Der Transport der zunehmend längeren und schwereren Rotorblätter von Windenergieanlagen wird immer komplexer. Jeder Schritt – vom Verladen über den See- und Straßentransport bis hin zur endgültigen Installation – bringt mechanische Belastungen mit sich, die zu Schäden führen können, wenn sie nicht vollständig verstanden werden. Um diesen Prozess sicherer und effizienter zu gestalten, entwickelt das Fraunhofer IWES verbesserte Methoden zur Lastfallanalyse, mit denen Risiken frühzeitig erkannt und die gewonnenen Erkenntnisse direkt in die Konstruktion der Rotorblätter und der Transportvorrichtungen einfließen können.
Warum der Transport von Rotorblättern besser überwacht werden muss
Rotorblätter von Windenergieanlagen können Längen von 100 Metern oder mehr erreichen. Während des Transports sind sie einer Kombination aus statischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt: Stöße durch unebene Straßen, Torsionsverformungen beim Transport, Druckstellen durch Klemmvorrichtungen und zyklische Belastungen auf langen Strecken. Bestehende Transportprozesse basieren oft auf Erfahrung und bewährten Verfahren – ohne detaillierte Messungen können jedoch potenziell schädliche Belastungen unbemerkt bleiben.
Je länger Rotorblätter werden, desto nachgiebiger und empfindlicher reagieren sie auf Klemmkräfte, Kontaktdrücke und Torsionsbelastungen.
IWES-Ansatz: Lastfallanalyse in skalierten Tests und Ganzblatttests
Der erste Schritt bei der Entwicklung von Überwachungslösungen ist ein detailliertes Verständnis der potenziellen Ausfallmechanismen und der maximal zulässigen Lastwerte. Um das Verhalten der Rotorblätter während des Transports zu bestimmen, führt das Fraunhofer IWES sowohl kleinmaßstäbliche Tests an kritischen Rotorblattkomponenten – insbesondere an den Stegen – als auch Ganzblattprüfungen durch. Ausgewählte Tests im Originalmaßstab können auch beim Kunden vor Ort mit Fraunhofer IWES-Testaufbauten und Messsystemen durchgeführt werden. Die Alternative wäre, die entsprechenden Tests nach der Zertifizierungsprüfung durchzuführen, wenn sich das Rotorblatt bereits am Fraunhofer IWES befindet.
Nach der Entwicklung von Testszenarien, die realistische Transportschäden simulieren, werden maßgeschneiderte Testproben erstellt. Optische Messungen mit Kameras, digitale Bildkorrelation (DIC) sowie akustische Emissionen (AE) oder Thermografie werden eingesetzt, um erste Rissbildungen zu identifizieren und zu lokalisieren.
Diese kontrollierten Tests helfen den Forschenden, wahrscheinliche Schadensmechanismen zu verstehen, bevor sie zu Untersuchungen an Ganzblatttests übergehen.
© Fraunhofer IWES / Nils Englisch
Das Fraunhofer IWES untersucht:
- die Durchbiegung der Rotorblätter in mehrere Richtungen, während sie in einem Transportrahmen geklemmt sind
- die Auswirkungen von schlecht positionierten Klemmen oder übermäßiger Klemmung
- die Druckverteilung über die Kontaktzonen
- Handhabungsgrenzen und Druckkonzentrationsbereiche
- alternative Kontaktmaterialien (z. B. unterschiedliche Shore-Härte des Gummis)
- den Blattwinkel und die Verschiebung durch Drahtzugsensoren und 3D-Scanning
© Fraunhofer IWES
Dünne Foliensensoren (0,25 mm) werden verwendet, um die Druckverteilung in Klemmzonen zu kartieren.
Die Sensoren bieten:
- hohe räumliche Auflösung (9×9 mm Messzellen)
- Spitzendruckmessung bis zu 3 MPa
- zeitaufgelöste Daten bis zu 100 Hz
- 2D/3D-Heatmap-Videoausgabe
Dadurch können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler lokale Spannungsspitzen identifizieren, die zu inneren Schäden führen können – Informationen, die für die Optimierung der Klemmgeometrie, der Polstermaterialien und der Handhabung im Betrieb von entscheidender Bedeutung sind.
© Fraunhofer IWES
© Fraunhofer IWES / Heiko Rosemann
© Fraunhofer IWES / Heiko Rosemann
Um ein vollständiges Bild der Belastung zu erhalten, ergänzt das Fraunhofer IWES die Druckmessungen durch:
- Überwachung der Bolzenkraft mittels Dehnungsmessstreifen
- Akustische Emissionssensoren zur Erkennung von Rissbildung
- 3D-Scanning zur Messung der Vortorsion der Rotorblätter in Transportrahmen
Auswirkungen für die Industrie: Sicherer und intelligenterer Transport
Die aus der Belastungsfallanalyse des Fraunhofer IWES gewonnenen Erkenntnisse spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Transportsicherheit und -effizienz. Sie tragen dazu bei, das Risiko kostspieliger Schäden während des Transports zu verringern, verbessern die Handhabungsvorschriften und die Positionierung der Klemmen, unterstützen die Entwicklung von Transportrahmen der nächsten Generation, informieren die Rotorblattkonstrukteure über reale Belastungsszenarien und ermöglichen in Zukunft eine Live-Handhabungsunterstützung durch sensorbasierte Leitsysteme. Da die Rotorblätter immer größer werden, werden solche datengestützten Bewertungen für eine sichere und wirtschaftliche Logistikplanung unerlässlich sein.
Ausblick: Auf dem Weg zu einer integrierten Transportüberwachung
Mit Blick auf die Zukunft besteht die Vision darin, ein umfassendes Überwachungssystem zu etablieren, das den gesamten Transportweg der Rotorblätter von der Fabrik bis zur Installation abdeckt. Zukünftige Systeme könnten die Echtzeit-Erfassung von Bolzenkräften, Torsion und Beschleunigungen sowie automatische Warnungen bei Überschreitung der Handhabungsanweisungen umfassen. Darüber hinaus könnten integrierte Bedienerassistenzsysteme mit visuellem Live-Feedback implementiert werden. Mit diesen fortschrittlichen Tools könnten Hersteller, Transportunternehmen und Installationsteams die Unsicherheit erheblich reduzieren und die Zuverlässigkeit während des gesamten Prozesses verbessern.