ViBes4Wind: Virtuelle Blattlager für Windenergieanlagen

Auf einen Blick

• Großwälzlager von Windenergieanlagen wachsen mit den immer leistungsfähigeren Anlagen. Die größere Dimensionierung trifft aber auf nicht standardisierte und teilweise unzulängliche Berechnungsmethoden und Modelle.
• In der Folge werden die Lager nicht optimal für die großen Belastungen ausgelegt und ein teurer Schaden kann auftreten.
• Im Projekt ViBes4Wind entwickeln die Projektpartner, aufbauend auf früheren Forschungsarbeiten am Fraunhofer IWES, eine Methodik zur Erstellung digitaler Zwillinge von Großwälzlagern, um die Überwachung und damit die Zuverlässigkeit der Lager zu verbessern.
• Die Methodik wird durch Versuche im 1:1-Maßstab und einen realen Feldtest evaluiert und validiert. 

Herausforderung

Großwälzlager in Windenergieanlagen sind nicht nur hochkomplex, sondern auch sicherheitskritische Bauteile: Sie werden meist als Rotorblattlager eingesetzt und sind massiven Belastungen ausgesetzt, da sie die Kräfte des Windes in die gesamte Windenergieanlage übertragen. Auch als Turmkopflager kommen sie zum Einsatz. Ein Schaden hat hohe Ausfallkosten zur Folge.

Lösung

Angesichts der immer größer werdenden Turbinen sind auch die Durchmesser der Lager immer weiter gewachsen und erreichen sechs Meter und mehr. Die größeren Dimensionen, die gestiegenen Anforderungen an Tolerierung größter Lasten und die höhere geforderte Lebensdauer treffen dabei auf nicht standardisierte und teilweise unzulängliche Berechnungsmethoden und Modelle. Das Fraunhofer IWES hat in mehreren Forschungsprojekten diverse Aspekte der Großwälzlager untersucht und dabei durch zahlreiche Tests einen bedeutenden Satz an Messdaten und Testergebnissen geschaffen.

Das Projekt ViBes4Wind zielt darauf ab, diesen vorhandenen Datensatz konsolidiert zu nutzen, um vorhandene Simulationsmodelle realitätsnäher zu gestalten und Testmethoden weiterzuentwickeln. Dabei soll als Ergebnis eine Methodik zur Erstellung eines digitalen Zwillings eines Großwälzlagers entstehen. Die Projektpartner Fraunhofer IWES und GE Renewable Energy wollen die Zustandsüberwachung und die Zuverlässigkeit der Lager verbessern. Die entwickelte Methodik wird im Laufe des Projekts im 1:1-Maßstab eines realen Wälzlagers sowohl in einer Prüfumgebung als auch in einer Windenergieanlage von GE Renewable Energy evaluiert und validiert.

Mehrwert

Das projektkoordinierende Fraunhofer IWES ist dabei unter anderem für die Entwicklung und Validierung der auf umfangreichen Daten basierenden neuen Methoden für den digitalen Zwilling verantwortlich. Für die Tests wird die in den geförderten Projekten HAPT und iBAC geschaffene Prüfinfrastruktur genutzt. Neben dem dynamischen Blattlagerprüfstand BEAT6.1 zum Testen der Rotorblattlager in Originalgröße unter realistischen Bedingungen kommt auch der BEAT1.1 für skalierte Lager bis 0,7 m zum Einsatz.