SmarTestBlade: Segmentierte elliptische Ermüdungsprüfung für zukünftige Rotorblätter

Auf einen Blick

• Rotorblätter sind über ihre Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren starken Belastungen ausgesetzt, die zeitgleich in Schwenk- und Schlagrichtung auftreten können.
• Klassische Prüfmethoden können diese kombinierte Belastung nicht abbilden.
• In einem Demonstrationsversuch ist es dem Fraunhofer IWES gelungen, eine elliptische biaxiale Belastung auf die Rotorblätter aufzubringen.
• Im Forschungsprojekt „SmarTestBlade“ entwickeln die Projektpartner diesen Ansatz weiter mit dem Ziel, die Methode für Typenprüfungen nutzbar zu machen.
• In einem Teilprojekt ist das projektkoordinierende Fraunhofer IWES für die Weiterentwicklung der Prüfmethodik verantwortlich.

Herausforderung

Rotorblätter gehören zu den am stärksten belasteten Bauteilen einer Windenergieanlage. Über 20 bis 25 Jahre wirken die Belastungen aus Wind und Eigengewicht auf die Struktur. Die rasant steigenden Anlagengrößen der vergangenen Jahre und die immer höheren Anforderungen an die Ausfallsicherheit verleihen zuverlässigen Test- und Validierungsmethoden für Rotorblätter eine besondere Bedeutung.

Üblicherweise werden die Rotorblätter bei der Typenprüfung getrennt in Schwenk- und Schlagrichtung belastet, um ihren Ermüdungswiderstand zu prüfen. Im Betrieb aber werden die Blätter auch in kombinierte Richtungen belastet.

Lösung

Moderne biaxiale Rotorblattprüfungen kombinieren die Ermüdungstests in Schwenk- und Schlagrichtung zu einem einzigen Validierungstest und ermöglichen das Aufbringen realitätsnaher Belastungen. Dies erhöht die Aussagekraft und Qualität der experimentellen Validierung und reduziert Unsicherheiten in der Auslegung. Allerdings sind die Methoden noch nicht im erforderlichen Maßstab beherrschbar oder weisen nicht den nötigen Reifegrad für eine Typenzertifizierung auf.

Ziel im Forschungsprojekt SmarTestBlade ist es daher, Methoden zur realitätsnahen Validierung von Rotorblättern unter Einsatz einer elliptischen Biaxialprüfung weiterzuentwickeln und zu validieren. Am Ende steht eine Methode, die den Anforderungen einer Typenprüfung entspricht.

Mehrwert

In einem Teilprojekt ist das projektkoordinierende Fraunhofer IWES für die Weiterentwicklung der Prüfmethodik verantwortlich. In einem Demonstrationsversuch einer elliptischen Biaxialprüfung am IWES konnte bereits gezeigt werden, wie kontrollierte Belastungen auf das Rotorblatt aufgebracht werden können. Nun soll die Prüfung verfeinert und etliche Fragen, die sich aus dem Demonstrationsversuch ergeben haben, beantwortet werden, um die Prüfmethode zum Einsatz zu bringen.