Mit fortschrittlichen Schweißlösungen zum Weltrekord

Kehlnähte A5 bis A6 am Rotor - je nach Position und Zeichnungsvorgaben mit Massivdraht und M21-Schutzgas geschweißt.

Infos zum Anwender

SAM ist Anbieter von anspruchsvollen Projekten des schweren Stahlbaus. Diese umfassen Brücken in Ganzstahl- und Stahlverbundbauweise für Straßen und Autobahnen, Wasserstraßen und Eisenbahnen, Stahlwasserbau wie Komponenten für Wasserkraftwerke, Sperrwerke, Schleusen, Druckrohrleitungen sowie diverse Projekte aus dem Bereich erneuerbarer Energien.

www.sam-md.de

Im Herbst 2012 hatte Enercon allen Grund zum Feiern: Am Lausitzring in Brandenburg konnte Europas führender Windenergieanlagenhersteller sein 20.000stes Windrad offiziell dem Betreiber übergeben und damit gleichzeitig die durch das Unternehmen weltweit installierte Leistung auf 28,2 Gigawatt ausdehnen.

Die geladenen Gäste aus Politik und Wirtschaft bekamen dabei gleich noch einen Weltrekordhalter zu sehen: Bei der festlich in Betrieb genommenen Anlage handelte es sich um eine E-126, die nach aktuellen Erhebungen des vom Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik veröffentlichten ‚Windmonitors‘ die leistungsstärkste Serienwindkraftanlage der Welt ist. Mit einer Nabenhöhe von 135 m und einem Rotordurchmesser von 127 m deckt sie mit einer Nennleistung von 7.580 kW den jährlichen Strombedarf von etwa 5.000 Vierpersonenhaushalten ab.

Der Typ E-126 steht heute in zahlreichen Windparks und das aus guten Gründen: Er ist bis ins Detail auf einen besonders wirtschaftlichen Betrieb und die Einhaltung hoher Umweltstandards getrimmt. So bestehen die ca. 60 m langen Rotorblätter aus zwei aneinander geflanschten Teilen, was den Transport über Land deutlich vereinfacht und verbilligt. Während konventionelle Rotorblätter durchgehend aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) gefertigt werden, der sich bisher nur bedingt wiederverwenden lässt, besteht bei einem E-126-Rotorblatt zudem nur die etwa 30 m lange und 30 t schwere Spitze aus diesem Material. Der rund 24 m lange, an der Nabe direkt montierte Teil mit einem Gewicht von 65 t basiert dagegen wie auch der Turm im Wesentlichen auf problemlos recyclebarem Stahlblech.

Auch das Innenleben der Windkraftanlage überzeugt durch ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit. Enercon setzt bei allen Anlagentypen auf ein getriebeloses Anlagenkonzept – d. h. die Rotorblätter sind über die Nabe direkt mit dem Läufer eines Ringgenerators (Synchrongenerator) verbunden. Ein störanfälliges und wartungsintensives, mechanisches Getriebe wird daher nicht benötigt. Die zur Stromerzeugung erforderlichen Magnetfelder im Generator werden dabei rein elektrisch und ohne den Einsatz umweltbedenklicher Permanentmagnete aus Neodym erzeugt.

Im Generatorbau werden bei SAM etwa 95 % aller Schweißverbindungen mit MSG ausgeführt.

90 Prozent aller anfallenden Arbeiten sind Schweißkonstruktionen

Die Anlagen vom Typ E-126 werden zusammen mit Anlagen niedrigerer Leistung in Kleinserie am Enercon-Produktionsstandort Magdeburg gefertigt. Die SAM Stahlturm- & Apparatebau Magdeburg GmbH, die seit Oktober 2002 eine 100%-Tochter von Enercon ist, übernimmt dabei den Stahlbau der Türme, Rotorflügel und der Maschinenbaukomponenten (Generatoren). Zusammen mit dem 2010 gegründeten Schwesterunternehmen MAM Maschinen- und Anlagenbau Magdeburg GmbH verarbeitet SAM mit einem Mitarbeiterstamm von 850 Personen jährlich mehr als 70.000 t Stahl. 90 Prozent aller anfallenden Arbeiten sind dabei Schweißkonstruktionen.

Während beim Turmbau hauptsächlich der UP-Schweißprozess zum Einsatz kommt, überwiegt beim Bau der Statorringe, Scheibenrotore und Statorträger klar das MSG-Schweißen. Auch bei den aus dreidimensional umgeformten und längsprofilierten Blechen hergestellten Rotorblättern kommen beide Schweißprozesse in größerem Umfang zum Einsatz. Das Schutzgasschweißen wird dabei in erster Linie genutzt, um Aluminiumkonstruktionen zu fügen, die zur Vergrößerung der Windangriffsfläche an der Hinterkante des Rotorblatts dienen.

Alle Längsnähte des Scheibenrotors werden automatisiert mit einem Roboter abgeschweißt.

