Kompetenzzentrum Rotorblatt

Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik

Untersuchungen am Rotorblatt, Stegfertigung
© Fraunhofer IWES

Forschungsthemen

  • Rotorblattprüfung
  • Komponentenprüfung
  • Materialprüfung
  • Klimakammertest
  • Neue Blattkonzepte

Rotorblattprüfung

In statischen und dynamischen Ganzblattprüfungen werden auf ein Rotorblatt millionenfache Lastwechsel mit unterschiedlichen Amplituden aufgetragen. Dies geschieht in einem verkürzten Testzeitraum durch die Nachbildung von Lastwechseln kons­tanter Amplitude. Hierzu wird das Rotorblatt in seiner Eigenfrequenz entweder in Schlag- oder in Schwenkrichtung angeregt. Dabei werden Lasten über einen einzigen hyd­raulischen Zylinder, der im mittleren Bereich des Rotorblattes angebracht wird, aufgetragen. Neue Design- oder Materialvarianten werden so vor der Serienfertigung getestet und als Vor­bereitung auf die Zertifizierung gegebenenfalls optimiert. Die Prüfkapazität ist auf Rotorblät­ter bis 85 Meter Länge ausgelegt. Im 90-Meter Prüfstand gewährleistet ein kippbarer Einspannblock eine Durchbiegung der Blattspitze auch bei sehr langen Blättern. Während des Tests wird er kontinuierlich hydraulisch ge­kippt, gleichzeitig werden auf das Rotorblatt Belastungen über Seile aufgetragen. Die Neigung vereinfacht und beschleunigt auch die Montage.

Komponentenprüfung

Da die Verarbeitung von Faserverbundwerkstoffen ihre Materialeigenschaften bestimmt, ist die Kenntnis realistischer Werkstoffkenn­werte ein entscheidender Vorteil. Für die Probenfertigung werden bauteilspezifische Ferti­gungs- und Prüfverfahren eingesetzt. Das Fraunhofer IWES verfügt über eingehende Erfah­rungen in der Probenfertigung und -prüfung. Das Verhalten des Werkstoffs in der Fertigung ist von den Bauteilgegebenheiten abhängig. Deshalb sind aus mechanischer Sicht fertigungsspezifische Versuche an kleinen Komponen­ten bereits vor dem Bau erster Prototypen erforderlich. Darüber hinaus sind für mechanische Tests Änderungen an den Prüflingen und dem Prüfaufbau häufig unumgänglich. Das Fraun­hofer IWES verfügt über fundiertes Know-how in der Fertigung und der mechanischen Werk­stoffprüfung an FVW und Klebstoffen. Neben diesen Erfahrungen mit Standardverfahren ha­ben die Wissenschaftler profunde Kenntnisse im Bereich der Fertigung von neuen Proben­geometrien und Präparationsverfahren, beispielsweise für die Prüfung von Werkstoffen für Rotorblätter.

Materialprüfung

Rotorblätter von Windenergieanlagen stellen an die eingesetzten Werkstoffe spezifische und teilweise einmalige Anforderungen. Beispielsweise liegt die zyklische Beanspruchung hin­sichtlich der Lastwechselanzahl und der Variabilität weit über dem Niveau anderer Strukturen aus der Luftfahrt, dem Schiffbau oder dem Brückenbau. Deshalb müssen für eine optimierte Auslegung und Konstruktion von Rotorblättern der neuen Generation vielfältige mechanische und bruchmechanische sowie physikalische und chemische Eigenschaften der verwendeten Materialien bekannt sein. Aus dem einmaligen Beanspruchungsprofil der in der Windenergie eingesetzten Werkstoffe ergeben sich besondere Anforderungen, z. B. ein gutmütiges Ermüdungsverhalten, hohe Ver­schleißfestigkeit oder fertigungsspezifische thermische und rheologische Eigenschaften. Eine Untersuchung der spezifischen Kennwerte ist für die einzelnen Materialien unerlässlich. Hierzu werden die Werkstoffe zum einen unterschiedlichen mechanischen Prüfungen unter­zogen, um beispielsweise die Lebensdauer unter verschiedenen Belastungszuständen zu be­stimmen. Zum anderen liefern Umweltprüfungen verlässliche Ergebnisse für den praktischen Einsatz.