Projekt ReliaBlade2 - Einführung thermografischer Methoden in die Ermüdungsprüfung unter Laborbedingungen sowie bei Ganzblatt-Rotorblattprüfungen

02.05.2023

• Gegenstand
• Ziel
• Methodik
• Partner

Die strukturelle Integrität von Rotorblättern für Windenergieanlagen ist eine der größten Herausforderungen für die Windbranche. Im Rahmen von ReliaBlade2 werden moderne und effiziente Testverfahren entwickelt, um neue Rotorblattdesigns zu zertifizieren. Neben den eigentlichen Strukturtests werden begleitende Messungen mit modernen Prüfverfahren durchgeführt. So können bessere Prognoseinstrumente entwickelt werden, die zur Vorhersage von Schäden in Rotorblättern während des Betriebs beitragen.

Ziel von ReliaBlade2 ist es, Material- und Ganzblatttests mit modernen Inspektionsverfahren wie Thermografie und akustischer Schallemission zu begleiten. Die Messungen erlauben, mögliche Schäden im Test frühzeitig zu erkennen. Die so gewonnenen Erkenntnisse können dann genutzt werden, um das Design von Rotorblättern gezielt zu verbessern. Zusätzlich können die Prüfverfahren für Inspektionen im laufenden Betrieb der Rotorblätter weiterentwickelt werden.

In ReliaBlade2 werden thermografische Messungen in Ermüdungstests von Laborproben und zwei 70+ m Rotorblättern durchgeführt. Bei den Labortests werden Materialparameter und das Ermüdungsverhalten untersucht. Die zyklischen Ganzblatttests werden durch thermografische Messungen begleitet, um strukturelle Eigenschaften und beginnende Schädigungen zu charakterisieren. Die Erkenntnisse fließen in ein verbessertes Design der Rotorblätter ein.

Partner:

• Fraunhofer IWES (Koordinator)
• Nordex Energy SE & Co. KG
• WRD Wobben Research and Development GmbH
• TPI Composites Germany GmbH
• Leibniz Universität Hannover

Assoziierte Partner:

• RE Technologies GmbH

Förderer:

• Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
• Projektträger Jülich (PtJ)

ReliaBlade2: Neue Technologien für die Rotorblätter von morgen

Windturbinenblätter sind entscheidende Komponenten einer Windturbine, da sie deren Effizienz, Langlebigkeit und Gesamtleistung maßgeblich beeinflussen. Das Projekt ReliaBlade2 konzentriert sich darauf, die Lebensdauer von Rotorblättern zu verlängern und so die Stromkosten zu senken.

In ReliaBlade2 arbeiten Industriepartner (Nordex, TPI Composites, Enercon) und Forschungseinrichtungen (BAM, Fraunhofer IWES, Leibniz Universität Hannover) zusammen. Erstmals werden Designparameter zwischen Herstellern und Prüflaboren ausgetauscht, um die zyklischen Ermüdungstests der Rotorblätter an das Rotorblattdesign anzupassen.

BAMs Rolle in ReliaBlade2

Der Fachbereich Thermografische Verfahren der BAM hat umfangreiche Erfahrungen in der aktiven und passiven Thermografie von Rotorblättern. Besonders die Messungen an ganzen Rotorblättern im Feld und deren Komponenten unter Realbedingungen bringen besondere Herausforderungen mit sich. Die Beiträge der BAM konzentrieren sich auf:

1. Ermüdungstests an Materialkomponenten: Die BAM entwickelt und validiert thermografischen Prüfungen von Probekörpern aus glasfaserverstärktem Kunststoff in zyklischen Ermüdungstests. Dazu gehört die Definition von Standardprüfkörpern, die thermografische Erfassung der Materialermüdung während Ermüdungstests und der Vergleich der Thermografie mit anderen Prüftechniken. Ziel ist es, ein aussagekräftiges Schadensmodell zu entwickeln, um Festigkeitsprognosen zu verbessern.
2. Inspektion und Strukturüberwachung von ganzen Rotorblättern: Zyklische und statische Ermüdungstest von ganzen Rotorblättern werden bei der Entwicklung und Zertifizierung von Rotorblättern eingesetzt. Die Erkenntnisse, die bei solchen Tests gewonnen werden, lassen sich nutzen, Schadensprognosen der Rotorblätter im Test aber auch im Feld zu entwickeln. Ziel der BAM ist es, Thermografie in diese Prognosen mit einzubinden und Schäden frühzeitig zu erkennen. So kann das Design zukünftiger Rotorblätter auf Grundlage dieser Erkenntnisse verbessert werden.

Thermografie in der Rotorblattprüfung

Thermografie kann innere Schäden von Strukturen wie Rotorblättern oder Laborproben visualisieren. Je mehr ein Bauteil – oder eine Region in einem Bauteil – während der zyklischen Prüfung belastet wird, desto wärmer wird es. Dieses Phänomen tritt schon vor einem möglichen Schaden im Bauteil auf und erlaubt die thermografische Erkennung von kritischen Bereichen. Zusätzlich lässt sich mit Thermografie der so genannte „thermoelastische Effekt“ nutzen, um zyklische Spannung im Bauteil direkt zu visualisieren. Die daraus resultierende „thermoelastische Spannungsanalyse“ passiert berührungslos und kontinuierlich im zyklischen Ermüdungstest.

Mit zunehmender Materialermüdung werden Schäden im Material immer wahrscheinlicher. Wenn schlussendlich Schäden entstehen, führt dies zu Reibung und das das Bauteil erwärmt sich lokal.

Thermografie kann also den Beginn und die Entwicklung von Schäden frühzeitig und räumlich aufgelöst erfassen. Dies ist entscheidend für die Prognosen von Ermüdung und Versagen. Bestehende Modelle zur Schadensentwicklung in gesamten Rotorblättern können so experimentell überprüft werden.

Im Rahmen von ReliaBlade2 wird die BAM die Anwendbarkeit von Thermografie bei Ermüdungstests validieren und zur Entwicklung neuer Prüfstandards und -methoden beitragen. Dies trägt zur Verbesserung der Stabilität von Rotorblättern und zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit des Europäischen Windenergiemarkts bei.

Partner

• Fraunhofer IWES (Koordinator)
• Nordex Energy SE & Co. KG
• WRD Wobben Research and Development GmbH
• TPI Composites Germany GmbH
• Leibniz Universität Hannover

Assoziierte Partner

• RE Technologies GmbH
  

Förderung

Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Projektträger Jülich (PtJ)