Innovative Schwingungstests an Rotorblättern

Sechs MW, acht MW, zehn MW: Die Windanlagenhersteller setzen immer neue Leistungsstandards für die Windenergie. Das stellt höchste Ansprüche an die Komponenten einer Windenergieanlage. Für Rotorblatt-Schwingungstests haben Experten jetzt eine Testmethodik aus der Luftfahrt eingesetzt.

07. Juni 2018

Mit den so aufgenommenen Daten lassen sich die Verformungen des Rotorblattes millimetergenau nachvollziehen und mit dem Simulationsmodell abgleichen, so das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in einer Mitteilung.

Mit den innovativen Schwingungstests erhalten die Forscher laut DLR Daten zum Schwingungsverhalten von Rotorblättern in einer bislang nicht erreichten Güte und Qualität.

Die Tests wurden im Rahmen des Forschungsprojekts Smart Blades 2 beim Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesysteme (IWES) in Bremerhaven durchgeführt.

In dem Projekt entwickeln Forschungseinrichtungen gemeinsam mit Industriepartnern Technologien für größere und leistungsstärkere Windkraftanlagen. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Testmethodik für Flugzeugprototypen entwickelt

Mit 100 Kilogramm zieht und drückt ein sogenannter elektrodynamischer Schwingungserreger an dem 20 Meter langen Rotorblatt. Das schwingt mit einem Ausschlag von 50 Zentimetern an der Blattspitze, heißt es in einer Projektbeschreibung.

Diese Bewegungen mit allen Materialbelastungen des Blattes werden analysiert.

Dazu haben die Forscher 300 Beschleunigungs- und 200 Dehnungssensoren direkt am Rotorblatt angebracht. Ursprünglich kommt diese Methode für Schwingungstests aus der Luftfahrt.

»Mit den Sensoren haben wir die Möglichkeit, die tatsächliche Strukturdynamik im Blatt zu messen. So können wir unser Computermodel an die Realität anpassen und Rotorblätter besser konstruieren«, sagt  Yves Govers vom DLR.

Geometrische Biege-Torsionskopplung

Auf dem Prüfstand in Bremerhaven stand ein im Projekt Smart Blades entwickeltes Rotorblatt. Neu daran ist eine geometrische Biege-Torsionskopplung.

Dafür wurde die Blattgeometrie sichelförmig ausgelegt: Bei Wind biegt sich das Blatt nicht nur nach hinten, sondern rotiert dabei ins sich.

Das Blatt kann damit laut DLR seine Geometrie selbstständig an die Windverhältnisse anpassen, in dem es sich bei höheren Windgeschwindigkeiten verwindet und dem Wind weniger Angriffsfläche bietet.

Lastreduktion

So können Lasten an der Wurzel des Blattes automatisch reduziert werden, heißt es.

Die Methode wurde ursprünglich entwickelt, um die so genannte Flattersicherheit eines Flugzeuges zu überprüfen und nachzuweisen.

Projekt Smart Blades 2 - Intelligente Rotorblätter

Die Biege-Torsionskopplung mit der sichelförmigen Blattgeometrie ist eine von mehreren Technologien, die im Forschungsprojekt weiterentwickelt werden.

Das Projekt wird vom BMWi mit 15,4 Millionen Euro gefördert.

Ziel der Forschungsarbeiten sind größere und effizientere Rotoren, die eine höhere Ausbeute der Windenergie erlauben und die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen in der Windenergiebranche stärken.

Weitere im Projekt untersuchte Technologien sind Hinter- und Vorderkanten von Rotorblättern, die die aktive Anpassung der Rotorblattform an die aktuelle Windstärke erlauben, so das DLR.