Funktion, Qualität und Service für mehr Produktivität

„Wenn es um das Schutzgasschweißen geht, setzen wir heute in allen Fertigungsbereichen fast ausschließlich auf Lösungen von Fronius“, erläutert DI Dieter Ohms, Leiter der Qualitätssicherung bei der SAM Stahlturm- & Apparatebau Magdeburg GmbH. Etwa 160 Stromquellen, vornehmlich Geräte aus den Serien TransPuls Synergic 5000 und TransPuls Synergic 4000, hat das Unternehmen dort in Verwendung. „Wir haben die Stromquellen früher von anderen Anbietern bezogen“, verrät der Qualitätsbeauftragte bei SAM und fährt fort: „Fronius hat uns dann aber mit Merkmalen wie der stufenlos einstellbaren Schweißleistung, fortschrittlicheren Schweißprogrammen, der hohen Qualität der verbauten Komponenten sowie deren Zugänglichkeit und nicht zuletzt dem vorbildlichen Service seitens des Fronius-Vertragshändlers MSS überzeugt.“

Die MSS Magdeburger Schweißtechnik GmbH liefert dabei nicht nur die Gerätetechnik, sondern bietet einen kompetenten Rundumservice. So führt das Unternehmen Reparaturen in der eigenen Werkstatt durch und offeriert ein umfangreiches Dienstleistungsangebot. „Bei SAM übernehmen unsere Spezialisten beispielsweise im Rahmen von Serviceverträgen die turnusmäßige Wartung und Instandhaltung aller Fronius-Stromquellen“, konkretisiert DI Andreas Heydenreich, Geschäftsführender Gesellschafter der MSS Magdeburger Schweißtechnik GmbH. „Unter anderem werden die Geräte von uns halbjährlich ausgeblasen, wodurch sich nach unseren Erhebungen die Zahl der Ausfälle um 40 % reduziert und defekte Hauptsteuerungen so gut wie nicht mehr vorkommen.“

Dank dieser vorbeugenden Wartung kommt SAM in den Genuss spürbarer Kosteneinsparungen und profitiert auch sonst, wie Dieter Ohms bestätigt: „Unsere Mitarbeiter werden entlastet und können sich auf dringlichere Aufgaben konzentrieren. Und besonders wichtig: Unsere Schweißstromquellen sind immer einsatzbereit.“

Manuell und automatisiert durchgeführte Schweißarbeiten

Die Schweißlösungen sind bei SAM sowohl beim Handschweißen als auch bei Roboter-gestützten Schweißarbeiten an kritischen Komponenten der Windkraftanlage gefordert. Besonders im Generatorbau sind viele Fronius-Geräte zu finden, wo etwa 95 Prozent aller Schweißverbindungen mit MSG ausgeführt werden. So werden die Rotoren der Generatoren aus zwei Halbschalen aus jeweils 70 mm starken Blechen der Stahlsorte S355J2+N unter Schutzgas zu einem Außengurt verschweißt. Von innen wird die Längsnaht anschließend in steigender Position von Hand verschweißt und mit dem UP-Prozess von außen gegengeschweißt.

Nachdem das Werkstück auf einem Drehkarussell aufgespannt wurde, um es in die für den Schweißer optimale Schweißposition fahren zu können, werden die kurzen Nähte der zahlreichen, innenliegenden Verstrebungen und sonstige Anbauten schließlich manuell im MAG-Schweißverfahren gefügt. Die Längsnähte werden abschließend mit einem Roboter abgeschweißt. „Alle Einbauten wie die Nabe und die Verstrebungen mit den Verschlussblechen werden dabei mit Kehlnähten A5 bis A6 – je nach Position und Zeichnungsvorgaben – mit Massivdraht und M21-Schutzgas geschweißt. Auch hier kommen fast ausschließlich Fronius-Geräte zum Einsatz“, konkretisiert der SAM-Mitarbeiter. „Und wenn eine Wurzelschweißung mit technologischer Schweißbadsicherung auszuführen ist, greifen wir ausnahmslos auf die Fronius-Lösungen zurück.“

Schweißen unter C0² für ein Plus an Prozesssicherheit

Ausschließlich mit der Hand geschweißt wird auch die Türzarge mit einer Wandstärke von 55 bis 65 mm, die bei reinen Stahltürmen den Zugang zur Windkraftanlage ermöglicht. SAM baut den Turm vorwiegend aus den Stahlsorten S235J0 und S355J2+N der NL-Güte, da der Turm die Wöhlerlinie im Betrieb bereits nach einer Woche durchlaufen hat und nur noch von der Dauerfestigkeit des Baumaterials lebt.

Für die Zarge muss ein Vollanschluss mit K-Naht zur senkrechten, 45 mm dicken Wand hergestellt werden. „Die Naht ist wegen der Kerbbildung einer der kritischsten Punkte eines Stahlturms und wird daher zu 100 % geprüft“, unterstreicht Dieter Ohms die Bedeutung dieser Schweißaufgabe. Wegen des erforderlichen tieferen Einbrands und der Kaminwirkung im Turm sowie wegen der in den Fertigungshallen unvermeidlichen Zugluft haben sich die Verantwortlichen bei SAM für das Schweißen unter C0² entschieden, das sich nicht so leicht verflüchtigt und so für mehr Prozesssicherheit sorgt. Geschweißt wird dabei mit Stromstärken zwischen 320 und 380 Ampere.

Ob mit Fronius-Geräten handgeschweißt oder Roboter-gestützt, ob Aluminium oder Stahl – von den Ergebnissen ist der SAM-Mann Dieter Ohms überzeugt: „Mit der Fronius-Technik und dem Service sind wir von der ersten Minute bis heute rund herum zufrieden.“