26. April 2018 
 
9. September 2015

Windkraftanlagen: Das Material macht das Blatt

Das Material macht das Blatt: Um den extremen Betriebsbeanspruchungen eines Rotorblattlebens standzuhalten, müssen alle verarbeiteten Materialien ein Spitzenniveau haben. Dazu kommt die Anforderung: möglichst geringe Strukturkosten.

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Müssen viel aushalten können: Rotorblätter von Windkraftanlagen sind enormen Kräften ausgesetzt.
Eine profunde Kenntnis der Materialeigenschaften hilft Blattherstellern, die richtigen Materialien dafür auszuwählen und die Probengeometrie zu optimieren. Das Fraunhofer IWES bietet eine einmalige Infrastruktur zur Materialqualifikation und Prüfung der Langlebigkeit – um vier Maschinen erweitert, darunter auch zwei Meganewton-Maschinen.

In ihrem Griff gibt sogar das stärkste Material irgendwann nach: Die neue 2,5-MN-Prüfmaschine und ihre kleine 1-MN-Kollegin beanspruchen bis zu drei Meter lange Proben mechanisch mittels eines Hydraulikzylinders in statischen und zyklischen Prüfungen. Sie sind mit besonders steifen und präzisen Spannzeugen ausgestattet und eignen sich sowohl für Faserverbundproben und dicke Laminate als auch für Stahlproben. Die Meganewton-Maschinen zur Materialprüfung bringen max. 2?500 kN statisch und 2?000 kN Kraft dynamisch auf den Prüfling auf. Horizontal schließende Hydraulik-Spannbacken, T-Nuten-Tisch sowie ein Hallenkran ermöglichen ein flexibles und schnelles Handling der Prüflinge.

Um die Proben für Offshore-Anwendungen zu qualifizieren, können sie vor dem Einspannen in die Maschine in Meerwasser ausgelagert werden. Der nächste Ausbauschritt ist die Kopplung der 1-MN-Maschine mit einer Klimakammer, die die Materialproben dann unter reproduzierbaren Bedingungen gleichzeitig mechanisch und klimatisch beanspruchen kann. Materialprüfungen werden heute meist uniaxial, das heißt in eine Richtung durchgeführt. Gleichzeitig sind die Beanspruchungen in realen Strukturen meist mehraxial und Faserverbundwerkstoffe zum Beispiel stark anisotrop.

Für die Modellbildung und -validierung ist es erforderlich, auch biaxiale Versuche durchzuführen. Eine kontinuierliche Beschäftigung mit der Verbesserung von Prüfverfahren und -methoden setzt beim IWES in der Probenfertigung an und beinhaltet sowohl die Optimierung der Prüfabläufe als auch die Entwicklung von neuen Testaufbauten. Dafür werden experimentelle Ansätze mit numerischen und analytischen Methoden kombiniert. Anhand von Modellen ist eine fundierte Einschätzung der wirtschaftlichen Auswirkungen neuer Materialien oder Verfahren auf den Herstellprozess – und damit ein umfassendes Benchmarking neuer Produkte – möglich.

 

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