27. Jan 2016

Mit den neuen Prüfmethoden wird die Betriebsfestigkeit von XXL-Blättern zuverlässig und wirtschaftlich ermittelt. ©Bild: FI/IWES

Fraunhofer IWES: Realistischere Rotorblattprüfungen durch Blattaufteilung

(FI/IWES) Rotorblätter werden durch separate Bewegung in Windrichtung und quer dazu geprüft, um das Materialverhalten während der 20-jährigen Lebensdauer zu testen – eine starke Vereinfachung der im Feld parallel auftretenden Belastungen. Wissenschaftler am Fraunhofer IWES entwickeln neue Methoden, die deutlich realistischere Daten liefern.


Im Rahmen des Forschungsprojektes „Zukunftskonzept Rotorblatt“ Sie ermöglichen zudem eine beanspruchungsgerechte Auslegung. Das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und das Land Bremen wollen zusammen 10 Mio. Euro in den Aufbau von Methodenkompetenz und eine neuartige Testinfrastruktur in Bremerhaven investieren.

Fokus auf Betriebsbeanspruchung
Lieber auf Nummer sicher gehen: Da in der Praxis nur ein Rotorblatt die Ganzblattprüfung zur Zertifizierung durchläuft, werden Sicherheitsfaktoren gewählt, mit denen nicht unbedingt das Kostenoptimum erzielt, wohl aber die Betriebsbeanspruchungen sicher bewältigt werden können. Eine höhere Anzahl von Tests, die mit finanzierbarem Aufwand umzusetzen sind, ermöglichen eine Reduktion der Sicherheitszuschläge und somit eine wirtschaftlichere Auslegung der Rotorblätter.

Prüfzeit verringert sich um 30 %
Hier setzen die Rotorblattexperten des Fraunhofer IWES an: Die Aufteilung eines Blattes zur Prüfung in Segmente – z. B. Wurzelsegment und Rotorblattspitze – hat zwei Vorteile: Tests bei höheren Frequenzen und mit einem genaueren Beanspruchungsprofil werden möglich. Noch genauer werden die Tests, wenn einzelne kritische hochbelastete Sektionen mit z. B. grosser Materialstärke oder starken Krümmungen, separat untersucht werden. Neben der höheren Aussagekraft der Ergebnisse reduzieren sich durch diese innovativen Ansätze auch die Prüfzeiten um ca.30 Prozent; dies bedeutet auch eine spürbare Kostenersparnis.

Betriebsbereite Testinfrastruktur Mitte 2018
Zum Abschluss der ersten Phase des insgesamt fünfjährigen Forschungsprojekte werden die Infrastruktur betriebsbereit und die Testmethoden entwickelt sein. „Ein sportlicher Zeitplan, aber wir können auf zehn Jahre Erfahrung mit mechanischen Prüfmethoden und einem fundierten Verständnis von Materialeigenschaften und –verhalten von Faserverbundmaterialien aufbauen; und der Innovationsdruck der Branche ist ein deutlicher Ansporn “, kommentiert Florian Sayer, Abteilungsleiter im Bereich Strukturkomponenten, die Zeitschiene.

Rotorblatt für Detailuntersuchungen
Während Komponenten- und Blattsegmentprüfungen heute bereits zunehmend im Anforderungskatalog der Industrie auftreten, ist die Prüfung kritischer Sektionen noch Zukunftsmusik. Dabei muss das Rotorblatt je nach Untersuchungsbedarf unterteilt werden, um die kritischen Bereiche genauer unter die Lupe zu nehmen. Die anschliessende Durchführung der Beanspruchungstests setzt eine aufwendige Infrastruktur sowie profundes Wissen über die Wirkungsweise komplexer Lastfälle auf die Struktur voraus.

Hierfür wird ein sogenannter Hexapoden-Prüfstand mit einer Reynolds-Plattform zur parallelen Aufbringung von Torsionskräften und Biegemomenten in Bremerhaven errichtet - in direkter Nachbarschaft zu den etablierten Ganzblattprüfständen und Materiallaboren.

Reduktion der Energieentstehungskosten
Hersteller von Rotorblättern profitieren von signifikant verkürzten Prüfungen und besonders realistischen Lastnachbildungen, die durch einen veränderten Aufbau der Infrastruktur auch geringere Energiekosten verursachen. In der grossen Perspektive der Windenergiebranche tragen diese Testmöglichkeiten zu einer Reduktion der Energieentstehungskosten bei: Wenn Entwickler auf abgesicherter Basis grössere Gestaltungsfreiheit nutzen können, um ein auf Effizienz und Zuverlässigkeit optimiertes Blattdesign zu entwickeln, steigt die Wirtschaftlichkeit der Windenergienutzung und damit ihr Ausbaupotential.

Text: Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES

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