf WEC-Fehlerfreiheit während eines Wartungsintervalls zu überwachen. Durch eine wiederholte Ultraschallprüfung ausgebauter Lagerringe kann WEC frühzeitig erkannt und fehlerhafte Lagerringe rechtzeitig ausgetauscht werden, bevor kostenintensive Schäden an der Windturbinenlagerung entstehen.

Vogt Ultrasonics unterstützt sowohl Hersteller als auch Nutzer hochbelasteter Bauteile mit kundenspezifischen Prüflösungen zur Reduzierung kostenintensiver WEC bedingter Stillstände. Für Kunden, die sich kein eigenes Ultraschallprüfsystem anschaffen wollen, bietet der Ultraschallspezialist die Prüfung von Lagerringen als Dienstleistung direkt im Prüfzentrum im niedersächsischen Burgwedel an. Im neuen Vogt-Prüfzentrum nahe Hannover, können Lagerringe mit einem Durchmesser bis zu 1200 mm und einem Gewicht bis zu 500 kg sowohl produktionsbegleitend auf Fehlstellen im Material als auch während der Lebensdauer speziell auf WEC-Schäden geprüft werden.